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理解、学习与使用Java中的Optional

从Java8 引入的一个很有趣的特性是Optional类。Optional类主要解决的问题是臭名昭著的空指针异常(NullPointerException) —— 每个 Java 程序员都非常了解的异常。

作者:佚名来源:开源中国翻译文章|2017-09-23 15:28

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从Java8 引入的一个很有趣的特性是Optional类。Optional类主要解决的问题是臭名昭著的空指针异常(NullPointerException) —— 每个 Java 程序员都非常了解的异常。

本质上,这是一个包含有可选值的包装类,这意味着 Optional 类既可以含有对象也可以为空。

Optional 是 Java 实现函数式编程的强劲一步,并且帮助在范式中实现。但是 Optional 的意义显然不止于此。

理解、学习与使用Java中的Optional

我们从一个简单的用例开始。在 Java 8 之前,任何访问对象方法或属性的调用都可能导致 NullPointerException :

  1. String isocode = user.getAddress().getCountry().getIsocode().toUpperCase(); 

在这个小示例中,如果我们需要确保不触发异常,就得在访问每一个值之前对其进行明确地检查:

  1. if (user != null) { 
  2.     Address address = user.getAddress(); 
  3.     if (address != null) { 
  4.         Country country = address.getCountry(); 
  5.         if (country != null) { 
  6.             String isocode = country.getIsocode(); 
  7.             if (isocode != null) { 
  8.                 isocode = isocode.toUpperCase(); 
  9.             } 
  10.         } 
  11.     } 

你看到了,这很容易就变得冗长,难以维护。

为了简化这个过程,我们来看看用 Optional 类是怎么做的。从创建和验证实例,到使用其不同的方法,并与其它返回相同类型的方法相结合,下面是见证 Optional 奇迹的时刻。

创建 Optional 实例

重申一下,这个类型的对象可能包含值,也可能为空。你可以使用同名方法创建一个空的 Optional。

  1. @Test(expected = NoSuchElementException.class) 
  2. public void whenCreateEmptyOptional_thenNull() { 
  3.     Optional<User> emptyOpt = Optional.empty(); 
  4.     emptyOpt.get(); 

毫不奇怪,尝试访问 emptyOpt 变量的值会导致 NoSuchElementException 。

你可以使用 of() 和 ofNullable() 方法创建包含值的 Optional 。两个方法的不同之处在于如果你把 null 值作为参数传递进去, of() 方法会抛出 NullPointerException :

  1. @Test(expected = NullPointerException.class) 
  2. public void whenCreateOfEmptyOptional_thenNullPointerException() { 
  3.     Optional<User> opt = Optional.of(user); 

你看,我们并没有完全摆脱 NullPointerException 。因此,你应该明确对象不为 null 的时候使用 of() 。

如果对象即可能是 null 也可能是非 null,你就应该使用 ofNullable() 方法:

  1. Optional<User> opt = Optional.ofNullable(user); 

访问 Optional 对象的值

从 Optional 实例中取回实际值对象的方法之一是使用 get() 方法:

  1. @Test 
  2. public void whenCreateOfNullableOptional_thenOk() { 
  3.     String name = "John"
  4.     Optional<String> opt = Optional.ofNullable(name); 
  5.  
  6.     assertEquals("John", opt.get()); 

不过,你看到了,这个方法会在值为 null 的时候抛出异常。要避免异常,你可以选择首先验证是否有值:

  1. @Test 
  2. public void whenCheckIfPresent_thenOk() { 
  3.     User user = new User("john@gmail.com""1234"); 
  4.     Optional<User> opt = Optional.ofNullable(user); 
  5.     assertTrue(opt.isPresent()); 
  6.  
  7.     assertEquals(user.getEmail(), opt.get().getEmail()); 

检查是否有值的另一个选择是 ifPresent() 方法。该方法除了执行检查,还接受一个 Consumer(消费者 ) 参数,如果对象不是空的,就对执行传入的 Lambda 表达式:

  1. opt.ifPresent( u -> assertEquals(user.getEmail(), u.getEmail())); 

这个例子中,只有 user 用户不为 null 的时候才会执行断言。

接下来,我们来看看提供空值的方法。

返回默认值

Optional 类提供了 API 用以返回对象值,或者在对象为空的时候返回默认值。

这里你可以使用的第一个方法是 orElse() ,它的工作方式非常直接,如果有值则返回该值,否则返回传递给它的参数值:

  1. @Test 
  2. public void whenEmptyValue_thenReturnDefault() { 
  3.     User user = null
  4.     User user2 = new User("anna@gmail.com""1234"); 
  5.     User result = Optional.ofNullable(user).orElse(user2); 
  6.  
  7.     assertEquals(user2.getEmail(), result.getEmail()); 

这里 user 对象是空的,所以返回了作为默认值的 user2 。

如果对象的初始值不是 null,那么默认值会被忽略:

  1. @Test 
  2. public void whenValueNotNull_thenIgnoreDefault() { 
  3.     User user = new User("john@gmail.com","1234"); 
  4.     User user2 = new User("anna@gmail.com""1234"); 
  5.     User result = Optional.ofNullable(user).orElse(user2); 
  6.  
  7.     assertEquals("john@gmail.com", result.getEmail()); 

第二个同类型的 API 是 orElseGet() —— 其行为略有不同。这个方法会在有值的时候返回值,如果没有值,它会执行作为参数传入的 Supplier(供应者) 函数式接口,并将返回其执行结果:

  1. User result = Optional.ofNullable(user).orElseGet( () -> user2); 

orElse() 和 orElseGet() 的不同之处

乍一看,这两种方法似乎起着同样的作用。然而事实并非如此。我们创建一些示例来突出二者行为上的异同。

我们先来看看对象为空时他们的行为:

  1. @Test 
  2. public void givenEmptyValue_whenCompare_thenOk() { 
  3.     User user = null 
  4.     logger.debug("Using orElse"); 
  5.     User result = Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser()); 
  6.     logger.debug("Using orElseGet"); 
  7.     User result2 = Optional.ofNullable(user).orElseGet(() -> createNewUser()); 
  8.  
  9. private User createNewUser() { 
  10.     logger.debug("Creating New User"); 
  11.     return new User("extra@gmail.com""1234"); 

上面的代码中,两种方法都调用了 createNewUser() 方法,这个方法会记录一个消息并返回 User 对象。

代码输出如下:

  1. Using orElse 
  2. Creating New User 
  3. Using orElseGet 
  4. Creating New User 

由此可见,当对象为空而返回默认对象时,行为并无差异。

我们接下来看一个类似的示例,但这里 Optional 不为空:

  1. @Test 
  2. public void givenPresentValue_whenCompare_thenOk() { 
  3.     User user = new User("john@gmail.com""1234"); 
  4.     logger.info("Using orElse"); 
  5.     User result = Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser()); 
  6.     logger.info("Using orElseGet"); 
  7.     User result2 = Optional.ofNullable(user).orElseGet(() -> createNewUser()); 

这次的输出:

  1. Using orElse 
  2. Creating New User 
  3. Using orElseGet 

这个示例中,两个 Optional 对象都包含非空值,两个方法都会返回对应的非空值。不过, orElse() 方法仍然创建了 User 对象。 与之相反, orElseGet() 方法不创建 User 对象。

在执行较密集的调用时,比如调用 Web 服务或数据查询, 这个差异会对性能产生重大影响 。

返回异常

除了 orElse() 和 orElseGet() 方法,Optional 还定义了 orElseThrow() API —— 它会在对象为空的时候抛出异常,而不是返回备选的值:

  1. @Test(expected = IllegalArgumentException.class) 
  2. public void whenThrowException_thenOk() { 
  3.     User result = Optional.ofNullable(user
  4.       .orElseThrow( () -> new IllegalArgumentException()); 

这里,如果 user 值为 null,会抛出 IllegalArgumentException 。

这个方法让我们有更丰富的语义,可以决定抛出什么样的异常,而不总是抛出 NullPointerException 。

现在我们已经很好地理解了如何使用 Optional,我们来看看其它可以对 Optional 值进行转换和过滤的方法。

转换值

有很多种方法可以转换 Optional 的值。我们从 map() 和 flatMap() 方法开始。

先来看一个使用 map() API 的例子:

  1. @Test 
  2. public void whenMap_thenOk() { 
  3.     User user = new User("anna@gmail.com""1234"); 
  4.     String email = Optional.ofNullable(user
  5.       .map(u -> u.getEmail()).orElse("default@gmail.com"); 
  6.  
  7.     assertEquals(email, user.getEmail()); 

map() 对值应用(调用)作为参数的 函数 ,然后将返回的值包装在 Optional 中。 这就使对返回值进行链试调用的操作成为可能 —— 这里的下一环就是 orElse() 。

相比这下, flatMap() 也需要 函数 作为参数,并对值调用这个函数,然后直接返回结果。

下面的操作中,我们给 User 类添加了一个方法,用来返回 Optional :

  1. public class User {     
  2.     private String position; 
  3.  
  4.     public Optional<String> getPosition() { 
  5.         return Optional.ofNullable(position); 
  6.     } 
  7.  
  8.     //... 

既然 getter 方法返回 String 值的 Optional ,你可以在对 User 的 Optional 对象调用 flatMap() 时,用它作为参数。其返回的值是解除包装的 String 值:

  1. @Test 
  2. public void whenFlatMap_thenOk() { 
  3.     User user = new User("anna@gmail.com""1234"); 
  4.     user.setPosition("Developer"); 
  5.     String position = Optional.ofNullable(user
  6.       .flatMap(u -> u.getPosition()).orElse("default"); 
  7.  
  8.     assertEquals(position, user.getPosition().get()); 

过滤值

除了转换值之外, Optional 类也提供了按条件“过滤”值的方法。

filter() 接受一个 Predicate 参数 ,返回测试结果为 true 的值。如果测试结果为 false,会返回一个空的 Optional 。

来看一个根据基本的电子邮箱验证来决定接受或拒绝 User (用户) 的示例:

  1. @Test 
  2. public void whenFilter_thenOk() { 
  3.     User user = new User("anna@gmail.com""1234"); 
  4.     Optional<User> result = Optional.ofNullable(user
  5.       .filter(u -> u.getEmail() != null && u.getEmail().contains("@")); 
  6.  
  7.     assertTrue(result.isPresent()); 

如果通过过滤器测试, result 对象会包含非空值。

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