Java 8 Optional 良心指南，建議收藏
想學習，永遠都不晚，尤其是針對 Java 8 裡面的好東西，Optional 就是其中之一，該類提供了一種用於表示可選值而非空引用的類級別解決方案。作為一名 Java 程式設計師，我真的是煩透了 NullPointerException（NPE），儘管和它熟得就像一位老朋友，知道它也是迫不得已——程式正在使用一個物件卻發現這個物件的值為 null，於是 Java 虛擬機器就怒髮衝冠地把它拋了出來當做替罪羊。
當然了，我們程式設計師是富有責任心的，不會坐視不管，於是就有了大量的 null 值檢查。儘管有時候這種檢查完全沒有必要，但我們已經習慣了例行公事。終於，Java 8 看不下去了，就引入了 Optional，以便我們編寫的程式碼不再那麼刻薄呆板。
01、沒有 Optional 會有什麼問題
我們來模擬一個實際的應用場景。小王第一天上班，領導老馬就給他安排了一個任務，要他從資料庫中根據會員 ID 拉取一個會員的姓名，然後將姓名列印到控制檯。雖然是新來的，但這個任務難不倒小王，於是他花了 10 分鐘寫下了這段程式碼：
public class WithoutOptionalDemo {
class Member {
private String name;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
public static void main(String[] args) {
Member mem = getMemberByIdFromDB();
if (mem != null) {
System.out.println(mem.getName());
}
}
public static Member getMemberByIdFromDB() {
// 當前 ID 的會員不存在
return null;
}
}
由於當前 ID 的會員不存在，所以 getMemberByIdFromDB() 方法返回了 null 來作為沒有獲取到該會員的結果，那就意味著在列印會員姓名的時候要先對 mem 判空，否則就會丟擲 NPE 異常，不信？讓小王把 if (mem != null) 去掉試試，控制檯立馬列印錯誤堆疊給你顏色看看。
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at com.cmower.dzone.optional.WithoutOptionalDemo.main(WithoutOptionalDemo.java:24)
02、Optional 是如何解決這個問題的
小王把程式碼提交後，就興高采烈地去找老馬要新的任務了。本著虛心學習的態度，小王請求老馬看一下自己的程式碼，於是老王就告訴他應該嘗試一下 Optional，可以避免沒有必要的 null 值檢查。現在，讓我們來看看小王是如何通過 Optional 來解決上述問題的。
public class OptionalDemo {
public static void main(String[] args) {
Optional<Member> optional = getMemberByIdFromDB();
optional.ifPresent(mem -> {
System.out.println("會員姓名是：" + mem.getName());
});
}
public static Optional<Member> getMemberByIdFromDB() {
boolean hasName = true;
if (hasName) {
return Optional.of(new Member("沉默王二"));
}
return Optional.empty();
}
}
class Member {
private String name;
public String getName() {
return name;
}
// getter / setter
}
getMemberByIdFromDB() 方法返回了 Optional<Member> 作為結果，這樣就表明 Member 可能存在，也可能不存在，這時候就可以在 Optional 的 ifPresent() 方法中使用 Lambda 表示式來直接列印結果。
Optional 之所以可以解決 NPE 的問題，是因為它明確的告訴我們，不需要對它進行判空。它就好像十字路口的路標，明確地告訴你該往哪走。
03、建立 Optional 物件
1）可以使用靜態方法 empty() 建立一個空的 Optional 物件
Optional<String> empty = Optional.empty();
System.out.println(empty); // 輸出：Optional.empty
2）可以使用靜態方法 of() 建立一個非空的 Optional 物件
Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt); // 輸出：Optional[沉默王二]
當然了，傳遞給 of() 方法的引數必須是非空的，也就是說不能為 null，否則仍然會丟擲 NullPointerException。
String name = null;
Optional<String> optnull = Optional.of(name);
3）可以使用靜態方法 ofNullable() 建立一個即可空又可非空的 Optional 物件
String name = null;
Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(name);
System.out.println(optOrNull); // 輸出：Optional.empty
ofNullable() 方法內部有一個三元表示式，如果為引數為 null，則返回私有常量 EMPTY；否則使用 new 關鍵字建立了一個新的 Optional 物件——不會再丟擲 NPE 異常了。
04、判斷值是否存在
可以通過方法 isPresent() 判斷一個 Optional 物件是否存在，如果存在，該方法返回 true，否則返回 false——取代了 obj != null 的判斷。
Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt.isPresent()); // 輸出：true
Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
System.out.println(opt.isPresent()); // 輸出：false
Java 11 後還可以通過方法 isEmpty() 判斷與 isPresent() 相反的結果。
Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt.isPresent()); // 輸出：false
Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
System.out.println(opt.isPresent()); // 輸出：true
05、非空表示式
Optional 類有一個非常現代化的方法——ifPresent()，允許我們使用函數語言程式設計的方式執行一些程式碼，因此，我把它稱為非空表示式。如果沒有該方法的話，我們通常需要先通過 isPresent() 方法對 Optional 物件進行判空後再執行相應的程式碼：
Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
if (optOrNull.isPresent()) {
System.out.println(optOrNull.get().length());
}
有了 ifPresent() 之後，情況就完全不同了，可以直接將 Lambda 表示式傳遞給該方法，程式碼更加簡潔，更加直觀。
Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
opt.ifPresent(str -> System.out.println(str.length()));
Java 9 後還可以通過方法 ifPresentOrElse(action, emptyAction) 執行兩種結果，非空時執行 action，空時執行 emptyAction。
Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
opt.ifPresentOrElse(str -> System.out.println(str.length()), () -> System.out.println("為空"));
06、設定（獲取）預設值
有時候，我們在建立（獲取） Optional 物件的時候，需要一個預設值，orElse() 和 orElseGet() 方法就派上用場了。
orElse() 方法用於返回包裹在 Optional 物件中的值，如果該值不為 null，則返回；否則返回預設值。該方法的引數型別和值得型別一致。
String nullName = null;
String name = Optional.ofNullable(nullName).orElse("沉默王二");
System.out.println(name); // 輸出：沉默王二
orElseGet() 方法與 orElse() 方法類似，但引數型別不同。如果 Optional 物件中的值為 null，則執行引數中的函式。
String nullName = null;
String name = Optional.ofNullable(nullName).orElseGet(()->"沉默王二");
System.out.println(name); // 輸出：沉默王二
從輸出結果以及程式碼的形式上來看，這兩個方法極其相似，這不免引起我們的懷疑，Java 類庫的設計者有必要這樣做嗎？
假設現在有這樣一個獲取預設值的方法，很傳統的方式。
public static String getDefaultValue() {
System.out.println("getDefaultValue");
return "沉默王二";
}
然後，通過 orElse() 方法和 orElseGet() 方法分別呼叫 getDefaultValue() 方法返回預設值。
public static void main(String[] args) {
String name = null;
System.out.println("orElse");
String name2 = Optional.ofNullable(name).orElse(getDefaultValue());
System.out.println("orElseGet");
String name3 = Optional.ofNullable(name).orElseGet(OrElseOptionalDemo::getDefaultValue);
}
注：類名 :: 方法名是 Java 8 引入的語法，方法名後面是沒有 () 的，表明該方法並不一定會被呼叫。
輸出結果如下所示：
orElse
getDefaultValue
orElseGet
getDefaultValue
輸出結果是相似的，沒什麼太大的不同，這是在 Optional 物件的值為 null 的情況下。假如 Optional 物件的值不為 null 呢？
public static void main(String[] args) {
String name = "沉默王三";
System.out.println("orElse");
String name2 = Optional.ofNullable(name).orElse(getDefaultValue());
System.out.println("orElseGet");
String name3 = Optional.ofNullable(name).orElseGet(OrElseOptionalDemo::getDefaultValue);
}
輸出結果如下所示：
orElse
getDefaultValue
orElseGet
咦，orElseGet() 沒有去呼叫 getDefaultValue()。哪個方法的效能更佳，你明白了吧？
07、獲取值
直觀從語義上來看，get() 方法才是最正宗的獲取 Optional 物件值的方法，但很遺憾，該方法是有缺陷的，因為假如 Optional 物件的值為 null，該方法會丟擲 NoSuchElementException 異常。這完全與我們使用 Optional 類的初衷相悖。
public class GetOptionalDemo {
public static void main(String[] args) {
String name = null;
Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(name);
System.out.println(optOrNull.get());
}
}
這段程式在執行時會丟擲異常：
Exception in thread "main" java.util.NoSuchElementException: No value present
at java.base/java.util.Optional.get(Optional.java:141)
at com.cmower.dzone.optional.GetOptionalDemo.main(GetOptionalDemo.java:9)
儘管丟擲的異常是 NoSuchElementException 而不是 NPE，但在我們看來，顯然是在“五十步笑百步”。建議 orElseGet() 方法獲取 Optional 物件的值。
08、過濾值
小王通過 Optional 類對之前的程式碼進行了升級，完成後又興高采烈地跑去找老馬要任務了。老馬覺得這小夥子不錯，頭腦靈活，又幹活積極，很值得培養，就又交給了小王一個新的任務：使用者註冊時對密碼的長度進行檢查。
小王拿到任務後，樂開了花，因為他剛要學習 Optional 類的 filter() 方法，這就派上了用場。
public class FilterOptionalDemo {
public static void main(String[] args) {
String password = "12345";
Optional<String> opt = Optional.ofNullable(password);
System.out.println(opt.filter(pwd -> pwd.length() > 6).isPresent());
}
}
filter() 方法的引數型別為 Predicate（Java 8 新增的一個函式式介面），也就是說可以將一個 Lambda 表示式傳遞給該方法作為條件，如果表示式的結果為 false，則返回一個 EMPTY 的 Optional 物件，否則返回過濾後的 Optional 物件。
在上例中，由於 password 的長度為 5 ，所以程式輸出的結果為 false。假設密碼的長度要求在 6 到 10 位之間，那麼還可以再追加一個條件。來看小王增加難度後的程式碼。
Predicate<String> len6 = pwd -> pwd.length() > 6;
Predicate<String> len10 = pwd -> pwd.length() < 10;
password = "1234567";
opt = Optional.ofNullable(password);
boolean result = opt.filter(len6.and(len10)).isPresent();
System.out.println(result);
這次程式輸出的結果為 true，因為密碼變成了 7 位，在 6 到 10 位之間。想象一下，假如小王使用 if-else 來完成這個任務，程式碼該有多冗長。
09、轉換值
小王檢查完了密碼的長度，仍然覺得不夠盡興，覺得要對密碼的強度也進行檢查，比如說密碼不能是“password”，這樣的密碼太弱了。於是他又開始研究起了 map() 方法，該方法可以按照一定的規則將原有 Optional 物件轉換為一個新的 Optional 物件，原有的 Optional 物件不會更改。
先來看小王寫的一個簡單的例子：
public class OptionalMapDemo {
public static void main(String[] args) {
String name = "沉默王二";
Optional<String> nameOptional = Optional.of(name);
Optional<Integer> intOpt = nameOptional
.map(String::length);
System.out.println( intOpt.orElse(0));
}
}
在上面這個例子中，map() 方法的引數 String::length，意味著要 將原有的字串型別的 Optional 按照字串長度重新生成一個新的 Optional 物件，型別為 Integer。
搞清楚了 map() 方法的基本用法後，小王決定把 map() 方法與 filter() 方法結合起來用，前者用於將密碼轉化為小寫，後者用於判斷長度以及是否是“password”。
public class OptionalMapFilterDemo {
public static void main(String[] args) {
String password = "password";
Optional<String> opt = Optional.ofNullable(password);
Predicate<String> len6 = pwd -> pwd.length() > 6;
Predicate<String> len10 = pwd -> pwd.length() < 10;
Predicate<String> eq = pwd -> pwd.equals("password");
boolean result = opt.map(String::toLowerCase).filter(len6.and(len10 ).and(eq)).isPresent();
System.out.println(result);
}
}
好了，我親愛的讀者朋友，以上就是本文的全部內容了——可以說是史上最佳 Optional 指南了，能看到這裡的都是最優秀的程式設計師，二哥必須要伸出大拇指為你點個贊。
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