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Java8新特性之Optional，如何優雅地處理空指標

2021-10-25 06:22:34 後端開發

是什么

? 從 Java 8 引入的一個很有趣的特性是 Optional 類，Optional 類主要解決的問題是臭名昭著的空指標例外（NullPointerException）—— 每個 Java 程式員都非常了解的例外，

本質上，這是一個包含有可選值的包裝類，這意味著 Optional 類既可以含有物件也可以為空，

Optional 是 Java 實作函式式編程的強勁一步，并且幫助在范式中實作，但是 Optional 的意義顯然不止于此，

我們從一個簡單的用例開始，在 Java 8 之前，任何訪問物件方法或屬性的呼叫都可能導致 NullPointerException：

String isocode = user.getAddress().getCountry().getIsocode().toUpperCase();

在這個小示例中，如果我們需要確保不觸發例外，就得在訪問每一個值之前對其進行明確地檢查：

if (user != null) {
    Address address = user.getAddress();
    if (address != null) {
        Country country = address.getCountry();
        if (country != null) {
            String isocode = country.getIsocode();
            if (isocode != null) {
                isocode = isocode.toUpperCase();
            }
        }
    }
}

你看到了，這很容易就變得冗長，難以維護，

為了簡化這個程序，我們來看看用 Optional 類是怎么做的，從創建和驗證實體，到使用其不同的方法，并與其它回傳相同型別的方法相結合，下面是見證 Optional 奇跡的時刻，

怎么用

創建 Optional實體

重申一下，這個型別的物件可能包含值，也可能為空，你可以使用同名方法創建一個空的 Optional，

@Test(expected = NoSuchElementException.class)
public void whenCreateEmptyOptional_thenNull() {
    Optional<User> emptyOpt = Optional.empty();
    emptyOpt.get();
}

毫不奇怪，嘗試訪問 emptyOpt 變數的值會導致 NoSuchElementException

你可以使用 of() 和 ofNullable() 方法創建包含值的 Optional，兩個方法的不同之處在于如果你把 null 值作為引數傳遞進去，of()方法會拋出 NullPointerException：

@Test(expected = NullPointerException.class)
public void whenCreateOfEmptyOptional_thenNullPointerException() {
    Optional<User> opt = Optional.of(user);
}

你看，我們并沒有完全擺脫 NullPointerException，因此，你應該明確物件不為 null 的時候使用 of()，

如果物件可能是 null 也可能是非 null，你就應該使用 ofNullable() 方法：

Optional<User> opt = Optional.ofNullable(user);

訪問 Optional物件的值

從 Optional 實體中取回實際值物件的方法之一是使用 get()方法：

@Test
public void whenCreateOfNullableOptional_thenOk() {
    String name = "John";
    Optional<String> opt = Optional.ofNullable(name);

    assertEquals("John", opt.get());
}

不過，這個方法會在值為 null 的時候拋出例外，要避免例外，你可以選擇首先驗證是否有值：

@Test
public void whenCheckIfPresent_thenOk() {
    User user = new User();
    Optional<User> opt = Optional.ofNullable(user);
    assertTrue(opt.isPresent());

    assertEquals(user.getEmail(), opt.get().getEmail());
}

//isPresent()兩個多載方法
public boolean isPresent() {
    return value != null;
}
public void ifPresent(Consumer<? super T> consumer) {
    if (value != null)
        consumer.accept(value);
}

檢查是否有值的另一個選擇是 ifPresent()方法，該方法除了執行檢查，還接受一個Consumer(消費者) 引數，如果物件不是空的，就對執行傳入的 Lambda 運算式：

@Test
public void whenCheckIfPresent_thenOk() {
    Admin admin = new Admin("[email protected]", "1234");	
    Optional<Admin> opt = Optional.ofNullable(admin);
    opt.ifPresent( u -> System.out.println(u.getEmail()));
}

這個例子中，只有 admin用戶不為 null 的時候才會執行lambda運算式中的代碼

接下來，我們來看看提供空值的方法，

回傳默認值

Optional 類提供了 API 用以回傳物件值，或者在物件為空的時候回傳默認值，

這里你可以使用的第一個方法是 orElse()，它的作業方式非常直接，如果有值則回傳該值，否則回傳傳遞給它的引數值

@Test
public void whenEmptyValue_thenReturnDefault() {
    User user = null;
    User user2 = new User("[email protected]", "1234");
    User result = Optional.ofNullable(user).orElse(user2);
    assertEquals(user2.getEmail(), result.getEmail());
}

這里 user 物件是空的，所以回傳了作為默認值的 user2

如果物件的初始值不是 null，那么默認值會被忽略：

@Test
public void whenValueNotNull_thenIgnoreDefault() {
    User user = new User("[email protected]","1234");
    User user2 = new User("[email protected]", "1234");
    User result = Optional.ofNullable(user).orElse(user2);

    assertEquals("[email protected]", result.getEmail());
}

第二個同型別的 API 是 orElseGet()—— 其行為略有不同，這個方法會在有值的時候回傳值，如果沒有值，它會執行作為引數傳入的 Supplier(供應者) 函式式介面，并將回傳其執行結果：

User result = Optional.ofNullable(user).orElseGet( () -> user2);

orElse() 和 orElseGet()的不同之處

乍一看，這兩種方法似乎起著同樣的作用，然而事實并非如此，我們創建一些示例來突出二者行為上的異同，

我們先來看看物件為空時他們的行為：

@Test
public void givenEmptyValue_whenCompare_thenOk() {
    User user = null
    logger.debug("Using orElse");
    User result = Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser());
    logger.debug("Using orElseGet");
    User result2 = Optional.ofNullable(user).orElseGet(() -> createNewUser());
}

private User createNewUser() {
    logger.debug("Creating New User");
    return new User("[email protected]", "1234");
}

上面的代碼中，兩種方法都呼叫了 createNewUser() 方法，這個方法會記錄一個訊息并回傳 User 物件，

代碼輸出如下：

Using orElse
Creating New User
Using orElseGet
Creating New User

由此可見，當物件為空而回傳默認物件時，行為并無差異，

我們接下來看一個類似的示例，但這里 Optional 不為空：

@Test
public void givenPresentValue_whenCompare_thenOk() {
    User user = new User("[email protected]", "1234");
    logger.info("Using orElse");
    User result = Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser());
    logger.info("Using orElseGet");
    User result2 = Optional.ofNullable(user).orElseGet(() -> createNewUser());
}

這次的輸出：

Using orElse
Creating New User
Using orElseGet

這個示例中，兩個 Optional 物件都包含非空值，兩個方法都會回傳對應的非空值，不過，orElse() 方法仍然創建了 User 物件，與之相反，orElseGet() 方法不創建User物件，

在執行較密集的呼叫時，比如呼叫 Web 服務或資料查詢，這個差異會對性能產生重大影響，

回傳例外

除了 orElse() 和 orElseGet() 方法，Optional 還定義了 orElseThrow() API —— 它會在物件為空的時候拋出例外，而不是回傳備選的值：

@Test(expected = IllegalArgumentException.class)
public void whenThrowException_thenOk() {
    User result = Optional.ofNullable(user)
      .orElseThrow( () -> new IllegalArgumentException());
}

這里，如果 user 值為 null，會拋出 IllegalArgumentException，

這個方法讓我們有更豐富的語意，可以決定拋出什么樣的例外，而不總是拋出 NullPointerException，

現在我們已經很好地理解了如何使用 Optional，我們來看看其它可以對 Optional 值進行轉換和過濾的方法，

轉換值

有很多種方法可以轉換 Optional 的值，我們從 map() 和 flatMap() 方法開始，

先來看一個使用 map() API 的例子：

@Test
public void whenMap_thenOk() {
    User user = new User(new Address("北京"));
        String country = Optional.ofNullable(user)
                .map(User::getAddress)	//這一步回傳Optional[Address{country='北京'}]
                .map(Address::getCountry)	//這一不回傳Option[北京]
                .orElse("China");
}

map()將要轉換的值作為引數，然后將其包裝在 Optional中回傳，這就使鏈試呼叫的操作成為可能

相比較下，flatMap()和map()作用類似，當引數為null時，兩者都回傳一個空的Optional，只不過在入參不是null時有些區別，

map()和flatMap()的區別

map會將傳入的Function函式的結果進行封裝，先看原始碼：

public<U> Optional<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper) {
    Objects.requireNonNull(mapper);
    if (!isPresent())
        return empty();
    else {
        //會使用Optional的ofNullable方法包裝Function函式回傳的值
        return Optional.ofNullable(mapper.apply(value));
    }
}

flatMap會直接回傳Function函式執行的結果，看原始碼：

public<U> Optional<U> flatMap(Function<? super T, Optional<U>> mapper) {
    Objects.requireNonNull(mapper);
    if (!isPresent())
        return empty();
    else {
        return Objects.requireNonNull(mapper.apply(value));//直接回傳Function執行的結果
    }
}

public static <T> T requireNonNull(T obj) {
        if (obj == null)
            throw new NullPointerException();
        return obj;
    }

這樣看，好像也看不出來兩者太大的區別，不知道什么時候用map，什么時候用flatMap，首先對于下列物件的操作

public class School {
    private String name;
    private Optional<Tearch> tearch;  //屬性為Option封裝的Tearch物件
 
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public Optional<Tearch> getTearch() {
        return tearch;
    }
 
    public void setTearch(Optional<Tearch> tearch) {
        this.tearch = tearch;
    }
}
 
class Tearch{
    private String name;
    private Optional<Student> student;
 
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public Optional<Student> getStudent() {
        return student;
    }
 
    public void setStudent(Optional<Student> student) {
        this.student = student;
    }
}
 
class Student{
    private String name;
    private int age;
 
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public int getAge() {
        return age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

這時，如果給你一個School物件，讓你得到Student的name屬性的值，可以使用下面的方式：

public static String getStudentName(School school){
        return Optional.ofNullable(school)
                .map(School::getTearch)
                .map(Tearch::getStudent)
                .map(Student::getName)
                .orElse("false");
    }

你可能感覺這樣寫很對啊，沒毛病，可惜這段代碼連編譯都不會通過的，我們思考一下，School::getTearch會回傳School實體的tearch屬性，而tearch屬性是使用Optional包裝的Tearch物件，所以使用了map(School::getTearch)，會回傳Optional<Optional<Tearch>>物件，而不是我們所想的Optional<Tearch>，

這時就可以使用flatMap來解決這個問題，剛才已經說了，flatMap不會使用Optional包裝Function執行的回傳結果，所以我們可以使用flatMap來解決這個問題

public static String getStudentName(School school){
    return Optional.ofNullable(school)
        .flatMap(School::getTearch)
        .flatMap(Tearch::getStudent)
        .map(Student::getName).orElse("false");
}

這時map和flatMap的用法就清楚了

  • 如果某物件實體的屬性本身就為Optional包裝過的型別，那么就要使用flatMap方法，就像School::getTearch回傳的就是Optional型別的，所以不能再使用Optional進行包裝，這時就要選用flatMap方法
  • 對于回傳值是其他型別，需要Optional進行包裝，如Student::getName得到是String型別的，就需要使用map方法在其外面包裝一層Optional物件，

過濾值

除了轉換值之外，Optional 類也提供了按條件“過濾”值的方法，

filter() 接受一個Predicate引數，回傳測驗結果為 true 的值，如果測驗結果為 false，會回傳一個空的 Optional，

來看一個根據基本的電子郵箱驗證來決定接受或拒絕 User用戶) 的示例：

@Test
public void whenFilter_thenOk() {
    User user = new User("[email protected]", "1234");
    Optional<User> result = Optional.ofNullable(user)
      .filter(u -> u.getEmail() != null && u.getEmail().contains("@"));

    assertTrue(result.isPresent());
}

如果通過過濾器測驗，result 物件會非空且包含@字符，

Optional 類的鏈式呼叫（重要）

我們使用 Optional 重寫文章開始處介紹的示例，

User user = null;
String country = Optional.ofNullable(user)
    .map(User::getAddress)
    .map(Address::getCountry)
    .map(Country::getIsocode)
    .orElse("default");
System.out.println(country.toUpperCase());	//DEFAULT

上面的嵌套結構可以用下面的圖來表示：

optional nested

Java 9 增強

我們介紹了 Java 8 的特性，**Java 9 為 Optional 類添加了三個方法：or()、*ifPresentOrElse()、stream()，

or() 方法與 orElse() 和 orElseGet() 類似，它們都在物件為空的時候提供了替代情況，or() 的回傳值是由 Supplier 引數產生的另一個 Optional 物件，

如果物件包含值，則 Lambda 運算式不會執行：

@Test
public void whenEmptyOptional_thenGetValueFromOr() {
    User result = Optional.ofNullable(user)
      .or( () -> Optional.of(new User("default","1234"))).get();

    assertEquals(result.getEmail(), "default");
}

上面的示例中，如果 user 變數是 null，它會回傳一個 Optional，它所包含的 User 物件，其電子郵件為 “default”，

ifPresentOrElse() 方法需要兩個引數：一個 Consumer 和一個 Runnable，如果物件包含值，會執行 Consumer 的動作，否則運行 Runnable，

候執行某個動作，或者只是跟蹤是否定義了某個值，那么這個方法非常有用：

Optional.ofNullable(user).ifPresentOrElse( u -> logger.info("User is:" + u.getEmail()),
  () -> logger.info("User not found"));

最后介紹的是新的 stream() 方法，它通過把實體轉換為 *Stream* 物件，讓你從廣大的 Stream API 中受益，如果沒有值，它會得到空的 Stream；有值的情況下，Stream 則會包含單一值，

我們來看一個把 Optional 處理成 Stream 的例子：

@Test
public void whenGetStream_thenOk() {
    User user = new User("[email protected]", "1234");
    List<String> emails = Optional.ofNullable(user)
      .stream()
      .filter(u -> u.getEmail() != null && u.getEmail().contains("@"))
      .map( u -> u.getEmail())
      .collect(Collectors.toList());

    assertTrue(emails.size() == 1);
    assertEquals(emails.get(0), user.getEmail());
}

這里對 Stream 的使用帶來了其 filter()、map() 和 collect() 介面，以獲取 List，

結語

在使用 Optional 的時候需要考慮一些事情，以決定什么時候怎樣使用它，

重要的一點是Optional不是Serializable，因此，它不應該用作類的欄位，

如果你需要序列化的物件包含 Optional 值，Jackson 庫支持把 Optional 當作普通物件，也就是說，Jackson 會把空物件看作 null，而有值的物件則把其值看作對應域的值，這個功能在 jackson-modules-java8 專案中，

它在另一種情況下也并不怎么有用，就是在將其型別用作方法或構建方法的引數時，這樣做會讓代碼變得復雜，完全沒有必要：

User user = new User("[email protected]", "1234", Optional.empty());

使用多載方法來處理非要的引數要容易得多，

Optional 主要用作回傳型別，在獲取到這個型別的實體后，如果它有值，你可以取得這個值，否則可以進行一些替代行為，

Optional 類有一個非常有用的用例，就是將其與流或其它回傳 Optional 的方法結合，以構建流暢的API，

我們來看一個示例，使用 Stream 回傳 Optional 物件的 findFirst() 方法：

@Test
public void whenEmptyStream_thenReturnDefaultOptional() {
    List<User> users = new ArrayList<>();
    User user = users.stream().findFirst().orElse(new User("default", "1234"));

    assertEquals(user.getEmail(), "default");
}

總結

Optional 是 Java 語言的有益補充 —— 它旨在減少代碼中的 NullPointerExceptions，雖然還不能完全消除這些例外，

它也是精心設計，自然融入 Java 8 函式式支持的功能，

總的來說，這個簡單而強大的類有助于創建簡單、可讀性更強、比對應程式錯誤更少的程式，

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/houduan/335081.html

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    uj5u.com 2023-04-20 07:22:59 more
  • java -- 緩沖流、轉換流、序列化流

    緩沖流 緩沖流, 也叫高效流, 按照資料型別分類： 位元組緩沖流：BufferedInputStream，BufferedOutputStream 字符緩沖流：BufferedReader，BufferedWriter 緩沖流的基本原理，是在創建流物件時，會創建一個內置的默認大小的緩沖區陣列，通過緩沖 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:49 more
  • Java-SpringBoot-Range請求頭設定實作視頻分段傳輸

    老實說，人太懶了，現在基本都不喜歡寫筆記了，但是網上有關Range請求頭的文章都太水了 下面是抄的一段StackOverflow的代碼...自己大修改過的，寫的注釋挺全的，應該直接看得懂，就不解釋了 寫的不好...只是希望能給視頻網站開發的新手一點點幫助吧. 業務場景：視頻分段傳輸、視頻多段傳輸（理 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:42 more
  • Windows 10開發教程_編程入門自學教程_菜鳥教程-免費教程分享

    教程簡介 Windows 10開發入門教程 - 從簡單的步驟了解Windows 10開發，從基本到高級概念，包括簡介，UWP，第一個應用程式，商店，XAML控制元件，資料系結，XAML性能，自適應設計，自適應UI，自適應代碼，檔案管理，SQLite資料庫，應用程式到應用程式通信，應用程式本地化，應用程式 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:35 more

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