Java 8可选

在编程时，我们都面临着最（ 臭名昭著 ）的NullPointerException 。而且我相信我们所有人都同意，遇到NullPointerException也是一种痛苦。为了使读者了解最新情况，著名的计算机科学家Tony Hoare引入了空引用，他认为这是一百万美元的错误 。众所周知，这很容易实现，但是也很难预测。这就是为什么开发人员需要非常谨慎的原因。

通常的方式

让我们考虑以下3个简单的POJO。

public class Employee {private Car car;public Car getCar() {return car;}
}public class Car {private Insurance insurance;public Insurance getInsurance() {return insurance;}
}public class Insurance {private String name;public String getName() {return name;}
}

仅提供背景信息-员工可以拥有汽车（虽然不是强制性的），汽车可以具有保险（不一定），并且保险必须始终具有名称。只要记住了解以下内容即可。

现在，我们想通过提供人员实例来获得保险的名称。

public String getInsuranceName(Employee employee) {if (employee != null) {Car car = employee.getCar();if (car != null) {Insurance insurance = car.getInsurance();if (insurance != null) {return insurance.getName();}}}return "UNKNOWN";
}

这是我们通常采取的预防措施，这样就不会遇到可怕的NullPointerException 。我们还认为这也会污染源代码，根据我的观点，应将其视为反模式。

另一种惯用的方式

上一节中提到的对null检查的这种深层嵌套看起来有些晦涩。有时人们会以不同的方式来做。

public String getInsuranceName(Employee employee) {if (employee == null) {return "UNKNOWN";}Car car = employee.getCar();if (car == null) {return "UNKNOWN";}Insurance insurance = car.getInsurance();if (insurance == null) {return "UNKNOWN";}return insurance.getName();
}

在我看来，这还算不错，因为它不包含深层嵌套的null检查。但是它仍然遵循相同的反模式，以不同的方式检查空值。

为什么NULL不好？

这会降低源代码的可读性
呈现没有价值的东西在语义上是不正确的
它与Java的思想背道而驰，因为Java会向开发人员隐藏指针（除非存在空引用的情况）

NULL的替代

很少有语言（例如Scala，Groovy）消除了对空引用（表示没有值）的可怕使用。可以以非常简洁的方式用Groovy编写类似的代码。

def name = employee?.car?.insurance?.name

？这在Groovy中被称为“ 安全导航”操作符 ，它清楚地显示了易读的代码，同时消除了遇到可怕的空引用的可能性。

Java的努力

现在我们应该问，Java开发人员可以做什么来实现类似的事情，从而在保持可读性和可维护性的源代码的同时，防止NullPointerException的可能性。 Java语言设计人员选择了Groovy或Scala语言已经实现的类似方法，但是引入了一个新类-Optional

可选的

public final class Optional<T> {public static<T> Optional<T> empty() {}public static <T> Optional<T> of(T value) {}public static <T> Optional<T> ofNullable(T value) {}public T get() {}public boolean isPresent() {}public void ifPresent(Consumer<? super T> consumer) {}public Optional<T> filter(Predicate<? super T> predicate) {}public<U> Optional<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper) {}public<U> Optional<U> flatMap(Function<? super T, Optional<U>> mapper) {}public T orElse(T other) {}public T orElseGet(Supplier<? extends T> other) {}public <X extends Throwable> T orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier) throws X {}
}

此类主要用于表示值的不存在。如果您认为一个值可以始终存在或不能始终存在，则最好使用Optional类型。在我们前面的示例中，员工可能会或可能不会载有汽车，这就是为什么最好返回Optional <Car>而不是简单地返回Car 。

让我们看看我们如何设计上一个示例：

public class Employee {private Car car;public Optional<Car> getCar() {return Optional.ofNullable(car);}
}public class Car {private Insurance insurance;public Optional<Insurance> getInsurance() {return Optional.ofNullable(insurance);}
}public class Insurance {private String name;public String getName() {return name;}
}

我没有讨论过静态工厂ofNullable（..）方法，而只是将其视为包装值的包装实用程序方法，而不管其引用如何。

只需查看API，就可以轻松了解遇到可选类型时需要执行的操作。对于开发人员而言，遇到此类可选类型总是表示缺少值的可能性，因此开发人员可以为此采取适当的措施。

可选创作

从类概述中，我们可以清楚地看到可以以多种方式创建Optional 。

of（..） ：这允许创建包装非空值的Optional实例
empty（） ：这将创建一个空的Optional
ofNullable（..） ：这允许创建一个包装任何值（空或非空）的Optional实例

可选的提取和转换

到目前为止，我们已经看到了如何创建Optional实例。现在我们应该看看如何提取值或将其转换为另一个值。

get（）返回包含的值，如果Optional实例为空，则抛出NoSuchElementException

但是我们应该如何使用呢？

Car car = employee.getCar();
if (employee != null) {car = employee.getCar();
}

这是我们逃避NullPointerException的主要工作。现在，使用Java 8 Optional ，我们可以编写如下代码：

Optional<Car> car = employee.getCar();
if (!car.isEmpty()) {Car car = car.get();
}

但是，您是否认为这是对讨厌的null检查的改进？

我曾经认为它是一种改进，因为它隐藏了空指针，但后来，我觉得它会污染源代码。但是我不反对使用从方法或包装变量中返回Optional作为类型的方法。我将在以下各节中讨论其背后的原因。

让我们考虑以前的方法：

public String getInsuranceName(Employee employee) {return employee.getCar().getInsurance().getName();
}

这是一个非常干净的代码，但是NullPointerException却藏在后面，这就是为什么我们需要合并几个空引用检查（我们之前已经看到过）的原因。

如果我们在设计一个好的API时合并了公共String Optional ，则可以通过更简洁的方式实现：

public String getInsuranceName(Optional<Employee> employee) {return employee.flatMap(Employee::getCar).flatMap(Car::getInsurance).map(Insurance::getName).orElse("UNKNOWN");
}

这是不是真的好又干净的方法？我知道这会使一些对Java Streams API不满意的程序员感到困惑。我强烈建议对Java 8 Streams有一个快速的了解，以了解Optional的优点。

另一个示例是如果人名以“ P”开头，则获得保险名称

public String getInsuranceName(Optional<Employee> employee) {return employee.filter(e-> e.getName().startsWith("P")).flatMap(Employee::getCar).flatMap(Car::getInsurance).map(Insurance::getName).orElse("UNKNOWN");
}

设计实践

现在，我想以一些不同的方式分享一些有关设计我们先前讨论的POJO的想法。

API设计实践1

public class Employee {private Optional<Car> car;public Optional<Car> getCar() {return car;}
}public class Car {private Optional<Insurance> insurance;public Insurance getInsurance() {return insurance;}
}public class Insurance {private String name;public String getName() {return name;}
}

在这里，我已声明成员变量为Optional类型。根据我的观点，这也是非常用户友好的，并且此类的用户或消费者可以轻松理解此类的性质。在这种情况下，员工的汽车是Optional的 ，也就是说，员工可能也可能没有汽车。

API设计实践2

public class Employee {private Car car;public Optional<Car> getCar() {return Optional.ofNullable(car);}
}public class Car {private Insurance insurance;public Optional<Insurance> getInsurance() {return Optional.ofNullable(insurance);}
}public class Insurance {private String name;public String getName() {return name;}
}

这也是非常直观的，但是缺乏清晰显示成员实例不存在的想法。要了解任何系统，开发人员总是需要首先了解对象模型，而了解对象模型则需要我们了解领域对象。在这种情况下，员工是拥有汽车的域对象，就像它对员工是强制性的一样。但实际上，员工可能会或可能不会有汽车。我们可以在获取或检索其值（ getCar（） ）时实现它，然后当该方法返回Optional时 ，我们可能会注意到它缺少包含值的可能性。

使用什么？

它完全取决于开发人员。我个人更喜欢第一种方法，因为很明显在理解领域模型方面很明显，而第二种方法在序列化方面具有优势。由于Optional不实现Serializable ，因此在我们的第一种方法中它不可序列化。如果我们使用DTO，则可以使我们的实现适应第二种方法。

方法或构造函数参数中的可选

正如我之前提到的，“ 可选”在班级中清楚地表明了消费者应该做的事情。因此，如果构造函数或方法接受Optional元素作为参数，则意味着该参数不是必需的。

另一方面，我们需要付出使用Optional污染代码库的代价。开发人员唯一要谨慎使用它。我个人不希望在方法参数中使用Optional ，但如果需要，我们仍然可以将其包装在Optional实例中并对其执行必要的操作。

方法返回类型中的可选

Java语言架构师Brian Goetz还建议，如果有可能返回null，则在方法中返回Optional 。我们已经在API设计规范2中看到了这一点。

从方法抛出异常或返回可选

多年来，Java开发人员遵循通常的方法引发异常来表示方法调用中的错误情况。

public static InputStream getInputStream(final String path) {checkNotNull(path, "Path cannot be null");final URL url = fileSystem.getEntry(path);InputStream xmlStream;try {xmlStream = url.openStream();return xmlStream;} catch (final IOException ex) {throw new RuntimeException(ex);}
}

如果此方法的使用者遇到RuntimeException ，那是由于打开与指定URL的连接时出现的问题。另一方面，我们还可以通过以下方式使用Optional ：

public static Optional<InputStream> getInputStream(final String path) {checkNotNull(path, "Path cannot be null");final URL url = fileSystem.getEntry(path);InputStream xmlStream;try {xmlStream = url.openStream();return Optional.of(xmlStream);} catch (final IOException ex) {return Optional.empty();}
}

我认为这很直观，因为它清楚地表明它返回一个可能具有或没有值的Optional实例。这就是为什么我倾向于从可能具有这种空遇到可能性的方法中返回Optional的原因。

私有方法中的可选返回类型

私有方法显然不是要理解或分析项目的任何重要部分。因此，我认为我们仍然可以使用null检查来摆脱过多的Optional，但是如果您认为仍然可以以更简洁明了的方式使用该方法，则也可以返回Optional 。

为了更好地理解，我编写了一个示例，如下所示：

private void process(final String data) {try {final ItemList nList = doc.getChildNodes();for (int temp = 0; temp < nList.getLength(); temp++) {final Node nNode = nList.item(temp);final String key = nNode.getName();final String value = nNode.getValue();values.put(getAttribute(key).orElseThrow(IllegalArgumentException::new), value);}} catch (final Exception ex) {logger.error("{}", ex.getMessage(), ex);}
}private Optional<Attribute> getAttribute(final String key) {return Arrays.stream(Attribute.values()).filter(x -> x.value().filter(y -> y.equalsIgnoreCase(key)).isPresent()).findFirst();
}public static enum Attribute {A ("Sample1"),B ("Sample2"),C ("Sample3");private String value;private Attribute(String value) {this.value = value;}public Optional<String> value() {return Optional.ofNullable(value);}}

我本可以以更常用的方式编写第二种方法：

private Attribute getAttribute(final String key) {for (final Attribute attribute : Attribute.values()) {Optional<String> value = attribute.value();if (value.isPresent() && value.get().equalsIgnoreCase(key)) {return attribute;}}throw new IllegalArgumentException();
}

私有方法中返回返回Collection或其任何子类型的可选返回类型

作为第一个示例，请考虑您需要实现一种从Java中指定路径列出文件的方法的代码。

public static List<String> listFiles(String file) {List<String> files;try {files = Files.list(Paths.get(path));} catch (IOException e) {files = Arrays.asList("Could not list");}return files;
}

我们可以实现更简洁的代码，如下所示：

public static List<String> listFiles(String path) {return Files.list(Paths.get(path)).filter(Files::isRegularFile).collect(toList());
}

注意，简洁方法中的返回类型仍为List而不是Optional 。最好遵循返回空列表的通常做法，而不是使用Optional 。

使用Optional的流方式更加简洁是非常有专利的。 可选的是实用程序数据容器，可帮助开发人员摆脱空引用。另外，它确实提供了许多有用的方法来简化程序员的任务。但是，如果开发人员不太了解Optional的主要用法，则Optional可能会被严重滥用，并可能污染代码库。这就是为什么我强烈建议大家在Optional中使用面向流的方法，以帮助开发人员编写简洁且可维护的代码