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ColorfulC · 更新于 2020-07-20

Optional 類

上一小節，我們接觸到了Optional類，但沒有詳細展開介紹，Optional類也是 Java 8 新加入的類。本小節我們就來學習一下這個類，你將了解到Optional類的解決了什么問題，如何創建Optioanl類的對象，它又有哪些常用方法，如何在實際開發中應用Optional類等內容。

1. Optional 類概述

空指針異常（NullPointerExceptions）是 Java 最常見的異常之一，一直以來都困擾著 Java 程序員。一方面，程序員不得不在代碼中寫很多null的檢查邏輯，讓代碼看起來非常臃腫；另一方面，由于其屬于運行時異常，是非常難以預判的。

為了預防空指針異常，Google的Guava項目率先引入了Optional類，通過使用檢查空值的方式來防止代碼污染，受到Guava項目的啟發，隨后在Java 8中也引入了Optional類。

Optional 類位于java.util包下，是一個可以為 null 的容器對象，如果值存在則isPresent()方法會返回 true ，調用 get() 方法會返回該對象，可以有效避免空指針異常。下面我們來學習如何實例化這個類，以及這個類下提供了哪些常用方法。

2. 創建 Optional 對象

查看 java.util.Optional類源碼，可以發現其構造方法是私有的，因此不能通過new關鍵字來實例化：

我們可以通過如下幾種方法，來創建Optional 對象：

  • Optional.of(T t)：創建一個 Optional 對象，參數 t 必須非空；
  • Optional.empty()：創建一個空的Optional實例；
  • Optional.ofNullable(T t)：創建一個Optional對象，參數t 可以為 null。

實例如下：

實例演示
預覽 復制
復制成功！
import java.util.Optional;

public class OptionalDemo1 {

    public static void main(String[] args) {
        // 創建一個 StringBuilder 對象
        StringBuilder string = new StringBuilder("我是一個字符串");
        
        // 使用 Optional.of(T t) 方法，創建 Optional 對象，注意 T 不能為空：
        Optional<StringBuilder> stringBuilderOptional = Optional.of(string);
        System.out.println(stringBuilderOptional);

        // 使用 Optional.empty() 方法，創建一個空的 Optional 對象：
        Optional<Object> empty = Optional.empty();
        System.out.println(empty);

        // 使用 Optional.ofNullable(T t) 方法，創建 Optional 對象，注意 t 允許為空：
        stringBuilderOptional = null;
        Optional<Optional<StringBuilder>> stringBuilderOptional1 = Optional.ofNullable(stringBuilderOptional);
        System.out.println(stringBuilderOptional1);
    }

}
運行案例 點擊 "運行案例" 可查看在線運行效果

運行結果：

Optional[我是一個字符串]
Optional.empty
Optional.empty

3. 常用方法

Optional<T>類提供了如下常用方法：

  • booean isPresent()：判斷是否包換對象；
  • void ifPresent(Consumer<? super T> consumer)：如果有值，就執行 Consumer 接口的實現代碼，并且該值會作為參數傳遞給它；
  • T get()：如果調用對象包含值，返回該值，否則拋出異常；
  • T orElse(T other)：如果有值則將其返回，否則返回指定的other 對象；
  • T orElseGet(Supplier<? extends T other>)：如果有值則將其返回，否則返回由Supplier接口實現提供的對象；
  • T orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier)：如果有值則將其返回，否則拋出由Supplier接口實現提供的異常。

知道了如何創建Optional對象和常用方法，我們下面結合具體實例來看一下，Optional類是如何避免空指針異常的。

請查看如下實例，其在運行時會發生空指針異常：

實例演示
預覽 復制
復制成功！
import java.util.Optional;

public class OptionalDemo2 {

    static class Category {
        private String name;

        public Category(String name) {
            this.name = name;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "Category{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    '}';
        }
    }

    static class Goods {
        private String name;

        private Category category;

        public Goods() {

        }

        public Goods(String name, Category category) {
            this.name = name;
            this.category = category;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }

        public Category getCategory() {
            return category;
        }

        public void setCategory(Category category) {
            this.category = category;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "Good{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", category=" + category +
                    '}';
        }
    }

    /**
     * 獲取商品的分類名稱
     * @param goods 商品
     * @return 分類名稱
     */
    static String getGoodsCategoryName(Goods goods) {
        return goods.getCategory().getName();
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 實例化一個商品類
        Goods goods = new Goods();
        // 獲取商品的分類名稱
        String categoryName = getGoodsCategoryName(goods);
        System.out.println(categoryName);
    }
}
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運行結果：

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
	at OptionalDemo2.getGoodsCategoryName(OptionalDemo2.java:73)
	at OptionalDemo2.main(OptionalDemo2.java:80)

實例中，由于在實例化Goods類時，我們沒有給其下面的Category類型的屬性category賦值，它就為 null，在運行時， null.getName()就會拋出空指針異常。同理，如果goods實例為null，那么null.getCategory()也會拋出空指針異常。

在沒有使用Optional類的情況下，想要優化代碼，就不得不改寫getGoodsCategoryName()方法：

static String getGoodsCategoryName(Goods goods) {
    if (goods != null) {
        Category category = goods.getCategory();
        if (category != null) {
            return category.getName();
        }
    }
    return "該商品無分類";
}

這也就是我們上面說的null檢查邏輯代碼，此處有兩層if嵌套，如果有更深層次的級聯屬性，就要嵌套更多的層級。

下面我們將Optional類引入實例代碼：

實例演示
預覽 復制
復制成功！
import java.util.Optional;

public class OptionalDemo3 {

    static class Category {
        private String name;

        public Category(String name) {
            this.name = name;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "Category{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    '}';
        }
    }

    static class Goods {
        private String name;

        private Category category;

        public Goods() {

        }

        public Goods(String name, Category category) {
            this.name = name;
            this.category = category;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }

        public Category getCategory() {
            return category;
        }

        public void setCategory(Category category) {
            this.category = category;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "Good{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", category=" + category +
                    '}';
        }
    }

    /**
     * 獲取商品的分類名稱（使用 Optional 類包裝）
     * @param goods 商品
     * @return 分類名稱
     */
    static String getGoodsCategoryName(Goods goods) {
        // 將商品實例包裝入 Optional 類，創建 Optional<Goods> 對象
        Optional<Goods> goodsOptional = Optional.ofNullable(goods);
        Goods goods1 = goodsOptional.orElse(new Goods("默認商品", new Category("默認分類")));
        // 此時 goods1 一定是非空，不會產生空指針異常
        Category category = goods1.getCategory();

        // 將分類實例包裝入 Optional 類，創建 Optional<Category> 對象
        Optional<Category> categoryOptional = Optional.ofNullable(category);
        Category category1 = categoryOptional.orElse(new Category("默認分類"));
        // 此時 category1 一定是非空，不會產生空指針異常
        return category1.getName();
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 實例化一個商品類
        Goods goods = null;
        // 獲取商品的分類名稱
        String categoryName = getGoodsCategoryName(goods);
        System.out.println(categoryName);
    }
}
運行案例 點擊 "運行案例" 可查看在線運行效果

運行結果：

默認分類

實例中，我們使用Optional類的 ofNullable（T t）方法分別包裝了goods對象及其級聯屬性category對象，允許對象為空，然后又調用了其ofElse(T t)方法保證了對象一定非空。這樣，空指針異常就被我們優雅地規避掉了。

4. 對于空指針異常的改進

Java 14 對于空指針異常有了一些改進，它提供了更明確異常堆棧打印信息，JVM 將精確地確定那個變量是null，不過空指針異常依然無法避免。明確的異常堆棧信息，能夠幫助開發者快速定位錯誤發生的位置。

5. 小結

通過本小節的學習，我們知道了 Optional 類主要用于應對 Java 中的空指針異常，它是一個可以為 null 的容器對象，我們可以通過Optional類下的幾個靜態方法來創建對象。另外，我們也結合實例介紹了如何使用Optional類來規避空指針異常，實例中還有很多其他沒用到的 API，希望大家可以自己研習。