夯實Java基礎（二十三）——Java8新特徵之Optional類

1、簡介

    Optional類是Java8爲了解決null值判斷問題，借鑑google guava類庫的Optional類而引入的一個同名Optional類，使用Optional類能夠避免顯式的null值判斷（null的防護性檢查），避免null致使的NPE（NullPointerException）。

    咱們來看一段代碼：

public static String getGender(Student student)
    {
        if(null == student)
        {
            return "Unkown";
        }
        return student.getGender();
        
    }

這是一個獲取學生性別的方法，方法入參爲一個Student對象，爲了防止student對象爲null， 作了防護性檢查：若是值爲null，返回"Unkown"。

    再看使用Optional優化後的方法：

public static String getGender(Student student)
    {
       return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getGender()).orElse("Unkown");
        
    }

    能夠看到，Optional類結合lambda表達式的使用可以讓開發出的代碼更簡潔和優雅。

2、Optional對象的建立

     咱們看下Optional類的部分源碼：

private static final Optional<?> EMPTY = new Optional<>();

    private final T value;

    private Optional() {
        this.value = null;
    }

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

    private Optional(T value) {
        this.value = Objects.requireNonNull(value);
    }

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

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

能夠看出，Optional類的兩個構造方法都是private型的，所以類外部不能顯示的使用new Optional()的方式來建立Optional對象，可是Optional類提供了三個靜態方法empty()、of(T value)、ofNullable(T value)來建立Optinal對象，示例以下：

// 一、建立一個包裝對象值爲空的Optional對象
Optional<String> optStr = Optional.empty();
// 二、建立包裝對象值非空的Optional對象
Optional<String> optStr1 = Optional.of("optional");
// 三、建立包裝對象值容許爲空的Optional對象
Optional<String> optStr2 = Optional.ofNullable(null);

3、Optional 類典型接口的使用

下面以一些典型場景爲例，列出Optional API經常使用接口的用法，並附上相應代碼。

3.1  get()方法

     簡單看下get()方法的源碼：

public T get() {
        if (value == null) {
            throw new NoSuchElementException("No value present");
        }
        return value;
    }

能夠看到，get()方法主要用於返回包裝對象的實際值，可是若是包裝對象值爲null，會拋出NoSuchElementException異常。

3.2  isPresent()方法

     isPresent()方法的源碼：

public boolean isPresent() {
        return value != null;
    }

能夠看到，isPresent()方法用於判斷包裝對象的值是否非空。下面咱們來看一段糟糕的代碼：

public static String getGender(Student student)
    {
        Optional<Student> stuOpt =  Optional.ofNullable(student);
        if(stuOpt.isPresent())
        {
            return stuOpt.get().getGender();
        }
        
        return "Unkown";
    }

這段代碼實現的是第一章(簡介)中的邏輯，可是這種用法不但沒有減小null的防護性檢查，並且增長了Optional包裝的過程，違背了Optional設計的初衷，所以開發中要避免這種糟糕的使用~

3.3  ifPresent()方法

     ifPresent()方法的源碼：

public void ifPresent(Consumer<? super T> consumer) {
        if (value != null)
            consumer.accept(value);
    }

ifPresent()方法接受一個Consumer對象（消費函數），若是包裝對象的值非空，運行Consumer對象的accept()方法。示例以下：

public static void printName(Student student)
    {
        Optional.ofNullable(student).ifPresent(u ->  System.out.println("The student name is : " + u.getName()));
    }

上述示例用於打印學生姓名，因爲ifPresent()方法內部作了null值檢查，調用前無需擔憂NPE問題。

3.4  filter()方法

     filter()方法的源碼：

public Optional<T> filter(Predicate<? super T> predicate) {
        Objects.requireNonNull(predicate);
        if (!isPresent())
            return this;
        else
            return predicate.test(value) ? this : empty();
    }

filter()方法接受參數爲Predicate對象，用於對Optional對象進行過濾，若是符合Predicate的條件，返回Optional對象自己，不然返回一個空的Optional對象。舉例以下：

public static void filterAge(Student student)
    {
        Optional.ofNullable(student).filter( u -> u.getAge() > 18).ifPresent(u ->  System.out.println("The student age is more than 18."));
    }

上述示例中，實現了年齡大於18的學生的篩選。

3.5  map()方法

     map()方法的源碼：

public<U> Optional<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper) {
        Objects.requireNonNull(mapper);
        if (!isPresent())
            return empty();
        else {
            return Optional.ofNullable(mapper.apply(value));
        }
    }

map()方法的參數爲Function（函數式接口）對象，map()方法將Optional中的包裝對象用Function函數進行運算，幷包裝成新的Optional對象（包裝對象的類型可能改變）。舉例以下：

public static Optional<Integer> getAge(Student student)
    {
        return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getAge()); 
    }

上述代碼中，先用ofNullable()方法構造一個Optional<Student>對象，而後用map()計算學生的年齡，返回Optional<Integer>對象（若是student爲null, 返回map()方法返回一個空的Optinal對象）。

3.6  flatMap()方法

     flatMap()方法的源碼：

public<U> Optional<U> flatMap(Function<? super T, Optional<U>> mapper) {
        Objects.requireNonNull(mapper);
        if (!isPresent())
            return empty();
        else {
            return Objects.requireNonNull(mapper.apply(value));
        }
    }

跟map()方法不一樣的是，入參Function函數的返回值類型爲Optional<U>類型，而不是U類型，這樣flatMap()能將一個二維的Optional對象映射成一個一維的對象。以3.5中示例功能爲例，進行faltMap()改寫以下：

public static Optional<Integer> getAge(Student student)
    {
        return Optional.ofNullable(student).flatMap(u -> Optional.ofNullable(u.getAge())); 
    }

3.7  orElse()方法

     orElse()方法的源碼：

public T orElse(T other) {
        return value != null ? value : other;
    }

orElse()方法功能比較簡單，即若是包裝對象值非空，返回包裝對象值，不然返回入參other的值（默認值）。如第一章（簡介）中提到的代碼：

public static String getGender(Student student)
    {
       return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getGender()).orElse("Unkown");
        
    }

3.7  orElseGet()方法

     orElseGet()方法的源碼：

public T orElseGet(Supplier<? extends T> other) {
        return value != null ? value : other.get();
    }

orElseGet()方法與orElse()方法相似，區別在於orElseGet()方法的入參爲一個Supplier對象，用Supplier對象的get()方法的返回值做爲默認值。如：

public static String getGender(Student student)
    {
        return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getGender()).orElseGet(() -> "Unkown");      
    }

3.8  orElseThrow()方法

     orElseThrow()方法的源碼：

public <X extends Throwable> T orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier) throws X {
        if (value != null) {
            return value;
        } else {
            throw exceptionSupplier.get();
        }
    }

orElseThrow()方法其實與orElseGet()方法很是類似了，入參都是Supplier對象，只不過orElseThrow()的Supplier對象必須返回一個Throwable異常，並在orElseThrow()中將異常拋出：

public static String getGender1(Student student)
    {
        return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getGender()).orElseThrow(() -> new RuntimeException("Unkown"));      
    }

orElseThrow()方法適用於包裝對象值爲空時須要拋出特定異常的場景。

4、注意事項

    使用Optional開發時要注意正確使用Optional的「姿式」，特別注意不要使用3.2節提到的錯誤示範，謹慎使用isPresent()和get()方法，儘可能多使用map()、filter()、orElse()等方法來發揮Optional的做用。