使用Optional擺脫NPE的折磨

BDEEFE 發(fā)布于2019-08-16 18:35 / 781人閱讀

摘要：在目前的工作中，我對中的和表達式都使用得很多，之前也寫了兩篇文章來總結對應的知識。為了避免，他們會加很多判斷語句，使得代碼的可讀性變得很差。在后面的開發(fā)中，可以使用設計，這樣可以設計出更安全的接口和方法。

在目前的工作中，我對Java中的Stream和Lambda表達式都使用得很多，之前也寫了兩篇文章來總結對應的知識。

024：Java流實現(xiàn)Shell：cat 1.log | grep a | sort | uniq -c | sort -rn

函數(shù)式編程讓你忘記設計模式

不過對于Optional這個特性，一直沒有很好地使用起來，所以最近又開始閱讀《Java 8實戰(zhàn)》這本書，本文是針對其中第10章的一個學習總結。

背景

在Java中，如果你嘗試對null做函數(shù)調(diào)用，就會引發(fā)NullPointerException（NPE），NPE是Java程序開發(fā)中的最典型的異常，對于Java開發(fā)者來說，無論你是初出茅廬的新人和還工作多年的老司機，NPE經(jīng)常讓他們翻車。為了避免NPE，他們會加很多if判斷語句，使得代碼的可讀性變得很差。

從軟件設計的角度來看，null本身是沒有意義的語義，這是一種對缺失變量值的錯誤的建模。

從Java類型系統(tǒng)的角度看，null可以被賦值給任何類型的變量，并且不斷被傳遞，知道最后誰也不知道它是從哪里引入的。

Optional的引入

Java設計者從Haskell和Scala中獲取靈感，在Java 8中引入了一個新的類java.util.Optional。如果一個接口返回Optional，可以表示一個人可能有車也可能沒有車，這個比簡單的返回Car要更明確，閱讀代碼的人不需要提前準備業(yè)務知識。

Optional的目的就在于此：通過類型系統(tǒng)讓你的領域模型中隱藏的知識顯式地體現(xiàn)在你的代碼中。

Optional的使用

方法	描述
empty	返回一個空的Optional實例
filter	如果值存在并且滿足提供的過濾條件，則返回包含該值的Optional對象；否則就返回一個空的Optional對象
map	如果值存在，就對該值執(zhí)行提供的mapping函數(shù)調(diào)用
flatMap	如果值存在，就對該值執(zhí)行提供的mapping函數(shù)調(diào)用，返回一個Optional類型的值，否則就返回一個空的Optional對象
ifPresent	如果值存在，就執(zhí)行使用該值的方法調(diào)用，否則什么也不做
of	將指定值用Optional封裝之后返回，如果該值為null，則拋出一個NPE
ofNullable	將指定值用Optional封裝之后返回，如果該值為null，則返回一個空的Optional對象
orElse	如果有值則返回，否則返回一個默認值
orElseGet	如果有值則返回，否則返回一個由指定的Supplier接口生成的值(如果默認值的生成代價比較高的話，則適合使用orElseGet方法)
orElseThrow	如果有值則返回，否則返回一個由指定的Supplier接口拋出的異常
get	如果值存在，則返回該值，否則拋出一個NoSuchElementException異常
isPresent	如果值存在則返回true，否則返回false

上面這張表里列舉了Optional的基礎API，我這里列舉了一些使用的tips：

你可以用ofNullable將一個可能為null的對象封裝為Optional對象，然后獲取值的時候使用orElse方法提供默認值；可以使用empty方法創(chuàng)建一個空的Optional對象；of方法一般不用，不過如果你知道某個值不可能為null，則可以用Optional封裝該值，這樣它一旦為null就會拋出異常。

//empty方法的使用
Optional optCar = Optional.empty();

//of方法的使用
Optional optCar = Optional.of(car);

//ofNullable方法的使用
Optional optCar = Optional.ofNullable(car);

你可以使用map方法從Optional對象中它封裝的值中的某個字段的值；

Optional optInsurance = Optional.ofNullable(insurance);
Optional name = optInsurance.map(Insurance::getName);

如果需要連續(xù)、層層遞進的從某個對象鏈的末端獲取字段的值，則不能全部使用map方法，需要先使用flatMap，最后再使用map方法；

//轉換之前
public String getCarInsuranceName(Person person) {
  return person.getCar().getInsurance().getName();
}

//轉換后
public String getCarInsuranceName(Optional person) {
  return person.flatMap(Person::getCar)
               .flatMap(Car::Insurance)
               .map(Insurance::getName)
               .orElse("Unknown");
}

Optional中的map、flatMap和filter方法，在概念是與Stream中對應的方法都很類似，區(qū)別就在于Optional中的元素至多有一個，算是Stream的一種特殊情況——一種特殊的集合。

不要使用ifPresent和get方法，它們本質上和不適用Optional對象之前的模式相同，都是臃腫的if-then-else判斷語句；

由于Optional無法序列化，所以在領域模型中，無法將某個字段定義為Optional的，原因是：Optional的設計初衷僅僅是要支持能返回Optional對象的語法，如果我們希望在域模型中引入Optional，則可以用下面這種替代的方法：

public class Person {
  private Car car;
  public Optional getCarAsOptional() {
    return Optional.ofNullable(car);
  }
}

不要使用基礎類型的Optional對象，原因是：基礎類型的Optional對象不支持map、flatMap和filter方法，而這些方法是Optional中非常強大的方法。

實戰(zhàn)案例 案例1：使用工具類方法改良可能拋出異常的API

Java方法處理異常結果的方式有兩種：返回null（或錯誤碼）；拋出異常，例如：Integer.parseInt(String)這個方法——如果無法解析到對應的整型，該方法就拋出一個NumberFormationException，這種情況下我們一般會使用try/catch語句處理異常情況。

一般我們建議將try/catch塊多帶帶提取到一個方法中，在這里使用Optional設計這個方法，代碼如下。在開發(fā)中，可以嘗試構建一個OptionalUtility工具類，將這些復雜的try/catch邏輯封裝起來。

public static Optional stringToInt(String a) {
  try{
    return Optional.of(Integer.parseInt(s));
  } catch  (NumberFormationException e) {
    return Optional.empty();
  }
}

案例2：綜合案例

現(xiàn)在有個方法，是嘗試從一個屬性映射中獲取某個關鍵詞對應的值，例子代碼如下：

   public static int readDuration(Properties properties, String name) {
        String value = properties.getProperty(name);
        if (value != null) {
            try {
                int i = Integer.parseInt(value);
                if (i > 0) {
                    return i;
                }
            } catch (NumberFormatException e) {

            }
        }
        return 0;
    }

使用Optional的寫法后，代碼如下所示：

    public static int readDurationWithOptional(Properties properties, String name) {
        return Optional.ofNullable(properties.getProperty(name))
            .flatMap(OptionalUtility::stringToInt)
            .filter(integer -> integer > 0)
            .orElse(0);
    }

如果需要訪問的屬性值不存在，Properites.getProperty(String)方法的返回值就是一個null，使用noNullable工廠方法就可以將該值轉換為Optional對象；接下來，可以使用flatMap將一個Optional轉換為Optional對象；最后使用filter過濾掉負數(shù)，然后就可以使用orElse獲取屬性值，如果拿不到則返回默認值0。

總結

使用Optional的思路和Stream相同，都是鏈式思路，跟數(shù)據(jù)庫查詢似的，表達力很強，而且省去了哪些復雜的try/catch和if-then-else方法。在后面的開發(fā)中，可以使用Optional設計API，這樣可以設計出更安全的接口和方法。

本號專注于后端技術、JVM問題排查和優(yōu)化、Java面試題、個人成長和自我管理等主題，為讀者提供一線開發(fā)者的工作和成長經(jīng)驗，期待你能在這里有所收獲。

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