【Java 8】巧用Optional之优雅规避NPE问题

避之不及的 NullPointerException

NPE : NullPointerException

空指针异常是最常见的Java异常之一，抛出NPE错误不是用户操作的错误，而是开发人员的错误，应该被避免，那么只能在每个方法中加入非空检查，阅读性和维护性都比较差。

以下是一个常见的嵌套对象：一个用户所拥有的汽车，以及为这个汽车配备的保险。

public class User {

    private String userName;

    private Car car;

    public String getUserName() {
        return userName;
    }

    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }

    public Car getCar() {
        return car;
    }

    public void setCar(Car car) {
        this.car = car;
    }
}

public class Car {

    private String carName;

    private Insurance insurance;

    public String getCarName() {
        return carName;
    }

    public void setCarName(String carName) {
        this.carName = carName;
    }

    public Insurance getInsurance() {
        return insurance;
    }

    public void setInsurance(Insurance insurance) {
        this.insurance = insurance;
    }
}

public class Insurance {

    private String insuranceName;

    public String getInsuranceName() {
        return insuranceName;
    }

    public void setInsuranceName(String insuranceName) {
        this.insuranceName = insuranceName;
    }
}

如果我们此时，需要获取一个用户对应的汽车保险名称，我们可能会写出来以下的代码

private String getInsuranceName(User user) {
    return user.getCar().getInsurance().getInsuranceName();
}

避免NullPointerException的方法

显然上面的程序是存在诸多NullPointerException隐患的，为了保证程序的健壮性，我们需要尽量避免出现空指针NullPointerException，那么通常我们会有以下两种写法。

深层质疑

private String getInsuranceName(User user) {
        if (user != null) {
            Car car = user.getCar();
            if (car != null) {
                Insurance insurance = car.getInsurance();
                if (insurance != null) {
                    return insurance.getInsuranceName();
                }
            }
        }
        return "not found";
    }

及时退出

    private String getInsuranceName(User user) {
        if (user == null) {
            return "not found";
        }
        Car car = user.getCar();
        if (car == null) {
            return "not found";
        }
        Insurance insurance = car.getInsurance();
        if (insurance == null) {
            return "not found";
        }
        return insurance.getInsuranceName();
    }

为了避免出现空指针，我们通常会采用以上两种写法，但是它们复杂又冗余，为了鼓励程序员写更干净的代码，代码设计变得更加的优雅。JAVA8提供了Optional类来优化这种写法。

Optional

Optional入门

Java 8中引入了一个新的类java.util.Optional<T>。这是一个封装Optional值的类。举例来说，使用新的类意味着，如果你知道一个人可能有也可能没有车，那么User类内部的car变量就不应该声明为Car， 遇某人没有车时把null引用值给它，而是应该如下图所示直接将其声明为Optional<Car>类型。

变量存在时，Optional类只是对类简单封装。变量不存在时，缺失的值会被建模成一个“空” 的Optional对象，由方法Optional.empty()返回。它返回Optional类的特定单一实例。

null引用和Optional.empty() 有什么本质的区别吗?

从语义上，你可以把它们当作一回事儿，但是实际中它们之间的差别非常大:如果你尝试直接引用一个null，一定会触发NullPointerException，不过使用 Optional.empty()就完全没事儿，它是Optional类的一个有效对象。

使用Optional而不是null的一个非常重要而又实际的语义区别是，第一个例子中，我们在声明变量时使用的是Optional<Car>类型，而不是Car类型，这句声明非常清楚地表明了这里发生变量缺失是允许的。与此相反，使用Car这样的类型，可能将变量赋值为null，你只能依赖你对业务模型的理解，判断一个null是否属于该变量的有效值又或是异常情况。

public class User {

    private String userName;

    private Optional<Car> car;

    public String getUserName() {
        return userName;
    }
    public Optional<Car> getCar() {
        return car;
    }
}
public class Car {
    private String carName;
    private Optional<Insurance> insurance;
    public String getCarName() {
        return carName;
    }
    public Optional<Insurance> getInsurance() {
        return insurance;
    }
}
public class Insurance {
    private String insuranceName;
    public String getInsuranceName() {
        return insuranceName;
    }
}

发现Optional是如何 富你模型的语义了吧。代码中user引用的是Optional<Car>， 而car引用的是Optional<Insurance>，这种方式非常清晰地表达了你的模型中一个user 可能有也可能没有car的情形，同样，car可能进行了保险，也可能没有保险。

与此同时，我们看到insurance的名称insuranceName被声明成String类型，而不是Optional<String>，这非常清楚地表明声明为insurance的类中的名称字段insuranceName是必须存在的。

使用这种方式， 一旦通过引用insurance获取insuranceName时发生NullPointerException，你就能非常确定地知道出错的原因，不再需要为其添加null的检查查，因为null的检查查只会掩盖问题，并未真正地修复问题。

insurance必须有个名字，所以，如果你遇到一个insurance没有名称，你需要调查你的数据出了什么问题，而不应该再添加一段代码，将这个问题隐藏。

Optional的方法介绍

创建Optional

of(T value)

如果构造参数是一个null，这段代码会立即 出一个NullPointerException，而不是等到你 图访问car的属性值时才返回一个错误。

public static <T> Optional<T> of(T value) {
    return new Optional<>(value);
}

ofNullable(T value)

创建一个允许null值的Optional对象

public static <T> Optional<T> ofNullable(T value) {
    return value == null ? empty() : of(value);
}

empty()

创建一个空的Optional对象

    public static<T> Optional<T> empty() {
        Optional<T> t = (Optional<T>) EMPTY;
        return t;
    }

常用方法

• get()是这些方法中最简单但又最不安全的方法。如果变量存在，它直接返回封装的变量值，否则就抛出一个NoSuchElementException异常。所以，除非你非常确定Optional变量一定包含值，否则最好不要使用这个方法。
• orElse(T other)，它允许你在 Optional对象不包含值时提供一个默认值。
• orElseGet(Supplier<? extends T> other)是orElse方法的延迟调用版，Supplier方法只有在Optional对象不含值时才执行调用。
• orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier)和get方法非常类似，它们遭遇Optional对象为空时都会抛出一个异常，但是使用orElseThrow你可以定制希望抛出的异常类型。
• ifPresent(Consumer<? super T>)让你能在变量值存在时执行一个作为参数传入的方法，否则就不进行任何操作。

注意：orElse(T other)和orElseGet(Supplier<? extends T> other)的区别

这两个函数的区别：当value值不为null时，orElse函数依然会执行返回T的方法，而orElseGet函数并不会执行返回T的方法。

用map从Optional中提取和转换值

map(Function<? super T, ? extends U> mapper)

可以把Optional对象看成一种特殊的集合数据，它至多包含一个元素。如果Optional包含一个值，那函数就将该值作为参数传递给map，对该值进行转换。如果Optional为空，就什么也不做。

String optionMap = Optional.ofNullable("abc").map(value -> value.toUpperCase()).get();

使用flatMap链接Optional对象

flatMap(Function<? super T, Optional<U>> mapper)

将两层的optional合并为一个

String optionFlatMap = Optional.ofNullable("abc").flatMap(value -> Optional.of((value + "flat-map").toUpperCase())).get();

用filter剔除特定的值

filter(Predicate<? super T> predicate)

filter方法接受一个谓词作为参数。如果Optional对象的值存在，并且它符合谓词的条件， filter方法就返回其值;否则它就返回一个空的Optional对象。

Optional<String> filterOptional = Optional.ofNullable("abc").filter(value -> Objects.equals(value, "abc"));

实战

尝试获取用户的用户名称，不存在则返回默认值

String userName = Optional.ofNullable(userOfNull).orElse(new User()).getUserName();

尝试获取用户的carName,不存在则返回null

String carName = Optional.ofNullable(userOfNull).map(u -> u.getCar()).map(c -> c.getCarName()).orElse(null);

用户名存在的时候转为大写

Optional.ofNullable(user).map(u -> u.getUserName()).ifPresent(userName -> System.out.println(userName.toUpperCase()));

过滤出来用户名称是张三的用户

Optional.ofNullable(user).filter(u -> Objects.equals(u.getUserName(),"张三")).map(u -> u.getUserName()).ifPresent(userName -> System.out.println(userName + "实战Test"));

将张三的用户名称更改为李四

Optional.ofNullable(user).ifPresent(x -> {
            if (Objects.equals(user.getUserName(),"张三")){
                user.setUserName("李四");
            }
        });

Optional.ofNullable(user).filter(u -> Objects.equals(user.getUserName(),"张三")).ifPresent(x -> user.setUserName("李四"));