Java利用Optional解決空指針異常

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背景介紹

Java 8 引入瞭一個十分實用的 Optional 類，它主要是為瞭解決空指針異常（NullPointerException）。當我們對對象的屬性進行檢查，判斷它的值是否為期望的格式，最終卻發現我們查看的並不是一個對象，而是一個空指針，它會立即拋出一個讓人厭煩的 NullPointerException 異常。

本質上，Optional 類是一個包含有可選值的包裝類，這意味著 Optional 類既可以含有對象也可以為空。

案例

從一個簡單的用例開始。在 Java 8 之前，任何訪問對象方法或屬性的調用都可能導致 NullPointerException：

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

為瞭確保不觸發異常，需要在訪問每一個值之前對其進行明確地檢查：

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();
            }
        }
    }
}

為瞭簡化這個過程，我們使用 Optional 優化這些代碼。

基本用法解析

Optional 的對象可能包含值，也可能為空。可以使用同名方法創建一個空的 Optional。

Optional<User> emptyOpt = Optional.empty();
emptyOpt.get();

此時訪問 emptyOpt 變量的值會導致 NoSuchElementException。

還可以使用 of() 和 ofNullable() 方法創建包含值的 Optioanal 實例，區別在於如果將 null 當作參數傳進去 of() 會報空指針異常，所以當對象可能存在或者不存在，應該使用 ofNullable()。

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

從 Optional 實例中獲得實際值對象的方法之一是使用 get() 方法。

String name = "John";
Optional<String> opt = Optional.ofNullable(name);
assertEquals("John", opt.get());

這個方法會在值為 null 的時候拋出異常。要避免異常，需要首先用 isPresent() 方法驗證是否有值。

User user = new User("[email protected]", "1234");
Optional<User> opt = Optional.ofNullable(user);
assertTrue(opt.isPresent());
assertEquals(user.getEmail(), opt.get().getEmail());

該方法除瞭執行檢查，還接受一個 Consumer(消費者) 參數，如果對象不是空的，就對執行傳入的 Lambda 表達式。

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

除 ifPresent() 方法外，Optional 類提供瞭 API 用以返回對象值，或者在對象為空的時候返回默認值。

可以使用的方法是 orElse() ，它的工作方式非常直接，如果有值則返回該值，否則返回傳遞給它的參數值。

User user = null;
User user2 = new User("[email protected]", "1234");
User result = Optional.ofNullable(user).orElse(user2);
assertEquals(user2.getEmail(), result.getEmail());

此時 user 對象為 null，result 返回 orElse() 參數 user2，如果對象初始值不是 null，那麼默認值會被忽略。

第二個同類型的 API 是 orElseGet() —— 其行為略有不同。這個方法會在有值的時候返回值，如果沒有值，它會執行作為參數傳入的 Supplier(供應者) 函數式接口，並將返回其執行結果：

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

orElse() 和 orElseGet() 的不同之處在於當 ofNullable() 傳入參數不為空時，orElse() 方法仍然創建瞭 User 對象。與之相反，orElseGet() 方法不創建 User 對象。

在執行較密集的調用時，比如調用 Web 服務或數據查詢，這個差異會對性能產生重大影響。

除瞭 orElse() 和 orElseGet() 方法，Optional 還定義瞭 orElseThrow() API —— 它會在對象為空的時候拋出異常，而不是返回備選的值：

User result = Optional.ofNullable(user)
    .orElseThrow( () -> new IllegalArgumentException());

這裡，如果 user 值為 null，會拋出 IllegalArgumentException。

這個方法讓我們有更豐富的語義，可以決定拋出什麼樣的異常，而不總是拋出 NullPointerException。

轉換與過濾

通過 map() 和 flatMap() 方法可以轉換 Optional 的值。

User user = new User("[email protected]", "1234");
String email = Optional.ofNullable(user)
    .map(u -> u.getEmail()).orElse("[email protected]");
assertEquals(email, user.getEmail());

map() 對值應用（調用）作為參數的函數，然後將返回的值包裝在 Optional 中。這就使對返回值進行鏈式調用的操作成為可能 —— 這裡的下一環就是 orElse() 。

flatMap() 也需要函數作為參數，並對值調用這個函數，然後直接返回結果

除瞭轉換值之外，Optional 類也提供瞭按條件“過濾”值的方法。

filter() 接受一個 Predicate 參數，返回測試結果為 true 的值。如果測試結果為 false，會返回一個空的 Optional。

User user = new User("[email protected]", "1234");
Optional<User> result = Optional.ofNullable(user)
    .filter(u -> u.getEmail() != null && u.getEmail().contains("@"));
assertTrue(result.isPresent());

案例優化

使用 Optional 重寫最早介紹的案例，刪除 null 檢查，替換為 Optional 的方法。

User user = new User("[email protected]", "1234");
String result = Optional.ofNullable(user)
    .map(u -> u.getAddress())
    .map(a -> a.getCountry())
    .map(c -> c.getIsocode())
    .orElse("default");
assertEquals(result, "default");

源碼解析

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

可以看到源碼中的構造函數全部都被私有化， 我們能夠通過工廠方法的方式來獲取 Optional 包裝類的實例。

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

上面的方法是不允許傳 null 值的， 下面的是可以的，下面的方法傳瞭空值， 它會默認的幫你創建一個空的 Optional 包裝類對象。

isPresent() 是判斷這個包裝類是否為空， get() 是獲取到被包裝的對象。isPresent() 還可以接受一個 Consumer(消費者) 參數，如果對象不是空的，就對執行傳入的 Lambda 表達式

public boolean isPresent() {
    return value != null;
}
public void ifPresent(Consumer<? super T> consumer) {
    if (value != null)
        consumer.accept(value);
}
public T get() {
    if (value == null) {
        throw new NoSuchElementException("No value present");
    }
    return value;
}

以下三個方法大致上相似， 如果被包裝類為空， 一個是直接返回一個新的被包裝對象， 一個是通過函數式編程接口 Supplier 返回一個新的被包裝類對象， 最後一個直接返回一個指定異常。

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

以下三個方法接受 Predicate 接口，實現轉換與過濾操作。

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

總結

Optional 是 Java 語言的有益補充 —— 它旨在減少代碼中的 NullPointerExceptions。

通過設計，自然的融入瞭 Java 8 函數式支持。

總的來說，這個簡單而強大的類有助於創建簡單、可讀性更強、比對應程序錯誤更少的程序。

到此這篇關於Java利用Optional解決空指針異常的文章就介紹到這瞭,更多相關Java Optional 內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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