Java优雅解决空指针问题源码级别刨析Optional

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1 Optional介绍

在日常开发中，NullPointerException相信所有人都见过，不管你是刚入行的萌新还是骨灰级玩家，对于它都是耳熟能详的。它的出现可以说无处不在，总是能在各种场景下出现。那么对于如何防止它的出现，我们平时都是被动的采用各种非空校验，但是它还是经常能出现在我们的视线中。

public String getCompanyName(Student
student){
  if (student != null){
    Job job = student.getJob();
    if (job != null){
      Company company =
job.getCompany();
      if (company != null){
        String name =
company.getName();
        return name;
     }else {
        return "no company";
     }
   }else {
      return "no job";
   }
 }else {
    return "no student";
 }
}

对于上述这段代码，相信大家平时工作类似的代码经常会有出现。每一次在获取到一个对象时都进行一个null的判断，然后才继续后续的实现。但是这种方式很不好，首先会存在大量的if-else判断嵌套，导致代码的可读性和扩展性极差。此时，有的同学可能就会这么改造，如下所示：

public String getCompanyName(Student
student){
  if (student == null){
    return "no student";
 }
  Job job = student.getJob();
  if (job == null){
    return "no job";
 }
  Company company = job.getCompany();
  if (company == null){
    return "no company";
 }
  return company.getName();
}

这种判断已经有意识的避免了大量嵌套判断，但是同样存在多个不同的判断点，代码维护同样困难。
那么有没有一种方式可以优雅的解决这些问题呢？

2 Optional应用

为了防止空指针异常的出现，Java8中引入了一个新类Optional，对于它之前我们已经进行了简单的实现。其本质就是通过Optional类对值进行封装， 当有值的时候，会把该值封装到Optional类中。如果没有值的话，则会在该类封装一个Empty

在Optional类中基于函数式接口提供了一些用于操作值的方法。

2.1 创建Optional对象

要创建Optional，该类提供了三种方法操作，分别为：
empty()、of()、ofNullable()。使用方式如下所示：

Optional<Student> studentOptional =Optional.empty();
Optional<Student> studentOptional =Optional.of(student);
Optional<Student> studentOptional =Optional.ofNullable(student);

可以看到这三个方法，都会返回Optional对象，那么三者之间有什么区别呢？根据源码分析如下：

根据源码可知，empty()会直接返回一个空的Optional实例，内部不会存在任何值。

根据源码可知，of()会返回一个存在值的Optional对象，并且该值不允许null的存在。如果调用该方法时传入参数是null，则立刻抛出NullPointerException，而不是等到你用这个对象时才抛出，相当于进行了立即检查。

根据源码可知，ofNullable()同样也会返回一个存在值的Optional对象，但是它和of()最大的不同在于，它会对传入的值进行判断，如果传入的值为null，其会调用empty()返回一个不包含内容的Optional，如果不为null，则会调用of()返回一个包含内容的Optional

2.2 基于Optional对象获取值

有了Optional对象之后，就需求获取其内部的值了，Optional类也提供了多种方法用于值的获取。

2.2.1 isPresent()与ifPresent()应用&源码解析

Optional类中提供了两个方法用于判断Optional是否有值，分别是isPresent()和ifPresent(Consumerconsumer)。其一般与ofNullable()搭配使用，因为of()在创建时已经完成了判断，而empty()只是单纯了实例化了一个Optional对象。
根据源码可知，isPresent()内部非常简单，就是判断这个值是否为null。

根据源码可知，该方法在执行时，接收一个consumer函数式接口，如果value不为null，则通过consumer中的accept方法获取该值。
使用示例如下：

public class PresentDemo {
  public static void
getStudentName(Student student){
    Optional<Student> studentOptional =
Optional.ofNullable(student);
    if (studentOptional.isPresent()){
      //存在
      System.out.println("student存
在");
  }else {
      System.out.println("student不存
在");
   }
 }
  public static void main(String[] args) {
    Student student = new
Student(1,"zhangsan","M");
    getStudentName(student);
 }
}
Optional<Student> studentOptional =
Optional.ofNullable(student);
studentOptional.ifPresent(s->
System.out.println("学生存在"));

2.2.2 get()应用&源码解析

get()的使用非常简单，但不安全，因为其在获取值的时候，如果值存在，则直接返回封装在Optional中的值，如果不存在，则抛出NoSuchElementException。因此它的使用前提是已经确定Optional中有值，否则没有使用意义。

使用示例如下：

Optional<Student> studentOptional =
Optional.ofNullable(student);
if (studentOptional.isPresent()){
  Student result = studentOptional.get();
}

2.2.3 orElseThrow()应用&源码解析

该方法与get()类似，都是用于取值，但是当Optional中没有值时，get()会直接抛出NoSuchElementException，这样的话，就存在了一定的局限性，因为有时可能需要抛出自定义异常。此时就可以使用orElseThrow()，它在取值时，如果Optional中没有值时，可以抛出自定义异常。

public class MyException extends Throwable {
  public MyException() {
    super();
 }
  public MyException(String message) {
    super(message);
 }
  @Override
  public String getMessage() {
    return "exception message";
 }
}

public class OrElseThrowDemo {
  public static void
getStudentInfo(Student student) {
    Optional<Student> studentOptional =
Optional.ofNullable(student);
   try {
      Student student1 =
studentOptional.orElseThrow(MyException::new
);
   } catch (MyException e) {
      e.printStackTrace();
   }
 }
  public static void main(String[] args) {
    Student student = null;
    getStudentInfo(student);
 }
}

2.2.4 map()应用&源码解析

当Option中有值的话，经常性的一个操作就是从值中获取它的某一个属性，实例如下：

if(job != null){
  String name = job.getName();
}

对于这种需求，可以通过map()完成，它的使用思路与Stream中的map类似，只不过一个是转换Stream的泛型，一个是转换Optional的泛型。

使用示例如下：

if (studentOptional.isPresent()){
 
  Optional nameOptional =
studentOptional.map(Student::getName);
 
}

2.2.5 flatMap()应用&源码解析

刚才已经通过map()获取了学生的姓名，操作非常简单。但是当产生链路获取时，map可以使用么？ 如：学生->工作->公司->公司名称。现在可能大家脑袋里已经有了一个想法，就是通过map()，代
码结构如下：

studentOptional.map(Student::getJob).map(Job:
:getCompany).map(Company::getName);

但是这段代码是无法通过编译的。因为根据map的学习，每一次在调用的时候，都会对Optional的泛型进行改变，最终产生多层Optional嵌套的结构。如下图所示：

对于这个问题的解决，Optional类中提供了另外一个获取值的方法flatMap()。它本身用于多层调用，同时对于结果它不会形成多个Optional，而是将结果处理成最终的一个类型的Optional。但是通过flatMap获取的返回值必须是Optional类型。而map则没有这个限制。

使用示例如下：

Optional<String> nameOptional =
studentOptional.flatMap(Student::getJob).flat
Map(Job::getCompany).map(Company::getName);

2.2.6 filter()应用&源码解析

在获取某个对象中的属性值时，经常会根据特定的条件进行获取。之前的编码方法通常为：

Company company = optional().get();
if("oldlu".equals(company.getName)){
  sout(company);
}

Optional类中也提供了数据过滤的方法filter()来实现这个需求。其会根据传入的条件进行判断，如果匹配则返回一个Optional对象并包含对应的值，否则返回一个空值的Optional

使用示例如下：

Optional<Company> company =
companyOptional.filter(c ->
"oldlu".equals(c.getName()));

2.2.7 orElse()应用&源码解析

在取值的时候，如果值不存在，有时我们会考虑返回一个默认值。该需求就可以通过orElse()实现。
其内部会判断值是否为null，如果不为null，则返回该值，如果为null，则返回传入的默认值。

使用示例如下：

public class Demo1 {
  public static void
getCompanyName(Student student) {
    Optional<Student> studentOptional =
Optional.ofNullable(student);
    if (studentOptional.isPresent()) {
       String value =
studentOptional.flatMap(Student::getJob).fla
tMap(Job::getCompany).map(Company::getName).
orElse("default value");
      System.out.println(value);
   }
 }
  public static void main(String[] args) {
    Company company = new Company();
    //company.setName("oldlu");
    Optional<Company> companyOptional =
Optional.of(company);
    Job job = new Job();
    job.setName("pm");
    job.setCompany(companyOptional);
    Optional<Job> jobOptional =
Optional.of(job);
    Student s1 = new Student();
    s1.setName("张三");
    s1.setJob(jobOptional);
    getCompanyName(s1);
 }
 }

2.2.8 orElseGet()应用&源码解析

orElseGet()也是用于当Optional中没有值时，返回默认值的方法。但是它与orElse()的区别在于，它是延迟加载的。只有当Optional中没有值是才会被调用。

区别示例如下：
1）当公司名称不存在

public class Demo1 {
  public static void
getCompanyName(Student student) {
    Optional<Student> studentOptional =
Optional.ofNullable(student);
    if (studentOptional.isPresent()) {
      String value1 =
studentOptional.flatMap(Student::getJob).fla
tMap(Job::getCompany).map(Company::getName).
orElse(get("a"));
      String value2 =
studentOptional.flatMap(Student::getJob).fla
tMap(Job::getCompany).map(Company::getName).
orElseGet(()->get("b"));
      System.out.println("a: 
"+value1);
      System.out.println("b: 
"+value2);
   }
 }
  public static String get(String name) {
    System.out.println(name + "执行了方
法");
    return "exec";
 }
  public static void main(String[] args) {
    Company company = new Company();
    //company.setName("oldlu");
    Optional<Company> companyOptional =
Optional.of(company);
    Job job = new Job();
    job.setName("pm");
    job.setCompany(companyOptional);
    Optional<Job> jobOptional =
Optional.of(job);
    Student s1 = new Student();
s1.setName("张三");
    s1.setJob(jobOptional);
    getCompanyName(s1);
 }
}

执行结果

a执行了方法
b执行了方法
a:  exec
b:  exec

根据上述结果可知，当公司名称不存在时，orElse()与orElseGet()都被执行了。
2）公司名称存在

public class Demo1 {
  public static void
getCompanyName(Student student) {
    Optional<Student> studentOptional =
Optional.ofNullable(student);
    if (studentOptional.isPresent()) {
      String value1 =
studentOptional.flatMap(Student::getJob).fla
tMap(Job::getCompany).map(Company::getName).
orElse(get("a"));
      String value2 =
studentOptional.flatMap(Student::getJob).fla
tMap(Job::getCompany).map(Company::getName).
orElseGet(()->get("b"));
      System.out.println("a: 
"+value1);
      System.out.println("b: 
"+value2);
   }
 }
  public static String get(String name) {
    System.out.println(name + "执行了方
法");
    return "exec";
 }
  public static void main(String[] args) {
    Company company = new Company();
    company.setName("oldlu");
    Optional<Company> companyOptional =
Optional.of(company);
    Job job = new Job();
    job.setName("pm");
    job.setCompany(companyOptional);
    Optional<Job> jobOptional =
Optional.of(job);
    Student s1 = new Student();
    s1.setName("张三");
    s1.setJob(jobOptional);
    getCompanyName(s1);
 }
}

执行结果如下：

a执行了方法
a:  oldlu
b:  oldlu

根据上述结果可知，当公司名称存在时，orElseGet()不会被执行，而orElse()会被执行。因此可知，只有当Optional值为不存在时，orElseGet()才会被执行。在使用时，更加推荐使用orElseGet()，因为它使用延迟调用所以性能更加优异。