Java 8th 函數式編程：Optional 類型

RayKr 發布于2019-08-16 10:53 / 3520人閱讀

摘要：當滿足條件時執行傳入的參數化操作。最后提醒一點，好用但不能濫用，在設計一個接口方法時是否采取類型返回需要斟酌，一味的使用會讓代碼變得比較啰嗦，反而破壞了代碼的簡潔性。鑒于作者水平有限，文中不免有錯誤之處，歡迎批評指正個人博客

NullPointException 可以說是所有 java 程序員都遇到過的一個異常，雖然 java 從設計之初就力圖讓程序員脫離指針的苦海，但是指針確實是實際存在的，而 java 設計者也只能是讓指針在 java 語言中變得更加簡單、易用，而不能完全的將其剔除，所以才有了我們日常所見到的關鍵字 null。

空指針異常是一個運行時異常，對于這一類異常，如果沒有明確的處理策略，那么最佳實踐在于讓程序早點掛掉，但是很多場景下不是開發人員沒有具體的處理策略，而是根本沒有意識到空指針異常的存在。當異常真的發生的時候，處理策略也很簡單，在存在異常的地方添加一個 if 語句判定即可，但是這樣的應對策略會讓我們的程序出現越來越多的 null 判定。一個良好的程序設計應該讓代碼中盡量少出現 null 關鍵字，而 8th 所提供的 Optional 類則在減少 NullPointException 的同時，也提升了代碼的美觀度。但首先我們需要明確的是它并 不是對 null 關鍵字的替代策略，而是對于 null 判定提供了一種更加優雅的實現，從而盡可能地避免 NullPointException 。

下面通過一個小示例直觀感受一下，假設我們需要返回一個字符串的長度，如果不借助第三方工具類，我們需要調用 str.length() 方法：

if(null == str) { // 空指針判定
    return 0;
}
return str.length();

如果采用 Optional 類，實現如下：

return Optional.ofNullable(str).map(String::length).orElse(0);

Optional 的代碼相對更加簡潔，當代碼量較大時，我們很容易忘記進行 null 判定，但是使用 Optional 類則會避免這類問題。

一. 基本使用 1.1 Optional 對象的創建

創建空對象

Optional optStr = Optional.empty();

上面的示例代碼調用 empty() 方法創建了一個空的 Optional 對象型。

創建對象：不允許我空

Optional 提供了方法 of() 用于創建非空對象，該方法要求傳入的參數不能為空，否則拋 NullPointException，示例如下：

Optional optStr = Optional.of(str);  // 當str為null的時候，將拋出NullPointException

創建對象：允許為空

如果不能確定傳入的參數是否存在 null 值的可能性，則可以用 Optional 的 ofNullable() 方法創建對象，如果入參為 null 則創建一個空對象。示例如下：

Optional optStr = Optional.ofNullable(str);  // 如果str是null，則創建一個空對象

1.2 流式數據處理

流式數據處理也是 8th 給我們帶來的一個重量級新特性，讓我們對集合的操作變得更加簡潔和高效，本系列下一篇將對流式數據處理進行全面的講解。Optional 類也提供了兩個基本的流失處理：映射和過濾。

為了演示，我們設計了一個 User 類，如下：

public class User {
    private long id;
    private String name;
    private int age;
    private Optional phone;
    private Optional email;

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    // 省略setter和getter
}

手機和郵箱不是一個人的必須有的，所以我們利用 Optional 類定義。

映射：map 與 flatMap

映射是將輸入轉換成另外一種形式的輸出的操作，比如前面例子中我們輸入字符串，而輸出的是字符串的長度，這就是一種映射，我們利用方法 map() 進行實現。假設我們希望獲得一個人的姓名，我們可以如下實現：

String name = Optional.ofNullable(user).map(User::getName).orElse("no name");

這樣當入參 user 不為空的時候則返回其 name，否則返回 no name。如我我們希望通過上面方式得到 phone 或 email，利用上面的方式則行不通了，因為 map 之后返回的是 Optional，我們把這種稱為 Optional 嵌套，我們必須再 map 一次才能拿到我們想要的結果：

long phone = optUser.map(User::getPhone).map(Optional::get).orElse(-1L);

其實這個時候更好的方式是利用 flatMap，一步拿到我們想要的結果：

long phone = optUser.flatMap(User::getPhone).orElse(-1L);

flapMap 可以將方法返回的各個流扁平化成為一個流，具體在下一篇專門講流式數據處理的文章中細說。

過濾：fliter

filiter，顧名思義是過濾的操作，我們可以將過濾操作做為參數傳遞給該方法以實現過濾目的，假如我們希望篩選 18 周歲以上的成年人，則可以實現如下：

optUser.filter(u -> u.getAge() >= 18).ifPresent(u -> System.out.println("Adult:" + u));

1.3 默認行為

默認行為是當 Optional 在不滿足條件時所執行的操作，比如在上面的例子中我們使用的 orElse() 就是一個默認操作，用于在 Optional 對象為空時執行特定操作，當然也有一些默認操作是當滿足條件的對象存在時執行的操作。

get()

get 方法用于獲取變量的值，但是當變量不存在時則會拋出 NoSuchElementException，所以如果不確定變量是否存在則不建議使用

orElse(T other)

當 Optional 的變量不滿足給定條件時，則執行 orElse，比如前面當 str 為 null 時返回 0。

orElseGet(Supplier expectionSupplier)

如果條件不成立時需要執行相對復雜的邏輯而不是簡單的返回操作，則可以使用 orElseGet 實現：

long phone = optUser.map(User::getPhone).map(Optional::get).orElseGet(() -> {
    // do something here
    return -1L;
});

orElseThrow(Supplier expectionSupplier)

與 get() 方法類似，都是在不滿足條件時返回異常，不過這里我們可以指定返回的異常類型。

ifPresent(Consumer)

當滿足條件時執行傳入的參數化操作。

二. 注意事項

Optional 是一個 final 類且未實現任何接口，所以當我們在利用該類包裝定義類的屬性的時候，如果我們定義的類有序列化的需求，那么因為 Optional 沒有實現 Serializable 接口，這個時候執行序列化操作就會有問題：

public class User implements Serializable {
    private long id;
    private String name;
    private int age;
    private Optional phone;  // 不能序列化
    private Optional email;  // 不能序列化
}

不過我們可以采用如下替換策略 Optinal：

private long phone;

public Optional getPhone() {
    return Optional.ofNullable(this.phone);
}

看來 Optional 類在設計的時候就沒有考慮將它作為類的字段使用。

最后提醒一點，Optional 好用但不能濫用，在設計一個接口方法時是否采取 Optional 類型返回需要斟酌，一味的使用會讓代碼變得比較啰嗦，反而破壞了代碼的簡潔性。

鑒于作者水平有限，文中不免有錯誤之處，歡迎批評指正
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