Java 8（六）：Optional 空值（NULL）处理

1、简介

首先，Optional 它不是一个函数式接口，设计它的目的是为了防止空指针异常（NullPointerException），要知道在 Java 编程中，
空指针异常可是臭名昭著的。

你可以将 Optional 看做是包装对象（可能是 null, 也有可能非 null）的容器。当你定义了
一个方法，这个方法返回的对象可能是空，也有可能非空的时候，你就可以考虑用 Optional 来包装它，这也是在 Java 8 被推荐使用的做法。

2、什么是null类型

在Java中，我们使用引用类型来获取对象的访问权限，当我们没有特定的对象来使我们的引用指向时，我们将这样的引用设置为null意味着没有值。

null的使用是如此常见，以至于我们很少考虑它。 例如，对象的字段成员会自动初始化为null，并且程序员通常会在没有初始值的情况下将引用类型初始化为null。

3、只返回null有什么问题？

NullPointerException 是目前Java程序开发中最典型的异常。它会使你的代码膨胀，它让你的代码充斥着深度嵌套的null检查，代码的可读性糟糕透顶。它自身是毫无意义的，null自身没有任何的语义

null并不属于任何类型，这意味着它可以被赋值给任意引用类型的变量。这会导致问题，原因是当这个变量被传递到系统中的另一个部分后，你将无法获知这个null变量最初的赋值到底是什么类型。

那么，应该如何处理这个问题呢？我们就带着这个疑问，在 java 8 Optionals 里寻找一下答案。

4、Java 8 Optionals 如何提供解决方案？

为了更好的解决和避免NPE异常，Java 8中引入了一个新的类 java.util.Optional。这是一个封装 Optional 值的类。

变量存在时，Optional 类只是对类简单封装。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。

 public static void main(String[] args) {
        Optional canBeEmpty1 = Optional.of(5);
        canBeEmpty1.isPresent();                    // returns true
        canBeEmpty1.get();                          // returns 5

        Optional canBeEmpty2 = Optional.empty();
        canBeEmpty2.isPresent();                    // returns false
    }

您还可以将Optional视为包含值或不包含值的单值容器。

值得注意的是，Optional 类的意图不是替换每个空引用。 相反，它的目的是帮助设计更易于理解的API，这样只需读取方法的签名，就可以判断出是否可以获得可选值。 这会强制您从Optional中获取值并对其进行处理，同时处理Optional可能为空的情况。

4.1、创建 Optional 对象

4.1.1、Optional.empty()

通过静态工厂方法Optional.empty()，创建一个空的Optional对象

Optional possible = Optional.empty();

4.1.2、Optional.of()

使用静态工厂方法Optional.of()，依据一个非空值创建一个Optional对象。如果在（）中传递null，则会立即抛出NullPointerException。

Optional possible = Optional.of(5);

4.1.3、Optional.ofNullable()

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。如果参数为null，则生成的Optional对象将为空。

Optional possible = Optional.ofNullable(null);
//or
Optional possible = Optional.ofNullable(5);

4.2、默认/缺省值和操作

编程中的典型模式是，如果确定操作的结果为空，则返回默认值。 通常，您可以使用三元运算符， 但是使用Optionals，您可以编写如下代码：

//假设此值已从方法返回
Optional companyOptional = Optional.empty();
 
//如果值存在然后返回，否则创建一个新对象并返回
Company company = companyOptional.orElse(new Company());
 
//或者您也可以抛出异常
Company company = companyOptional.orElseThrow(IllegalStateException::new);

4.3、使用过滤方法（filter）排除某些值

通常，您需要在对象上调用方法并检查某些属性。 例如 在下面的示例代码中检查公司是否有“财务”部门， 如果有，则打印出来。

Optional companyOptional = Optional.empty();
companyOptional.filter(department -> "Finance".equals(department.getName())
                    .ifPresent(() -> System.out.println("Finance is present"));

filter方法将谓词作为参数。 如果Optional对象中存在一个值并且它与谓词匹配，则filter方法返回该值; 否则，它返回一个空的Optional对象。

5、Optional 内部是如何工作的

如果打开Optional.java的源代码，您会发现 Optional 的值是这样定义的：

   /**
     * If non-null, the value; if null, indicates no value is present
     */
    private final T value;

如果您定义一个空的Optional，则声明如下。 static关键字确保每个VM通常只存在一个空实例。

/**
 * Common instance for {@code empty()}.
 */
private static final Optional EMPTY = new Optional<>();

默认的构造函数是 private，因此除了上面给出的3种方法之外，你不能创建Optional的实例。

当您创建一个Optional时，下面的调用将在结束时发生，并将传递的值分配给’value’属性。

this.value = Objects.requireNonNull(value);

当您尝试从Optional获取值时，如果当前值为null，则会抛出异常 NoSuchElementException

public T get() {
    if (value == null) {
        throw new NoSuchElementException("No value present");
    }
    return value;
}

6、Optional 的方法

序号	方法 & 描述
1	static Optional empty() 返回空的 Optional 实例。
2	boolean equals(Object obj) 判断其他对象是否等于 Optional。
3	Optional filter(Predicate predicate) 如果值存在，并且这个值匹配给定的 predicate，返回一个Optional用以描述这个值，否则返回一个空的Optional。
4	Optional flatMap(Function> mapper) 如果值存在，返回基于Optional包含的映射方法的值，否则返回一个空的Optional
5	T get() 如果在这个Optional中包含这个值，返回值，否则抛出异常：NoSuchElementException
6	int hashCode() 返回存在值的哈希码，如果值不存在 返回 0。
7	void ifPresent(Consumer consumer) 如果值存在则使用该值调用 consumer , 否则不做任何事情。
8	boolean isPresent() 如果值存在则方法会返回true，否则返回 false。
9	Optional map(Function mapper) 如果有值，则对其执行调用映射函数得到返回值。如果返回值不为 null，则创建包含映射返回值的Optional作为map方法返回值，否则返回空Optional。
10	static Optional of(T value) 返回一个指定非null值的Optional。
11	static Optional ofNullable(T value) 如果为非空，返回 Optional 描述的指定值，否则返回空的 Optional。
12	T orElse(T other) 如果存在该值，返回值， 否则返回 other。
13	T orElseGet(Supplier other) 如果存在该值，返回值， 否则触发 other，并返回 other 调用的结果。
14	T orElseThrow(Supplier exceptionSupplier) 如果存在该值，返回包含的值，否则抛出由 Supplier 继承的异常
15	String toString() 返回一个Optional的非空字符串，用来调试

7、Optional 试图解决的问题

Optional 是尝试通过添加更有效的API 来减少Java系统中的空指针异常的数量，它会考虑到有时缺少返回值。 如果从一开始就有 Optional，那么今天大多数库和应用程序可能会更好地处理缺少的返回值，减少或避免空指针异常。

通过使用 Optional，用户被迫考虑 null或缺省值的情况，除了通过赋予null之外，Optional的最大优点是它会强制您主动考虑缺省值情况，否则无法编译通过。

8、Optional 不能解决的问题

Optional 并不意味着是一种避免所有类型的空指针的机制。在使用 Optional 的时候需要考虑一些事情，以决定什么时候怎样使用它。重要的一点是 Optional 不是 Serializable。因此，它不应该用作类的字段。

请注意，Optional 不适用于以下这些情况：

1. 在域模型层（domain model layer）（它不可序列化）
2. 在DTO中（它不可序列化）
3. 在方法的输入参数中
4. 在构造函数参数中

9、Optional 应该在何处使用

Optional 主要用作返回类型。在获取到这个类型的实例后，如果它有值，你可以取得这个值，否则可以进行一些替代行为。

参考文档：

https://howtodoinjava.com/java8/java-8-optionals-complete-reference/