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  • Java8:使用 Optional 处理 null

    写过 Java 程序的同学,一般都遇到过 NullPointerException :) —— 为了不抛出这个异常,我们便会写如下的代码:

    User user = getUserById(id);
    if (user != null) {
        String username = user.getUsername();
        System.out.println("Username is: " + username); // 使用 username
    }

    但是很多时候,我们可能会忘记写 if (user != null) —— 如果在开发阶段就发现那还好,但是如果在开发阶段没有测试到问题,等到上线却出了 NullPointerException ... 画面太美,我不敢继续想下去。


    为了解决这种尴尬的处境,JDK 终于在 Java8 的时候加入了 Optional 类。Optional 的 javadoc 介绍:

    A container object which may or may not contain a non-null value. If a value is present, isPresent() will return true and get() will return the value.

    这是一个可以包含或者不包含非 null 值的容器。如果值存在则 isPresent()方法会返回 true,调用 get() 方法会返回该对象。

    JDK 提供三个静态方法来构造一个 Optional
    1.Optional.of(T value),该方法通过一个非 null 的 value 来构造一个 Optional,返回的 Optional 包含了 value 这个值。对于该方法,传入的参数一定不能为 null,否则便会抛出 NullPointerException

    2.Optional.ofNullable(T value),该方法和 of 方法的区别在于,传入的参数可以为 null —— 但是前面 javadoc 不是说 Optional 只能包含非 null 值吗?我们可以看看 ofNullable 方法的源码:

    原来该方法会判断传入的参数是否为 null,如果为 null 的话,返回的就是 Optional.empty()

    3.Optional.empty(),该方法用来构造一个空的 Optional,即该 Optional 中不包含值 —— 其实底层实现还是 如果 Optional 中的 value 为 null 则该 Optional 为不包含值的状态,然后在 API 层面将 Optional 表现的不能包含 null 值,使得 Optional 只存在 包含值 和 不包含值 两种状态。


    前面 javadoc 也有提到,Optional 的 isPresent() 方法用来判断是否包含值,get() 用来获取 Optional 包含的值 —— 值得注意的是,如果值不存在,即在一个Optional.empty 上调用 get() 方法的话,将会抛出 NoSuchElementException 异常。
    我们假设 getUserById 已经是个客观存在的不能改变的方法,那么利用 isPresent 和 get 两个方法,我们现在能写出下面的代码:

    Optional<User> user = Optional.ofNullable(getUserById(id));
    if (user.isPresent()) {
        String username = user.get().getUsername();
        System.out.println("Username is: " + username); // 使用 username
    }

    好像看着代码是优美了点 —— 但是事实上这与之前判断 null 值的代码没有本质的区别,反而用 Optional 去封装 value,增加了代码量。所以我们来看看 Optional 还提供了哪些方法,让我们更好的(以正确的姿势)使用 Optional

    1.ifPresent

    如果 Optional 中有值,则对该值调用 consumer.accept,否则什么也不做。
    所以对于上面的例子,我们可以修改为:

    Optional<User> user = Optional.ofNullable(getUserById(id));
    user.ifPresent(u -> System.out.println("Username is: " + u.getUsername()));

    2.orElse

    如果 Optional 中有值则将其返回,否则返回 orElse 方法传入的参数。

    User user = Optional
            .ofNullable(getUserById(id))
            .orElse(new User(0, "Unknown"));
            
    System.out.println("Username is: " + user.getUsername());

    3.orElseGet

    orElseGet 与 orElse 方法的区别在于,orElseGet 方法传入的参数为一个 Supplier 接口的实现 —— 当 Optional 中有值的时候,返回值;当 Optional 中没有值的时候,返回从该 Supplier 获得的值。

    User user = Optional
            .ofNullable(getUserById(id))
            .orElseGet(() -> new User(0, "Unknown"));
            
    System.out.println("Username is: " + user.getUsername());

    4.orElseThrow

    orElseThrow 与 orElse 方法的区别在于,orElseThrow 方法当 Optional 中有值的时候,返回值;没有值的时候会抛出异常,抛出的异常由传入的 exceptionSupplier 提供。

    User user = Optional
            .ofNullable(getUserById(id))
            .orElseThrow(() -> new EntityNotFoundException("id 为 " + id + " 的用户没有找到"));

    举一个 orElseThrow 的用途:在 SpringMVC 的控制器中,我们可以配置统一处理各种异常。查询某个实体时,如果数据库中有对应的记录便返回该记录,否则就可以抛出 EntityNotFoundException ,处理 EntityNotFoundException 的方法中我们就给客户端返回Http 状态码 404 和异常对应的信息 —— orElseThrow 完美的适用于这种场景。

    @RequestMapping("/{id}")
    public User getUser(@PathVariable Integer id) {
        Optional<User> user = userService.getUserById(id);
        return user.orElseThrow(() -> new EntityNotFoundException("id 为 " + id + " 的用户不存在"));
    }
    
    @ExceptionHandler(EntityNotFoundException.class)
    public ResponseEntity<String> handleException(EntityNotFoundException ex) {
        return new ResponseEntity<>(ex.getMessage(), HttpStatus.NOT_FOUND);
    }

    5.map

    如果当前 Optional 为 Optional.empty,则依旧返回 Optional.empty;否则返回一个新的 Optional,该 Optional 包含的是:函数 mapper 在以 value 作为输入时的输出值。

    Optional<String> username = Optional
            .ofNullable(getUserById(id))
            .map(user -> user.getUsername());
            
    System.out.println("Username is: " + username.orElse("Unknown"));

    而且我们可以多次使用 map 操作:

    Optional<String> username = Optional
            .ofNullable(getUserById(id))
            .map(user -> user.getUsername())
            .map(name -> name.toLowerCase())
            .map(name -> name.replace('_', ' '));
            
    System.out.println("Username is: " + username.orElse("Unknown"));

    6.flatMap

    flatMap 方法与 map 方法的区别在于,map 方法参数中的函数 mapper 输出的是值,然后 map 方法会使用 Optional.ofNullable 将其包装为 Optional;而 flatMap 要求参数中的函数 mapper 输出的就是 Optional

    Optional<String> username = Optional
            .ofNullable(getUserById(id))
            .flatMap(user -> Optional.of(user.getUsername()))
            .flatMap(name -> Optional.of(name.toLowerCase()));
            
    System.out.println("Username is: " + username.orElse("Unknown"));

    7.filter

    filter 方法接受一个 Predicate 来对 Optional 中包含的值进行过滤,如果包含的值满足条件,那么还是返回这个 Optional;否则返回 Optional.empty

    Optional<String> username = Optional
            .ofNullable(getUserById(id))
            .filter(user -> user.getId() < 10)
            .map(user -> user.getUsername());
            
    System.out.println("Username is: " + username.orElse("Unknown"));

    有了 Optional,我们便可以方便且优雅的在自己的代码中处理 null 值,而不再需要一昧通过容易忘记和麻烦的 if (object != null) 来判断值不为 null。如果你的程序还在使用 Java8 之前的 JDK,可以考虑引入 Google 的 Guava 库 —— 事实上,早在 Java6 的年代,Guava 就提供了 Optional 的实现。


    号外:Java9 对 Optional 的增强
    即将在今年 7 月到来的 JDK9 中,在 Optional 类中添加了三个新的方法:

    1. public Optional<T> or(Supplier<? extends Optional<? extends T>> supplier)
      or 方法的作用是,如果一个 Optional 包含值,则返回自己;否则返回由参数 supplier 获得的 Optional

    2. public void ifPresentOrElse(Consumer<? super T> action, Runnable emptyAction)
      ifPresentOrElse 方法的用途是,如果一个 Optional 包含值,则对其包含的值调用函数 action,即 action.accept(value),这与 ifPresent 一致;与 ifPresent 方法的区别在于,ifPresentOrElse 还有第二个参数 emptyAction —— 如果 Optional 不包含值,那么 ifPresentOrElse 便会调用 emptyAction,即 emptyAction.run()

    3. public Stream<T> stream()
      stream 方法的作用就是将 Optional 转为一个 Stream,如果该 Optional 中包含值,那么就返回包含这个值的 Stream;否则返回一个空的 StreamStream.empty())。

    举个例子,在 Java8,我们会写下面的代码:

    // 此处 getUserById 返回的是 Optional<User>
    public List<User> getUsers(Collection<Integer> userIds) {
           return userIds.stream()
                .map(this::getUserById)     // 获得 Stream<Optional<User>>
                .filter(Optional::isPresent)// 去掉不包含值的 Optional
                .map(Optional::get)
                .collect(Collectors.toList());
    }

    而有了 Optional.stream(),我们就可以将其简化为:

    public List<User> getUsers(Collection<Integer> userIds) {
        return userIds.stream()
                .map(this::getUserById)    // 获得 Stream<Optional<User>>
                .flatMap(Optional::stream) // Stream 的 flatMap 方法将多个流合成一个流
                .collect(Collectors.toList());
    }
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