Java 8 Optional 良心指南,建議收藏

2020-03-10 16:02:50來源:博客園 閱讀 ()

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Java 8 Optional 良心指南,建議收藏

想學習,永遠都不晚,尤其是針對 Java 8 里面的好東西,Optional 就是其中之一,該類提供了一種用于表示可選值而非空引用的類級別解決方案。作為一名 Java 程序員,我真的是煩透了 NullPointerException(NPE),盡管和它熟得就像一位老朋友,知道它也是迫不得已——程序正在使用一個對象卻發現這個對象的值為 null,于是 Java 虛擬機就怒發沖冠地把它拋了出來當做替罪羊。

當然了,我們程序員是富有責任心的,不會坐視不管,于是就有了大量的 null 值檢查。盡管有時候這種檢查完全沒有必要,但我們已經習慣了例行公事。終于,Java 8 看不下去了,就引入了 Optional,以便我們編寫的代碼不再那么刻薄呆板。

01、沒有 Optional 會有什么問題

我們來模擬一個實際的應用場景。小王第一天上班,領導老馬就給他安排了一個任務,要他從數據庫中根據會員 ID 拉取一個會員的姓名,然后將姓名打印到控制臺。雖然是新來的,但這個任務難不倒小王,于是他花了 10 分鐘寫下了這段代碼:

public class WithoutOptionalDemo {
    class Member {
        private String name;

        public String getName() {
            return name;
        }

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Member mem = getMemberByIdFromDB();
        if (mem != null) {
            System.out.println(mem.getName());
        }
    }

    public static Member getMemberByIdFromDB() {
        // 當前 ID 的會員不存在
        return null;
    }
}

由于當前 ID 的會員不存在,所以 getMemberByIdFromDB() 方法返回了 null 來作為沒有獲取到該會員的結果,那就意味著在打印會員姓名的時候要先對 mem 判空,否則就會拋出 NPE 異常,不信?讓小王把 if (mem != null) 去掉試試,控制臺立馬打印錯誤堆棧給你顏色看看。

Exception in thread "mainjava.lang.NullPointerException
    at com.cmower.dzone.optional.WithoutOptionalDemo.main(WithoutOptionalDemo.java:24)

02、Optional 是如何解決這個問題的

小王把代碼提交后,就興高采烈地去找老馬要新的任務了。本著虛心學習的態度,小王請求老馬看一下自己的代碼,于是老王就告訴他應該嘗試一下 Optional,可以避免沒有必要的 null 值檢查。現在,讓我們來看看小王是如何通過 Optional 來解決上述問題的。

public class OptionalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Optional<Member> optional = getMemberByIdFromDB();
        optional.ifPresent(mem -> {
            System.out.println("會員姓名是:" + mem.getName());
        });
    }

    public static Optional<Member> getMemberByIdFromDB() {
        boolean hasName = true;
        if (hasName) {
            return Optional.of(new Member("沉默王二"));
        }
        return Optional.empty();
    }
}
class Member {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    // getter / setter
}

getMemberByIdFromDB() 方法返回了 Optional<Member> 作為結果,這樣就表明 Member 可能存在,也可能不存在,這時候就可以在 Optional 的 ifPresent() 方法中使用 Lambda 表達式來直接打印結果。

Optional 之所以可以解決 NPE 的問題,是因為它明確的告訴我們,不需要對它進行判空。它就好像十字路口的路標,明確地告訴你該往哪走。

03、創建 Optional 對象

1)可以使用靜態方法 empty() 創建一個空的 Optional 對象

Optional<String> empty = Optional.empty();
System.out.println(empty); // 輸出:Optional.empty

2)可以使用靜態方法 of() 創建一個非空的 Optional 對象

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt); // 輸出:Optional[沉默王二]

當然了,傳遞給 of() 方法的參數必須是非空的,也就是說不能為 null,否則仍然會拋出 NullPointerException。

String name = null;
Optional<String> optnull = Optional.of(name);

3)可以使用靜態方法 ofNullable() 創建一個即可空又可非空的 Optional 對象

String name = null;
Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(name);
System.out.println(optOrNull); // 輸出:Optional.empty

ofNullable() 方法內部有一個三元表達式,如果為參數為 null,則返回私有常量 EMPTY;否則使用 new 關鍵字創建了一個新的 Optional 對象——不會再拋出 NPE 異常了。

04、判斷值是否存在

可以通過方法 isPresent() 判斷一個 Optional 對象是否存在,如果存在,該方法返回 true,否則返回 false——取代了 obj != null 的判斷。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt.isPresent()); // 輸出:true

Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
System.out.println(opt.isPresent()); // 輸出:false

Java 11 后還可以通過方法 isEmpty() 判斷與 isPresent() 相反的結果。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt.isPresent()); // 輸出:false

Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
System.out.println(opt.isPresent()); // 輸出:true

05、非空表達式

Optional 類有一個非常現代化的方法——ifPresent(),允許我們使用函數式編程的方式執行一些代碼,因此,我把它稱為非空表達式。如果沒有該方法的話,我們通常需要先通過 isPresent() 方法對 Optional 對象進行判空后再執行相應的代碼:

Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
if (optOrNull.isPresent()) {
    System.out.println(optOrNull.get().length());
}

有了 ifPresent() 之后,情況就完全不同了,可以直接將 Lambda 表達式傳遞給該方法,代碼更加簡潔,更加直觀。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
opt.ifPresent(str -> System.out.println(str.length()));

Java 9 后還可以通過方法 ifPresentOrElse(action, emptyAction) 執行兩種結果,非空時執行 action,空時執行 emptyAction。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
opt.ifPresentOrElse(str -> System.out.println(str.length()), () -> System.out.println("為空"));

06、設置(獲取)默認值

有時候,我們在創建(獲取) Optional 對象的時候,需要一個默認值,orElse()orElseGet() 方法就派上用場了。

orElse() 方法用于返回包裹在 Optional 對象中的值,如果該值不為 null,則返回;否則返回默認值。該方法的參數類型和值得類型一致。

String nullName = null;
String name = Optional.ofNullable(nullName).orElse("沉默王二");
System.out.println(name); // 輸出:沉默王二

orElseGet() 方法與 orElse() 方法類似,但參數類型不同。如果 Optional 對象中的值為 null,則執行參數中的函數。

String nullName = null;
String name = Optional.ofNullable(nullName).orElseGet(()->"沉默王二");
System.out.println(name); // 輸出:沉默王二

從輸出結果以及代碼的形式上來看,這兩個方法極其相似,這不免引起我們的懷疑,Java 類庫的設計者有必要這樣做嗎?

假設現在有這樣一個獲取默認值的方法,很傳統的方式。

public static String getDefaultValue() {
    System.out.println("getDefaultValue");
    return "沉默王二";
}

然后,通過 orElse() 方法和 orElseGet() 方法分別調用 getDefaultValue() 方法返回默認值。

public static void main(String[] args) {
    String name = null;
    System.out.println("orElse");
    String name2 = Optional.ofNullable(name).orElse(getDefaultValue());

    System.out.println("orElseGet");
    String name3 = Optional.ofNullable(name).orElseGet(OrElseOptionalDemo::getDefaultValue);
}

注:類名 :: 方法名是 Java 8 引入的語法,方法名后面是沒有 () 的,表明該方法并不一定會被調用。

輸出結果如下所示:

orElse
getDefaultValue

orElseGet
getDefaultValue

輸出結果是相似的,沒什么太大的不同,這是在 Optional 對象的值為 null 的情況下。假如 Optional 對象的值不為 null 呢?

public static void main(String[] args) {
    String name = "沉默王三";
    System.out.println("orElse");
    String name2 = Optional.ofNullable(name).orElse(getDefaultValue());

    System.out.println("orElseGet");
    String name3 = Optional.ofNullable(name).orElseGet(OrElseOptionalDemo::getDefaultValue);
}

輸出結果如下所示:

orElse
getDefaultValue
orElseGet

咦,orElseGet() 沒有去調用 getDefaultValue()。哪個方法的性能更佳,你明白了吧?

07、獲取值

直觀從語義上來看,get() 方法才是最正宗的獲取 Optional 對象值的方法,但很遺憾,該方法是有缺陷的,因為假如 Optional 對象的值為 null,該方法會拋出 NoSuchElementException 異常。這完全與我們使用 Optional 類的初衷相悖。

public class GetOptionalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String name = null;
        Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(name);
        System.out.println(optOrNull.get());
    }
}

這段程序在運行時會拋出異常:

Exception in thread "main" java.util.NoSuchElementException: No value present
    at java.base/java.util.Optional.get(Optional.java:141)
    at com.cmower.dzone.optional.GetOptionalDemo.main(GetOptionalDemo.java:9)

盡管拋出的異常是 NoSuchElementException 而不是 NPE,但在我們看來,顯然是在“五十步笑百步”。建議 orElseGet() 方法獲取 Optional 對象的值。

08、過濾值

小王通過 Optional 類對之前的代碼進行了升級,完成后又興高采烈地跑去找老馬要任務了。老馬覺得這小伙子不錯,頭腦靈活,又干活積極,很值得培養,就又交給了小王一個新的任務:用戶注冊時對密碼的長度進行檢查。

小王拿到任務后,樂開了花,因為他剛要學習 Optional 類的 filter() 方法,這就派上了用場。

public class FilterOptionalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String password = "12345";
        Optional<String> opt = Optional.ofNullable(password);
        System.out.println(opt.filter(pwd -> pwd.length() > 6).isPresent());
    }
}

filter() 方法的參數類型為 Predicate(Java 8 新增的一個函數式接口),也就是說可以將一個 Lambda 表達式傳遞給該方法作為條件,如果表達式的結果為 false,則返回一個 EMPTY 的 Optional 對象,否則返回過濾后的 Optional 對象。

在上例中,由于 password 的長度為 5 ,所以程序輸出的結果為 false。假設密碼的長度要求在 6 到 10 位之間,那么還可以再追加一個條件。來看小王增加難度后的代碼。

Predicate<String> len6 = pwd -> pwd.length() > 6;
Predicate<String> len10 = pwd -> pwd.length() < 10;

password = "1234567";
opt = Optional.ofNullable(password);
boolean result = opt.filter(len6.and(len10)).isPresent();
System.out.println(result);

這次程序輸出的結果為 true,因為密碼變成了 7 位,在 6 到 10 位之間。想象一下,假如小王使用 if-else 來完成這個任務,代碼該有多冗長。

09、轉換值

小王檢查完了密碼的長度,仍然覺得不夠盡興,覺得要對密碼的強度也進行檢查,比如說密碼不能是“password”,這樣的密碼太弱了。于是他又開始研究起了 map() 方法,該方法可以按照一定的規則將原有 Optional 對象轉換為一個新的 Optional 對象,原有的 Optional 對象不會更改。

先來看小王寫的一個簡單的例子:

public class OptionalMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String name = "沉默王二";
        Optional<String> nameOptional = Optional.of(name);
        Optional<Integer> intOpt = nameOptional
                .map(String::length);

        System.out.println( intOpt.orElse(0));
    }
}

在上面這個例子中,map() 方法的參數 String::length,意味著要 將原有的字符串類型的 Optional 按照字符串長度重新生成一個新的 Optional 對象,類型為 Integer。

搞清楚了 map() 方法的基本用法后,小王決定把 map() 方法與 filter() 方法結合起來用,前者用于將密碼轉化為小寫,后者用于判斷長度以及是否是“password”。

public class OptionalMapFilterDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String password = "password";
        Optional<String>  opt = Optional.ofNullable(password);

        Predicate<String> len6 = pwd -> pwd.length() > 6;
        Predicate<String> len10 = pwd -> pwd.length() < 10;
        Predicate<String> eq = pwd -> pwd.equals("password");

        boolean result = opt.map(String::toLowerCase).filter(len6.and(len10 ).and(eq)).isPresent();
        System.out.println(result);
    }
}

好了,我親愛的讀者朋友,以上就是本文的全部內容了——可以說是史上最佳 Optional 指南了,能看到這里的都是最優秀的程序員,二哥必須要伸出大拇指為你點個贊。

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