Optional类

embedded/2024/11/25 14:49:11/

0.由来

实际 Java 开发过程中，尝试访问空引用的属性或者调用空引用的方法，会报 空指针异常（NullPointerException）。处理可能为 null 的值时，需要增加很多 条件判定，比如：

💗User：

java">@Data
@AllArgsConstructor
public class User {String name;String fullName;
}

💙UserRepository：

java">public class UserRepository {public User findUserByName(String name){if(name.equals("Shwen")){return new User("Shwen","Shwen shen");} else {return null;}}
}

👉OptionalTest：

java">public class OptionalTest {public static void main(String[] args) {UserRepository userRepository = new UserRepository();User user = userRepository.findUserByName("Shwen");if(user!=null){System.out.println(user.getFullName());} else {User defaultUser = new User("Stark", "Tony Stark");System.out.println(defaultUser.getFullName());}}
}

代码会有很多的条件判断，难以阅读与维护。

1.概述

Optional 类引入了一种显式的方式来处理可能为空的对象，强制程序员在可能为空的情况下进行显式的处理，以避免空指针异常。

Optional 是一个容器对象，用于封装可能为 null 的值。当一个方法声明返回 Optional<T> 时，它将明确地表示该方法可能会返回 null。这种设计模式有助于减少空指针异常的风险，并鼓励更好的编程实践。

Optional 类提供了一系列方法来方便地操作内部的值。常用的方法有get、orElse、orElseGet、orElseThrow等。

Optional 的设计也考虑了 函数式编程 的原则，可以与 Lambda 表达式和 StreamAPI 等特性结合使用，可以进行链式调用替代命令式编程的方式（通过编写if条件语句检查null值）。

2.Optional对象的方法

2.1 创建Optional实例

  • of：创建不为 null 的对象，若 value 为 null，则抛出 NullPointerException 异常。
java">Optional.of(new User("Shwen","Shwen shen"));
  • ofNullable：创建可能为 null 的对象
java">Optional.ofNullable(new User("Shwen","Shwen shen"));
  • empty：创建的对象为 null
java">Optional.empty();

💙改造UserRepository：

java">public class UserRepository {public Optional<User> findUserByName(String name){if(name.equals("Shwen")){return Optional.ofNullable(new User("Shwen","Shwen shen"));} else {return Optional.empty();}}
}

2.2 判断方法

  • isPresent：用于检查 optional 内是否存在值，返回为 boolean，存在为 true，不存在为 false。
java">boolean flag = optionalUser.isPresent();

2.3 获取方法

  • get：若取值对象为 null，会报 NoSuchElementException 异常（并非 NullPointerException 异常）。
java">User user = optionalUser.get();
  • orElse：用于获取值或在值为 null 的情况下提供一个默认值。
java">public class OptionalTest {public static void main(String[] args) {UserRepository userRepository = new UserRepository();Optional<User> optionalUser = userRepository.findUserByName("Shwen2");// orElse 用于获取值，或在值为 null 的情况下提供一个默认值。User user = optionalUser.orElse(new User("Stark","Tony Stark"));System.out.println(user.getFullName());}
}

optionalUser 有值的情况下，orElse 返回值；值为 null 的情况下，返回默认值 new User("Stark","Tony Stark")。

  • orElseGet：功能同 orElse，区别在于方法的参数为 Supplier 的函数式接口，需要使用 Lambda 表达式实现。
java">User user = optionalUser.orElseGet(() -> new User("Stark","Tony Stark"));

📌orElse 和 orElseGet 区别如下：

  1. orElse 入参是对象，orElseGet入参是 Supplier 的函数式接口
  2. orElse 即使获取的数据不为 null，仍会创建一个新 User 对象。而 orElseGet 不会创建。因此，最好使用只有读取的数据为 null 的时候才会新建对象的 orElseGet 方法。
  • orElseThrow：用于在 Optional 对象中的值为 null 时抛出一个指定的异常。
java">User user = optionalUser.orElseThrow(() -> new RuntimeException("User not found"));

2.4 判断获取方法

  • ifPresent：参数中若对象不为 null，则会执行 Labmda 中的方法；若参数对象为 null，则不会执行Labmda中的方法，也不会报错。
java">optionalUser.ifPresent(user -> System.out.println(user.getFullName()));
  • ifPresentOrElse：当我们希望值为 null 时进行其他操作，需要使用 ifPresentOrElse 方法。⚠️注：ifPresentOrElse 方法是 Java 9 引入的。
java">optionalUser.ifPresentOrElse(user -> System.out.println(user.getFullName()),()->System.out.println("User not found"));
  • filter：若满足 filter 方法中的条件，则会返回包含值的 Optional 对象，如果不满足，则返回空的 Optional 对象。
java">Optional<User> optionalUser2 = optionalUser.filter(user -> user.getFullName().equals("Shwen shen"));
System.out.println(optionalUser2.isPresent());

2.5 map与flatMap方法

2.5.1 map

java">public<U> Optional<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper)

java">public class OptionalTest {public static void main(String[] args) {UserRepository userRepository = new UserRepository();Optional<User> optionalUser = userRepository.findUserByName("Shwen2");Optional<String> optional = optionalUser.map(User::getFullName);System.out.println(optional.orElse("User not found"));}
}输出：
User not found

对 Optional 中的值进行转换，若值为 null，则 map 方法什么也不会做，直接返回空的 Optional 对象。map 方法不会改变原始的 Optional 对象，而返回新的 Optional 对象，因此可以链式调用进行多个转换操作。

2.5.2 flatMap

java">public<U> Optional<U> flatMap(Function<? super T, Optional<U>> mapper)

flatMap 方法用于扁平化嵌套的 Optional 结构，以避免引入不必要的嵌套层级，具体为 flatMap 的转换函数返回的必须是另一个 Optional 对象，意味着 flatMap 方法可以用于嵌套的 Optional 情况，可以将两个为嵌套关系的 Optional 对象转换为一个。

如果原始的 Optional 对象为 null，或转换函数返回的 Optional 对象为 null，那么最终得到的也是为 null 的 Optional 对象。

若只需要对 Optional 对象中的值进行转换，而不需要嵌套的 Optional，那么使用 map 方法更合适。如果要进行一些操作返回另外一个 Optional 对象，flatMap 方法更合适。

2.6 Stream方法

Optional 的 stream 方法，可以将Optional 对象转换为 Stream 对象，对其中的值进行流操作。

如果 Optional 对象包含值，则将这个值封装到一个 Stream 流中，如果 Optional 对象为空，则创造一个为空的 Stream 流。

java">Stream<String> stream = optionalUser.map(User::getName).stream();
stream.forEach(System.out::println);

⚠️注：stream 方法是 Java 9 引入的。

3.不适合场景

  • 不应该用于类的字段，会增加内存消耗，并使序列化变得复杂；
  • 不应该用于方法参数，使方法的理解和使用变得复杂；
  • 不应用于构造器参数，迫使调用者创建 Optional 实例，应该通过构造器重载解决；
  • 不应该用于集合的参数，集合已经很好的处理空集合的情况，没必要使用 Optional 包装集合；
  • 不建议使用 get 方法，若为 null 会报错。建议使用 orElseGet。

4.适用场景

应用场景一般用于方法返回值或者集合操作中。

场景一：
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。

java">User user = new User("shwen", null);
String fullName = Optional.ofNullable(user.getFullName()).orElse("未知名称");

场景二：
在对集合进行操作时，某些操作可能返回 null（例如在查找元素时）。使用 Optional 可以更好地处理这些情况，而不是直接返回 null

java">public void whenEmptyStream_thenReturnDefaultOptional() {List<User> users = new ArrayList<>();User user = users.stream().findFirst().orElse(new User("default", "1234"));assertEquals(user.getEmail(), "default");
}

场景三：
设计 API 时，如果某个方法的返回值可能为空，使用 Optional 可以使 API 更加健壮和易于理解。

java">public Optional<Product> findProductById(String productId) {// 根据产品ID查找产品，产品可能不存在// 使用 Optional 封装返回值// 返回 Optional.ofNullable(product) 或 Optional.empty()
}

场景四：
当处理多层嵌套的对象时，使用 Optional 可以避免深层次的 null 检查，使代码更加简洁。

java">public class UserInfo {private String name;private Integer age;private Address address;// 省略构造函数和getter/setter
}public class Address {private String city;// 省略构造函数和getter/setter
}public class OptionalTest {public static void main(String[] args) {UserInfo userInfo = new UserInfo();userInfo.setName("张三");userInfo.setAge(25);userInfo.setAddress(null);String cityName = Optional.ofNullable(userInfo.getAddress()).map(Address::getCity).orElse("未知城市");System.out.println(cityName);}
}输出：
未知城市

本例先通过 Optional.ofNullable 获取 Address 信息，返回类型是 Optional<Address>。再通过 map 方法获取城市名称。由于 address 字段为 null，因此 getCity() 方法返回的 Optional<String> 也是空的。最后，通过 orElse 方法返回默认值 “未知城市”。

5.小结

Optional 提供了一系列方法来判断值是否为空、获取值、通过 Lambda 表达式来处理值等操作，使得代码更加健壮和可读性更好。通过使用 Optional，开发者可以更加清晰地表达值的可能为空的情况，并采取相应的处理措施，有效避免了空指针异常的发生。

⚠️注： Java 9 为 Optional 类添加了三个方法：or()、ifPresentOrElse() 和 stream()。

最后提一嘴，Optional 虽然可以提高代码的健壮性，但需要注意不要滥用。主要缺点如下：

  • 造成代码冗长，本来一个null值就可以解决
  • 引入多一个对象多一个开销，如果本身追求速度，就不用刻意这样
  • 如果嵌套多层对象还这么使用，增加代码维护难度
  • 对新手不友好

📖Optional实战案例


http://www.ppmy.cn/embedded/140408.html

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