Java8新特性4：Optional—一文详解java1.8的Optional Api的使用，使用Optional杜绝空指针异常的出现。

一、null带来的种种弊端，为什么java8要让我们避免在代码中引用null？

《java8 in action》作者在正式引出Optional前，先指出了我们java开发人员在开发中必可避免的会出现很多对于null 的引用，并且时常会在程序运行时出现很多空指针异常，一个在java8以前，无论是老手还是新手都需要面临的一个棘手的异常。

1、模拟一个场景，看看直接引用null会有哪些弊端

《java8 in action》书里举了一个例子：假设有个程序，这个程序可以查询一个person的car的Insurance（保险）的保险公司名字。这个程序源码如下：

然后作者提了个问题：此时main方法里运行下面这段代码会有什么问题呢？

显然这时会直接给你报一个空指针异常：NullPointerException，并且程序会出现意外中断。原因在于这里我们的传进去的person是空的，而且在现实中，我们在编码过程中或基于对现实业务的理解和认知，提前判断，比如上面这个例子中，你会想到：即便传入person不为空，但你也无法保证它下面的car，car下面的Insurance不为空，因为一个客户可能没有车，有车他也可能没有买保险，但是如果有保险，保险公司的名字一定是有的。

所以为了处理这种可能为空的情况，一般大家会有下面两种处理方式：

• 多层嵌套判断null：

• 退出式的null判断

上面这个案例展现出了我们曾频繁使用的null判断方式，同时也展现出它具有的一些隐藏的“bug”，也就是java8为什么不在推荐我们引用null：

• 代码可扩展性差
• 代码可读性差，复杂需求情况下，你的代码可能不得不充斥着各种深度嵌套的null检查
• 代码冗杂，可维护性差
• 这种判断流程易出错，你可能会漏掉一些可能为空的业务情况（这一点相信大家深有感触）
• null 破坏了Java的编程哲学，它一直致力于消除指针，但null却成为了唯一的例外是：空指针。

二、java.util.Optional 类入门

java.util.Optional这个类的作用其实就是用来封装那些可能为null的值（对象），怎么理解这句话呢？

基于上面那个汽车例子：我们知道一个人可能有也可能没有车，所以上面例子中Person类内部的car变量就不应该直接声明为Car（不然程序某个人没有车时就会给car赋一个null值，然后你又开始陷入空判断）。java8以后，推荐我们遇到这种情况时，应该直接将Car声明为Optional类型，如何声明后面讲。

• 当car变量存在值时，Optional类只是对car类进行一个简单封装：

• car变量不存在值时，即此时car对象为null，car会被重新建模成一个“空”的Optional对象：

此时这种情况下就凸显了Optional的独特作用了：当car被optional包裹，且值为空时，Optional会通过一个静态工厂方法   Optional.empty()返回一个空的Optional对象。那么引用空的optional对象和直接引用null有啥区别？ 第一个首要区别就是，如果你直接引用一个null ， 一定会触发NullPointerException 空指针异常；但是使用Optional.empty()就完全没事儿，它返回的是一个有效的空的Optional对象，这个对象可被调用，不会触发空指针异常。第二个区别就是，使用Optional方式申明变量能让人更加直接明了知道，这个变量是可能存在空值的，但是我们允许他存在空值，代码可读性高，并且我们不必要对他可能存在的空值进行if null 的判断，我们也就避免了if null 漏判断的情况。

现在我们使用Optional对开始那个汽车案例进行代码优化：

    @Data
    public static class Person {
        private Optional car;//人可能有车，也可能没有车，因此将这个字段声明为Optional
    }
    @Data
    public static class Car {
        private Optional insurance;//车可能买了保险，也可能没有保险，所以将这个字段声明为Optional
    }
    @Data
    public static class Insurance {
        private String name;//保险公司必须有名字，所以不进行optional包装。
    }

上面这段代码一个意义就是，当你引用insurance公司名称时，如果发生NullPointerException，你能极快知道这是由于你的数据出现了问题，而不是代码问题，所以你也不必急于添加一个if null的检查语句隐藏这个空指针问题。

三、详解Optional API

1、如何创建Optional对象

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

Optional optCar = Optional.empty();

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

Car car = new Car();
Optional car1 = Optional.of(car);

如果你不小心给它传了一个null值，它会直接提示你代码有问题：

• 使用静态工厂方法Optional.ofNullable，你可以创建一个允许null值的Optional对象

Optional car2 = Optional.ofNullable(null);

2、如何获取Optional变量中的值

• .get()

.get()是最简单但又最不安全的方法。如果变量值存在，它直接返回封装的变量值，否则就抛出一个NoSuchElementException异常。所以，除非你非常确定Optional变量一定包含值，否则别用这个方法，这种方式即便相对于嵌套式的null检查，也并未体现出多大的改进。

• .orElse(T other)

Optional对象不包含值时返回一个默认值。

• .orElseGet(Supplier other)

这个相当于 .orElse() 的升级版，如果创建默认值比较耗时费力，使用此方法可以提升程序的性能。Supplier类型接口的抽象方法提供的是一个无参返回一个返回值的抽象方法，这里你可以使用方法引用，如下：

• .orElseThrow(Supplier exceptionSupplier)

Optional对象为空时，你可以自己定制一个异常并抛出，如下：

• .ifPresent(Consumer)

变量值存在时执行一个作为参数传入的方法，否则就不进行任何操作。

3、Optional使用filter 过滤掉特定的值

你可以吧Optional看成只包含一个元素的Stream，也就是说Optional的filter用法和Stream的filter用法神似。

举个例子：当保险存在，且保险公司名字为空时，我们输出一句话：

 

Optional 的 filter方法接受一个函数作为参数：，如果Optional对象的值存在，并且它符合你给定的函数条件，filter方法就返回其值；否则它就返回一个空的Optional对象。

4、使用Optional 的map 从Optional 对象中提取值、将提取出的值转换为Optional值

上面这个就是Optional的map方法的源码，从源码中我们可以知道，map方法接受一个function函数作为参数，根据function函数内容返回一个Optional对象,比如像这样：

5、使用Optional 的flatMap API使用原理，使用Optional 的flatMap扁平化 Optional 对象，

看上面map源码，我们知道：Optional 的 map返回的是一个被Optional包装的 function函数的返回值 U的对象。所以如果你有如下需求（一层层解析出一个上级对象里包裹的各级下级对象，这些小对象以属性方式存在上级对象中），并且想进行多次map操作来实现这个需求，但是这种做法是非法的：

上面这个想法很美好，但是实际是行不通的，原因是还是在map的返回值上，map操作后，返回的永远是它的被Optional包裹的function函数的返回值，所以多次map后，你得到就是多次多层嵌套在Optional里面的值，这种值你当然不能在进行这种直接调用了：（语文不好，可能描述不清楚）把上面代码拆开看看，自己意会吧：

总之，map不满足我们复杂的需求，于是有了Optional的flapMap方法。我们直接来看flapMap的源码：

flapMap返回的直接就是他的参数function函数里的，也就是说，无论你在一个Optional对象上进行多少次flapMap操作，它返回给你的始终都是被单一Optional包括的值。下面这个图可以简单明了说明map与flapMap区别：

好了，现在我们对上面那个多次map操作的程序进行类似下面代码的重写（先别管报错，只是让大家先清晰flapMap的用法）：

 

拓展：

为什么使用Optional封装了 Person 、Car 、Insurance对象后，还是会报空指针异常呢？？

首先，我们要断点到flapMap方法的源码看看，弄清楚这个NullPointerException是哪里报出来的：

《1》排除flapMap（function T）的function参数问题

《2》继续断点往下看：

到这里，我们发现传进来的Person进过了null判断，它不是空的，此时我们进入requireNonNull这个方法继续断点。

《3》我们发现在这里requireNonNull（obj）这个方法报错了：

它里面的参数obj为null，所以报了空指针。

这个方法里的obj其实就是指Person里面定义的：Optional car

我们再回到我们自己的代码，不难理解为什么此时用了Optional包裹car对象，还是报了空指针：

.flatMap(Person::getCar)里面的Person::getCar返回的是一个null，而且注意返回只是一个没有Optional衣服的null,那么就相当于.flatMap(null)，而null在没有被Optional包装时，作为参数传给flatMap时是会报空指针异常的，它不会被Optional藏起来 。

• .flatMap源码：

• 我的代码：

解决办法：

那么如何真正利用Optional杜绝空指针的出现呢？

上面我们说了Person::getCar返回的是没被Optional包起来的nul，所以报错，那我们就把这些null,或者说参数值可能为null的都用Optional包起来，所以我重构一个有效可行的代码，真正实现利用Optional杜绝空指针异常：

        Person person = new Person();
/* 
        Car car = new Car(); 
        Insurance in = new Insurance();
        car.setInsurance(Optional.of(in));
        person.setCar(Optional.of(car));*/

   
        String s = Optional.ofNullable(person)
                .flatMap(p -> Optional.ofNullable(p.getCar()))
                .flatMap(c -> Optional.ofNullable(c.get().getInsurance()))
                .map(i -> i.get().getName())
                .orElse("多次flapmap后，发现这个保险没有名字");
        System.out.println(s);