如何理解Java中的Optional？它在学习和使用中有哪些好处？

从 Java 8 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。

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：

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：

if(user != null) {     Address address = user.getAddress();     if(address != null) {         Country country = address.getCountry();         if(country != null) {             String isocode = country.getIsocode();             if(isocode != null) {                 isocode = isocode.toUpperCase();             }         }     } }

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。

@Test(expected = NoSuchElementException.class) publicvoidwhenCreateEmptyOptional_thenNull(){     Optional<User> emptyOpt = Optional.empty();     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：

@Test(expected = NullPointerException.class) publicvoidwhenCreateOfEmptyOptional_thenNullPointerException(){     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：

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：
		

@TestpublicvoidwhenCreateOfNullableOptional_thenOk(){     String name = "John";     Optional<String> opt = Optional.ofNullable(name);     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：
		
@TestpublicvoidwhenCheckIfPresent_thenOk(){     User user = newUser("john@gmail.com", "1234");     Optional<User> opt = Optional.ofNullable(user);     assertTrue(opt.isPresent());     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：
		
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：

@TestpublicvoidwhenEmptyValue_thenReturnDefault(){     User user = null;     User user2 = newUser("anna@gmail.com", "1234");     User result = Optional.ofNullable(user).orElse(user2);     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：

@TestpublicvoidwhenValueNotNull_thenIgnoreDefault(){     User user = newUser("john@gmail.com","1234");     User user2 = newUser("anna@gmail.com", "1234");     User result = Optional.ofNullable(user).orElse(user2);     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：

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：
		

@TestpublicvoidgivenEmptyValue_whenCompare_thenOk(){     User user = nulllogger.debug("Using orElse");     User result = Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser());     logger.debug("Using orElseGet");     User result2 = Optional.ofNullable(user).orElseGet(() -> createNewUser()); } privateUser createNewUser(){     logger.debug("Creating New User");     returnnewUser("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：
		
Using orElse Creating New User Using orElseGet 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：
		
@TestpublicvoidgivenPresentValue_whenCompare_thenOk(){     User user = newUser("john@gmail.com", "1234");     logger.info("Using orElse");     User result = Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser());     logger.info("Using orElseGet");     User result2 = Optional.ofNullable(user).orElseGet(() -> createNewUser()); }
		

			这次的输出：
		
Using orElse Creating New User 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：

@Test(expected = IllegalArgumentException.class) publicvoidwhenThrowException_thenOk(){     User result = Optional.ofNullable(user)       .orElseThrow( () -> newIllegalArgumentException()); }

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：

@TestpublicvoidwhenMap_thenOk(){     User user = newUser("anna@gmail.com", "1234");     String email = Optional.ofNullable(user)       .map(u -> u.getEmail()).orElse("default@gmail.com");     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：

publicclassUser{         privateString position;     publicOptional<String> getPosition(){         returnOptional.ofNullable(position);     }     //...}

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：

@TestpublicvoidwhenFlatMap_thenOk(){     User user = newUser("anna@gmail.com", "1234");     user.setPosition("Developer");     String position = Optional.ofNullable(user)       .flatMap(u -> u.getPosition()).orElse("default");     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：
		

@TestpublicvoidwhenFilter_thenOk(){     User user = newUser("anna@gmail.com", "1234");     Optional<User> result = Optional.ofNullable(user)       .filter(u -> u.getEmail() != null&& u.getEmail().contains("@"));     assertTrue(result.isPresent()); }
		

			如果通过过滤器测试，result对象会包含非空值。
		

Optional类的链式方法

为了更充分的使用 Optional，你可以链接组合其大部分方法，因为它们都返回相同类似的对象。

我们使用 Optional重写最早介绍的示例。

首先，重构类，使其 getter 方法返回 Optional引用：

publicclassUser{     privateAddress address;     publicOptional<Address> getAddress(){         returnOptional.ofNullable(address);     }     // ...} publicclassAddress{     privateCountry country;     publicOptional<Country> getCountry(){         returnOptional.ofNullable(country);     }     // ...}

上面的嵌套结构可以用下面的图来表示：

现在可以删除 null检查，替换为 Optional 的方法：

@TestpublicvoidwhenChaining_thenOk(){     User user = newUser("anna@gmail.com", "1234");     String result = Optional.ofNullable(user)       .flatMap(u -> u.getAddress())       .flatMap(a -> a.getCountry())       .map(c -> c.getIsocode())       .orElse("default");     assertEquals(result, "default"); }

上面的代码可以通过方法引用进一步缩减：

String result = Optional.ofNullable(user)   .flatMap(User::getAddress)   .flatMap(Address::getCountry)   .map(Country::getIsocode)   .orElse("default");

结果现在的代码看起来比之前采用条件分支的冗长代码简洁多了。

Java 9 增强

我们介绍了 Java 8 的特性，Java 9 为 Optional 类添加了三个方法：or()、ifPresentOrElse()和 stream()。

or()方法与 orElse()和 orElseGet()类似，它们都在对象为空的时候提供了替代情况。or()的返回值是由 Supplier参数产生的另一个 Optional 对象。

如果对象包含值，则 Lambda 表达式不会执行：

@TestpublicvoidwhenEmptyOptional_thenGetValueFromOr(){     User result = Optional.ofNullable(user)       .or( () -> Optional.of(newUser("default","1234"))).get();     assertEquals(result.getEmail(), "default"); }

上面的示例中，如果 user 变量是 null，它会返回一个 Optional，它所包含的 User对象，其电子邮件为 “default”。

ifPresentOrElse()方法需要两个参数：一个 Consumer 和一个 Runnable。如果对象包含值，会执行 Consumer 的动作，否则运行 Runnable。

边城

翻译于 1天前

0人顶

顶翻译得不错哦！

如果你想在有值的时候执行某个动作，或者只是跟踪是否定义了某个值，那么这个方法非常有用：

Optional.ofNullable(user).ifPresentOrElse( u -> logger.info("User is:"+ u.getEmail()),   () -> logger.info("User not found"));

最后介绍的是新的 stream() 方法，它通过把实例转换为 Stream 对象，让你从广大的 StreamAPI 中受益。如果没有值，它会得到空的 Stream；有值的情况下，Stream 则会包含单一值。

我们来看一个把 Optional处理成 Stream 的例子：

@TestpublicvoidwhenGetStream_thenOk(){     User user = newUser("john@gmail.com", "1234");     List<String> emails = Optional.ofNullable(user)       .stream()       .filter(u -> u.getEmail() != null&& u.getEmail().contains("@"))       .map( u -> u.getEmail())       .collect(Collectors.toList());     assertTrue(emails.size() == 1);     assertEquals(emails.get(0), user.getEmail()); }

这里对 Stream的使用带来了其 filter()、map() 和 collect()接口，以获取 List。

边城

翻译于 1天前

0人顶

顶翻译得不错哦！

Optional应该怎样用？

在使用 Optional的时候需要考虑一些事情，以决定什么时候怎样使用它。

重要的一点是Optional 不是Serializable。因此，它不应该用作类的字段。

如果你需要序列化的对象包含 Optional值，Jackson库支持把 Optional 当作普通对象。也就是说，Jackson 会把空对象看作 null，而有值的对象则把其值看作对应域的值。这个功能在 jackson-modules-java8项目中。

边城

翻译于 1天前

0人顶

顶翻译得不错哦！

它在另一种情况下也并不怎么有用，就是在将其类型用作方法或构建方法的参数时。这样做会让代码变得复杂，完全没有必要：

User user = newUser("john@gmail.com", "1234", Optional.empty());

使用重载方法来处理非要的参数要容易得多。

Optional 主要用作返回类型。在获取到这个类型的实例后，如果它有值，你可以取得这个值，否则可以进行一些替代行为。

Optional类有一个非常有用的用例，就是将其与流或其它返回Optional的方法结合，以构建流畅的API。

我们来看一个示例，使用 Stream 返回 Optional对象的findFirst()方法：

@TestpublicvoidwhenEmptyStream_thenReturnDefaultOptional(){     List<User> users = newArrayList<>();     User user = users.stream().findFirst().orElse(newUser("default", "1234"));     assertEquals(user.getEmail(), "default"); }
		

			
		

		

			边城
		

		

			翻译于 1天前
		

		

			0人顶
		

		

			


		

		

			顶翻译得不错哦！
		

		

			


		

		

			


		

		

			


		

		

			


		

		

			总结
		

		

			Optional是 Java 语言的有益补充 —— 它旨在减少代码中的 NullPointerExceptions，虽然还不能完全消除这些异常。
		

		

			它也是精心设计，自然融入 Java 8 函数式支持的功能。
		

		

			总的来说，这个简单而强大的类有助于创建简单、可读性更强、比对应程序错误更少的程序。