《Java 8实战》读书笔记系列—第三部分：高效Java 8编程（二）：优雅的解决NPE问题

第十章：用Optional取代null

null引用的想法最初由一位英国计算机科学家提出。他认为这是为”不存在的值“建模最容易的方式。设计初衷是通过编译器的自动检测机制，确保所有使用引用的地方都是绝对安全的。近些年出现的现代程序设计语言包括Java在内，都采用了相同的设计方式。

null 引用带来的问题

• 错误之源：程序员对对象的字段进行检查，判断字段的值是否为期望的格式，最终却发现访问的并不是一个对象，而是一个null引用--空指针，于是抛出一个NullPointerException异常。
• 代码膨胀：为了防止null，我们经常会写出这样类似的代码：if (xxx != null) { // dosomething}。这样你的代码就会充斥着深度嵌套的null检查，代码可读性极差。
• 毫无意义：null自身没有任何的语义，尤其是，它代表的是在静态类型语言中以一种错误的方式对缺失变量值的建模。
• 破坏哲学：Java一直试图避免让程序员意识到指针的存在，唯一的例外是：null指针。

使用防御式编程思想减少NPE问题

NullPointerException简称NPE。

采用防御式编程--快速失败的思想可以有效减少NPE问题。

如下的代码是推荐的方式：

if (param1 == null) { return false;
} if (param2 == null) { return false;
}
// do service 复制代码

不要使用try-catch的方式来处理。例如：

try {
    param.function();
} catch (NullPointerException e) {
    ...
} 复制代码

使用这种防御式编程的方法能有效解决问题，但仍然极易出错，一旦忘记检查那个可能为null的属性就会埋下一个隐藏的bug。

优雅的解决方式

Java 8中引入了一个新的类java.util.Optional<T>来优雅的解决NPE问题。

假设现在有一个Person类，有一个成员变量：汽车Car类；汽车Car类中又有一个成员变量：保险公司Insurance类；保险公司Insurance类中有一个成员变量：String类型的公司名。你可能会按下面的方式设计。Person类：

public class Person {
    private Car car;
    public Car getCar() { return car;
    }
} 复制代码

Car类：

public class Car {
    private Insurance insurance;
    public Insurance getInsurance() { return insurance;
    }
} 复制代码

Insurance类：

public class Insurance {
    private String name;
    public String getName() { return name;
    }
} 复制代码

但是我们知道一个人可能有车也可能没有车，当一个人没车时需要将null引用赋值给car变量，于是我们应该将car变量声明为Optional<Car>类型；一辆车可能买了保险也可能没买保险，于是Car类中的insurance字段也应该声明为Optional<Insurance>类型；保险公司一定有一个公司名称，所以Insurance类中的name字段不用声明成Optional类型。新的类定义如下：Person类：

import java.util.Optional;

public class Person {
    private Optional<Car> car;
    public Optional<Car> getCar() { return car;
    }
} 复制代码

Car类：

import java.util.Optional;

public class Car {
    private Optional<Insurance> insurance;
    public Optional<Insurance> getInsurance() { return insurance;
    }
} 复制代码

Insurance类：

public class Insurance {
    private String name;
    public String getName() { return name;
    }
} 复制代码

当car变量存在时，Optional类只是对Car类简单封装。当变量不存在时，缺失的值会被建模成一个“空” 的Optional对象，由方法Optional.empty()返回。Optional.empty()方法是一个静态工厂 方法，它返回Optional类的特定单一实例，与null完全不一样。

何时使用Optional类？

在实际业务编码中，我们只能靠自己对业务模型的理解进行判断，需要判断出一个null是否属于某个变量的有效范围。

值得注意的是：如果一个类包含了Optional成员变量，则该类无法进行序列化和反序列化。

原因是Optional类未实现序列化Serializable接口。所以如果你的类是类似Dubbo服务提供者返回的模型对象，则不能将类成员设计成Optional类型。

Java语言的架构师Brian Goetz曾经非常明确地陈述过，Optional的设计初衷仅仅是要支持能返回Optional对象的语法。由于Optional类设计时就没特别考虑将其作为类的字段使用，所以它并未实现Serializable接口。

应用Optional的几种模式

1. 创建Optional对象

• 声明一个空的Optional：通过静态工厂方法Optional.empty，创建一个空的Optional对象：

Optional<Car> optCar = Optional.empty(); 复制代码

• 依据一个非空值创建Optional：使用静态工厂方法Optional.of，依据一个非空值创建一个Optional对象：

Optional<Car> optCar = Optional.of(car); 复制代码

如果car变量是一个null值，则这段代码会立即抛出NullPointerException，而不是等到试图访问car的属性时才返回一个错误。

• 可接受null的Optional：使用静态工厂方法Optional.ofNullalbe，创建一个允许null值的Optional对象：

Optional<Car> optCar = Optional.ofNullable(car); 复制代码

如果car变量是一个null值，那么得到的Optional对象就是个空对象。

2. 使用map从Optional对象中提取和转换值

Optional类的map方法和Stream类的map方法相差无几。map方***将流中的每个元素通过提供的函数进行映射。可以把Optional对象看成一个特殊的集合，它最多包含一个元素。如果Optional包含一个值，那map方法就会把该值通过提供的函数映射成其它值，否则什么也不做。

3. 使用flatMap链接Optional对象

同样的，Optional类的flatMap方法和流的用法也类似。flatMap方法接收一个函数作为参数，这个函数的返回值是另一个流。这个函数会应用到流中的每一个元素上，于是每个元素被映射成一个小流，每个小流又形成一个大流作为flatMap方法的返回值。但是flatMap会将这个大流中的小流扁平化成一个单一的流。即流中不包含流，只包含各个元素。

4. 默认行为及解引用Optional对象

Optional类提供了多种方法读取Optional实例中的变量值。

• get()：如果变量存在，直接返回封装的变量值，否则抛出一个NoSuchElementException异常。
• orElse(T other)：允许在Optional对象不包含值时提供一个默认值。
• orElseGet(Supplier<? extends T> other)：是orElse方法的延时调用版，Supplier方法只有在Optional对象不含值时才执行调用。如果创建默认值是件耗时操作，考虑使用该方法；或者非常确定某个方法仅在Optional为空时才执行调用，也考虑使用该方法。
• orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier)：和get方法类似，如果取出的值为空都会抛出一个异常，使用orElseThrow可以定制希望抛出的异常类型。
• ifPresent(Consumer<? extends T>)：在变量值存在时执行一个传入的Consumer方法，否则不做任何处理。

5. 使用filter剔除特定的值

我们经常需要调用某个对象的方法，查看它的某些属性。比如，我们可能需要检查保险公司的名称是否为CambridgeInsurance，为了以一种安全的方式进行这些操作，我们首先需要确定引用指向的Insurance对象是否为null，之后再调用它的getName方法。示例如下：

Insurance insurance = ...; if (insurance != null && "CambridgeInsurance".equals(insurance.getName())) {
    System.out.println("ok");
} 复制代码

如果使用Optional对象的filter方法，这段代码可以重构如下：

Optional<Insurance> optInsurance = ...;
optInsurance.filter(ins -> "CambridgeInsurance".equals(ins.getName()))
			.ifPresent(x -> System.out.println("ok")); 复制代码

如果Optional对象包含的值为空，它不做任何操作；反之，它对Optional对象包含的值添加谓词操作，如果该操作的结果为true，它不做任何改变，直接返回该Optional对象，否则就将该值过滤掉，将Optional的值置为空。

Optional类的方法

基础类型的Optional对象，以及为什么应该避免使用它们

与Stream对象一样，Optional也提供了类似的基础类型：OptionalInt、OptionalLong以及OptionalDouble。

如果Stream对象包含了大量元素，出于性能的考量， 使用基础类型是不错的选择，但对于Optional对象而言，这个理由就不成立了，因为Optional对象多只包含一个值。

不推荐大家使用基础类型的Optional对象，因为基础类型的Optional不支持map、flatMap和filter等方法。而这些却是Optional类最有用的方法。