java8新特性--Optional详解

一、简介
Optional类是Java8为了解决null值判断问题，借鉴google guava类库的Optional类而引入的一个同名Optional类，使用Optional类可以避免显式的null值判断（null的防御性检查），避免null导致的NPE（NullPointerException）。

我们来看一段代码：

public static String getGender(Student student)
{
    if(null == student)
    {
        return "Unkown";
    }
    return student.getGender();
    
}

这是一个获取学生性别的方法，方法入参为一个Student对象，为了防止student对象为null， 做了防御性检查：如果值为null，返回"Unkown"。

再看使用Optional优化后的方法：

public static String getGender(Student student)
{
   return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getGender()).orElse("Unkown");
    
}
可以看到，Optional类结合lambda表达式的使用能够让开发出的代码更简洁和优雅。

二、Optional对象的创建
我们看下Optional类的部分源码：

private static final Optional EMPTY = new Optional<>();

private final T value;

private Optional() {
    this.value = null;
}

public static Optional empty() {
    @SuppressWarnings("unchecked")
    Optional t = (Optional) EMPTY;
    return t;
}

private Optional(T value) {
    this.value = Objects.requireNonNull(value);
}

public static  Optional of(T value) {
    return new Optional<>(value);
}

public static  Optional ofNullable(T value) {
    return value == null ? empty() : of(value);
}

可以看出，Optional类的两个构造方法都是private型的，因此类外部不能显示的使用new Optional()的方式来创建Optional对象，但是Optional类提供了三个静态方法empty()、of(T value)、ofNullable(T value)来创建Optinal对象，示例如下：

// 1、创建一个包装对象值为空的Optional对象
Optional optStr = Optional.empty();
// 2、创建包装对象值非空的Optional对象
Optional optStr1 = Optional.of(“optional”);
// 3、创建包装对象值允许为空的Optional对象
Optional optStr2 = Optional.ofNullable(null);
三、Optional 类典型接口的使用
下面以一些典型场景为例，列出Optional API常用接口的用法，并附上相应代码。

3.1 get()方法
简单看下get()方法的源码：

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

可以看到，get()方法主要用于返回包装对象的实际值，但是如果包装对象值为null，会抛出NoSuchElementException异常。

3.2 isPresent()方法
isPresent()方法的源码：

public boolean isPresent() {
    return value != null;
}

可以看到，isPresent()方法用于判断包装对象的值是否非空。下面我们来看一段糟糕的代码：

public static String getGender(Student student)
{
    Optional stuOpt =  Optional.ofNullable(student);
    if(stuOpt.isPresent())
    {
        return stuOpt.get().getGender();
    }
    
    return "Unkown";
}

这段代码实现的是第一章(简介)中的逻辑，但是这种用法不但没有减少null的防御性检查，而且增加了Optional包装的过程，违背了Optional设计的初衷，因此开发中要避免这种糟糕的使用~

3.3 ifPresent()方法
ifPresent()方法的源码：

public void ifPresent(Consumer consumer) {
    if (value != null)
        consumer.accept(value);
}

ifPresent()方法接受一个Consumer对象（消费函数），如果包装对象的值非空，运行Consumer对象的accept()方法。示例如下：

public static void printName(Student student)
{
    Optional.ofNullable(student).ifPresent(u ->  System.out.println("The student name is : " + u.getName()));
}

上述示例用于打印学生姓名，由于ifPresent()方法内部做了null值检查，调用前无需担心NPE问题。

3.4 filter()方法
filter()方法的源码：

public Optional filter(Predicate predicate) {
    Objects.requireNonNull(predicate);
    if (!isPresent())
        return this;
    else
        return predicate.test(value) ? this : empty();
}

filter()方法接受参数为Predicate对象，用于对Optional对象进行过滤，如果符合Predicate的条件，返回Optional对象本身，否则返回一个空的Optional对象。举例如下：

public static void filterAge(Student student)
{
    Optional.ofNullable(student).filter( u -> u.getAge() > 18).ifPresent(u ->  System.out.println("The student age is more than 18."));
}

上述示例中，实现了年龄大于18的学生的筛选。

3.5 map()方法
map()方法的源码：

public Optional map(Function mapper) {
    Objects.requireNonNull(mapper);
    if (!isPresent())
        return empty();
    else {
        return Optional.ofNullable(mapper.apply(value));
    }
}

map()方法的参数为Function（函数式接口）对象，map()方法将Optional中的包装对象用Function函数进行运算，并包装成新的Optional对象（包装对象的类型可能改变）。举例如下：

public static Optional getAge(Student student)
{
    return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getAge()); 
}

上述代码中，先用ofNullable()方法构造一个Optional对象，然后用map()计算学生的年龄，返回Optional对象（如果student为null, 返回map()方法返回一个空的Optinal对象）。

3.6 flatMap()方法
flatMap()方法的源码：

public Optional flatMap(Function> mapper) {
    Objects.requireNonNull(mapper);
    if (!isPresent())
        return empty();
    else {
        return Objects.requireNonNull(mapper.apply(value));
    }
}

跟map()方法不同的是，入参Function函数的返回值类型为Optional类型，而不是U类型，这样flatMap()能将一个二维的Optional对象映射成一个一维的对象。以3.5中示例功能为例，进行faltMap()改写如下：

public static Optional getAge(Student student)
{
    return Optional.ofNullable(student).flatMap(u -> Optional.ofNullable(u.getAge())); 
}

3.7 orElse()方法
orElse()方法的源码：

public T orElse(T other) {
    return value != null ? value : other;
}

orElse()方法功能比较简单，即如果包装对象值非空，返回包装对象值，否则返回入参other的值（默认值）。如第一章（简介）中提到的代码：

public static String getGender(Student student)
{
   return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getGender()).orElse("Unkown");
    
}

3.7 orElseGet()方法
orElseGet()方法的源码：

public T orElseGet(Supplier other) {
    return value != null ? value : other.get();
}

orElseGet()方法与orElse()方法类似，区别在于orElseGet()方法的入参为一个Supplier对象，用Supplier对象的get()方法的返回值作为默认值。如：

public static String getGender(Student student)
{
    return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getGender()).orElseGet(() -> "Unkown");      
}

3.8 orElseThrow()方法
orElseThrow()方法的源码：

public  T orElseThrow(Supplier exceptionSupplier) throws X {
    if (value != null) {
        return value;
    } else {
        throw exceptionSupplier.get();
    }
}

orElseThrow()方法其实与orElseGet()方法非常相似了，入参都是Supplier对象，只不过orElseThrow()的Supplier对象必须返回一个Throwable异常，并在orElseThrow()中将异常抛出：

public static String getGender1(Student student)
{
    return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getGender()).orElseThrow(() -> new RuntimeException("Unkown"));      
}

orElseThrow()方法适用于包装对象值为空时需要抛出特定异常的场景。

四、注意事项
使用Optional开发时要注意正确使用Optional的“姿势”，特别注意不要使用3.2节提到的错误示范，谨慎使用isPresent()和get()方法，尽量多使用map()、filter()、orElse()等方法来发挥Optional的作用。