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Java 中的 Optional

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)
public void whenCreateEmptyOptional_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)
public void whenCreateOfEmptyOptional_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

Optional 实例中取回实际值对象的方法之一是使用 get() 方法:

@Test
public void whenCreateOfNullableOptional_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:

@Test
public void whenCheckIfPresent_thenOk() {
    User user = new User("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:

@Test
public void whenEmptyValue_thenReturnDefault() {
    User user = null;
    User user2 = new User("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:

@Test
public void whenValueNotNull_thenIgnoreDefault() {
    User user = new User("john@gmail.com","1234");
    User user2 = new User("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()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:

@Test
public void givenEmptyValue_whenCompare_thenOk() {
    User user = null
    logger.debug("Using orElse");
    User result = Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser());
    logger.debug("Using orElseGet");
    User result2 = Optional.ofNullable(user).orElseGet(() -> createNewUser());
}

private User createNewUser() {
    logger.debug("Creating New User");
    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:

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:

@Test
public void givenPresentValue_whenCompare_thenOk() {
    User user = new User("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()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)
public void whenThrowException_thenOk() {
    User result = Optional.ofNullable(user)
      .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()flatMap() 方法开始。

先来看一个使用 map() API 的例子:

@Test
public void whenMap_thenOk() {
    User user = new User("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式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

public class User {    
    private String position;

    public Optional<String> getPosition() {
        return Optional.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:

@Test
public void whenFlatMap_thenOk() {
    User user = new User("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:

@Test
public void whenFilter_thenOk() {
    User user = new User("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。

source: https://www.oschina.net/translate/understanding-accepting-and-leveraging-optional-in

本文分享自微信公众号 - JAVA乐园(happyhuangjinjin88)

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原始发表时间:2020-11-08

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