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  • 【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();
    }
    

    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

    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"));  
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