java封装空值建议使用Optional替代null的方法示例解析

导读

"Null 很糟糕." - Doug Lea。

Doug Lea 是一位美国的计算机科学家，他是 Java 平台的并发和集合框架的主要设计者之一。他在 2014 年的一篇文章中说过：“Null sucks.”1，意思是 null 很糟糕。他认为 null 是一种不明确的表示，它既可以表示一个值不存在，也可以表示一个值未知，也可以表示一个值无效。这样就会导致很多逻辑错误和空指针异常，给程序员带来很多麻烦。他建议使用 Optional 类来封装可能为空的值，从而提高代码的可读性和健壮性。

"发明 null 引用是我的十亿美元错误。" - Sir C. A. R. Hoare。

Sir C. A. R. Hoare 是一位英国的计算机科学家，他是快速排序算法、Hoare 逻辑和通信顺序进程等重要概念的发明者。他在 2009 年的一个软件会议上道歉说：“I call it my billion-dollar mistake. It was the invention of the null reference in 1965.”，意思是他把 null 引用称为他的十亿美元错误。他说他在 1965 年设计 ALGOL W 语言时，引入了 null 引用的概念，用来表示一个对象变量没有指向任何对象。他当时认为这是一个很简单和自然的想法，但后来发现这是一个非常糟糕的设计，因为它导致了无数的错误、漏洞和系统崩溃。他说他应该使用一个特殊的对象来表示空值，而不是使用 null。

自作者从事 Java 编程一来，就与 null 引用相伴，与 NullPointerException 相遇已经是家常便饭了。

null 引用是一种表示一个对象变量没有指向任何对象的方式，它是 Java 语言中的一个特殊值，也是导致空指针异常（NullPointerException）的主要原因。虽然 null 引用可以用来表示一个值不存在或未知，也可以用来节省内存空间。但是它也不符合面向对象的思想，因为它不是一个对象，不能调用任何方法或属性。

可以看到，null 引用并不好，我们应该尽量避免使用 null，那么我们该怎么避免 null 引用引起的逻辑错误和运行时异常嘞？

其实这个问题 Java 的设计者也知道，于是他们在 Java8 之后设计引入了 Optional 类解决这个问题，本文将给大家详细介绍下 Optional 类的设计目的以及使用方法。

Optional 类是什么？

Optional 类是 java 8 中引入的一个新的类，它的作用是封装一个可能为空的值，从而避免空指针异常（NullPointerException）。Optional 类可以看作是一个容器，它可以包含一个非空的值，也可以为空。Optional 类提供了一些方法，让我们可以更方便地处理可能为空的值，而不需要显式地进行空值检查或者使用 null。

Optional 类的设计

Optional 类的设计是基于函数式编程的思想，它借鉴了 Scala 和 Haskell 等语言中的 Option 类型。Optional 类实现了 java.util.function 包中的 Supplier、Consumer、Predicate、Function 等接口，这使得它可以和 lambda 表达式或者方法引用一起使用，形成更简洁和优雅的代码。

Optional 类被 final 修饰，因此它是一个不可变的类，它有两个静态方法用于创建 Optional 对象。

Optional.empty()

Optional.empty 表示一个空的 Optional 对象，它不包含任何值。

// 创建一个空的 Optional 对象
Optional<String> empty = Optional.empty();

Optional.of(T value)

Optional.of 表示一个非空的 Optional 对象，它包含一个非空的值。

// 创建一个非空的 Optional 对象
Optional<String> hello = Optional.of("Hello");

Optional.ofNullable(T value)

注意，如果我们使用 Optional.of 方法传入一个 null 值，会抛出 NullPointerException。如果我们不确定一个值是否为空，可以使用 Optional.ofNullable 方法，它会根据值是否为空，返回一个相应的 Optional 对象。例如：

// 创建一个可能为空的 Optional 对象
Optional<String> name = Optional.ofNullable("Hello");

Optional 对象的使用方法

Optional 对象提供了一些方法，让我们可以更方便地处理可能为空的值，而不需要显式地进行空值检查或者使用 null。以下是一些常用的方法。

isPresent()

判断 Optional 对象是否包含一个非空的值，返回一个布尔值。

get()

如果 Optional 对象包含一个非空的值，返回该值，否则抛出 NoSuchElementException 异常。

// 使用 isPresent 和 get 方法
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
if (name.isPresent()) {
    System.out.println("Hello, " + name.get());
} else {
    System.out.println("Name is not available");
}
// 输出：Hello tom

ifPresent(Consumer<? super T> action)

如果 Optional 对象包含一个非空的值，执行给定的消费者操作，否则什么也不做。

// 使用 ifPresent(Consumer<? super T> action)
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
name.ifPresent(s -> {
    System.out.println("Hello, " + name.get());
});
// 输出：Hello tom

orElse(T other)

如果 Optional 对象包含一个非空的值，返回该值，否则返回给定的默认值。

// 使用 orElse(T other)
Optional<String> name = Optional.ofNullable(null);
String greeting = "Hello, " + name.orElse("Guest");
System.out.println(greeting);
// 输出：Hello Guest

orElseGet(Supplier<? extends T> supplier)

如果 Optional 对象包含一个非空的值，返回该值，否则返回由给定的供应者操作生成的值。

// 使用 orElseGet(Supplier<? extends T> supplier)
Optional<String> name = Optional.ofNullable(null);
String greeting = "Hello, " + name.orElseGet(() -> "Guset");
System.out.println(greeting);
// 输出：Hello Guset

orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier)

如果 Optional 对象包含一个非空的值，返回该值，否则抛出由给定的异常供应者操作生成的异常。

// 使用 orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier)
Optional<String> name = Optional.ofNullable(null);
String greeting = "Hello, " + name.orElseThrow(() -> new NullPointerException("null"));
// 抛出 java.lang.NullPointerException: null 异常

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

如果 Optional 对象包含一个非空的值，对该值应用给定的映射函数，返回一个包含映射结果的 Optional 对象，否则返回一个空的 Optional 对象。

// 使用 map(Function<? super T,? extends U> mapper)
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
String greeting = "Hello, " + name.map(s -> s.toUpperCase()).get();
System.out.println(greeting);
// 输出：Hello TOM

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

如果 Optional 对象包含一个非空的值，对该值进行 mapper 参数操作，返回新的 Optional 对象，否则返回一个空的 Optional 对象。

// 使用 flatMap(Function<? super T,Optional<U>> mapper)
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
String greeting = name.flatMap(s -> Optional.of("Hello " + s)).get();
System.out.println(greeting);
// 输出：Hello tom

filter(Predicate<? super T> predicate)

如果 Optional 对象包含一个非空的值，并且该值满足给定的谓词条件，返回包含该值的 Optional 对象，否则返回一个空的 Optional 对象。

// filter(Predicate<? super T> predicate)
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
String greeting = "Hello " + name.filter(s -> !s.isEmpty()).get();
System.out.println(greeting);
// 输出：Hello tom

Java 9 中 Optional 改进

Java 9 中 Optional 类有了一些改进，主要是增加了三个新的方法，分别是 stream()、ifPresentOrElse() 和 or()。这些方法可以让我们更方便地处理可能为空的值，以及和流或其他返回 Optional 的方法结合使用。我来详细讲解一下这些方法的作用和用法。

stream()

这个方法可以将一个 Optional 对象转换为一个 Stream 对象，如果 Optional 对象包含一个非空的值，那么返回的 Stream 对象就包含这个值，否则返回一个空的 Stream 对象。这样我们就可以利用 Stream 的各种操作来处理 Optional 的值，而不需要显式地判断是否为空。我们可以用 stream() 方法来过滤一个包含 Optional 的列表，只保留非空的值，如下所示：

List<Optional<String>> list = Arrays.asList(
        Optional.empty(),
        Optional.of("A"),
        Optional.empty(),
        Optional.of("B")
);
// 使用 stream() 方法过滤列表，只保留非空的值
List<String> filteredList = list.stream()
        .flatMap(Optional::stream)
        .collect(Collectors.toList());
System.out.println(filteredList);
// 输出 [A, B]

ifPresentOrElse(Consumer<? super T> action, Runnable emptyAction)

这个方法可以让我们在 Optional 对象包含值或者为空时，执行不同的操作。它接受两个参数，一个是 Consumer 类型的 action，一个是 Runnable 类型的 emptyAction。如果 Optional 对象包含一个非空的值，那么就执行 action.accept(value)，如果 Optional 对象为空，那么就执行 emptyAction.run()。这样我们就可以避免使用 if-else 语句来判断 Optional 是否为空，而是使用函数式编程的方式来处理不同的情况。我们可以用 ifPresentOrElse() 方法来打印 Optional 的值，或者提示不可用，如下所示 ：

Optional<Integer> optional = Optional.of(1);
optional.ifPresentOrElse(
    x -> System.out.println("Value: " + x),
    () -> System.out.println("Not Present.")
);
optional = Optional.empty();
optional.ifPresentOrElse(
    x -> System.out.println("Value: " + x),
    () -> System.out.println("Not Present.")
);
// 输出：Value: 1
// 输出：Not Present.

or(Supplier<? extends Optional<? extends T>> supplier)

这个方法可以让我们在 Optional 对象为空时，返回一个预设的值。它接受一个 Supplier 类型的 supplier，如果 Optional 对象包含一个非空的值，那么就返回这个 Optional 对象本身，如果 Optional 对象为空，那么就返回 supplier.get() 返回的 Optional 对象。这样我们就可以避免使用三元运算符或者其他方式来设置默认值，而是使用函数式编程的方式来提供备选值。我们可以用 or() 方法来设置 Optional 的默认值，如下所示：

Optional<String> optional = Optional.of("Hello ");
Supplier<Optional<String>> supplier = () -> Optional.of("tom");
optional = optional.or(supplier);
optional.ifPresent(x -> System.out.println(x));

optional = Optional.empty();
optional = optional.or(supplier);
optional.ifPresent(x -> System.out.println(x));

// 输出：Hello 
// 输出：tom

为什么我推荐你使用 Optional 类

最后我总结一下使用 Optional 类的几个好处：

• 可以避免空指针异常，提高代码的健壮性和可读性。
• 可以减少显式的空值检查和 null 的使用，使代码更简洁和优雅。
• 可以利用函数式编程的特性，实现更灵活和高效的逻辑处理。
• 可以提高代码的可测试性，方便进行单元测试和集成测试。

总之，Optional 类是一个非常有用的类，它可以帮助我们更好地处理可能为空的值，提高代码的质量和效率。所以我强烈推荐你在 Java 开发中使用 Optional 类，你会发现它的魅力和好处。

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