JDK8：Optional详解与源码分析，如何优雅的处理空指针

一、Optional概述

1、烦人的NullPointerException

在日常开发中，NullPointerException相信所有人都见过，不管你是刚入行的萌新还是骨灰级玩家，对于它都是耳熟能详的。它的出现可以说无处不在，总是能在各种场景下出现。那么对于如何防止它的出现，我们平时都是被动的采用各种非空校验，但是它还是经常能出现在我们的视线中。

public String getCompanyName(Student student){
    
    
	
	if (student != null){
    
    
		Job job = student.getJob();
		
		if (job != null){
    
    
			Company company = job.getCompany();
			if (company != null){
    
    
				String name = company.getName();
				return name;
			}else {
    
    
				return "no company";
			}
		}else {
    
    
			return "no job";
		}
	}else {
    
    
		 return "no student";
	}
}

对于上述这段代码，相信大家平时工作类似的代码经常会有出现。每一次在获取到一个对象时都进行一个null的判断，然后才继续后续的实现。但是这种方式很不好，首先会存在大量的if-else判断嵌套，导致代码的可读性和扩展性极差。此时，有的同学可能就会使用卫语句这么改造，如下所示：

public String getCompanyName(Student student){
    
    
	if (student == null){
    
    
		return "no student";
	}
	Job job = student.getJob();
	if (job == null){
    
    
		return "no job";
	}
	Company company = job.getCompany();
	if (company == null){
    
    
		return "no company";
	}
	return company.getName();
}

这种判断已经有意识的避免了大量嵌套判断，但是同样存在多个不同的判断点，代码维护同样困难。

2、Optional简介

为了防止空指针异常的出现，Java8中引入了一个新类Optional，对于它之前我们已经进行了简单的实现。其本质就是通过Optional类对值进行封装， 当有值的时候，会把该值封装到Optional类中。如果没有值的话，则会在该类封装一个Empty。

二、Optional使用

在Optional类中基于函数式接口提供了一些用于操作值的方法。

1、创建Optional对象

创建Optional，该类提供了三种方法操作，分别为：empty()、of()、ofNullable()。使用方式如下所示：

Optional<Student> studentOptional = Optional.empty();
Optional<Student> studentOptional = Optional.of(student);
Optional<Student> studentOptional = Optional.ofNullable(student);

这三者有什么区别？根据源码分析如下：

// 源码分析
public static<T> Optional<T> empty() {
    
    
    @SuppressWarnings("unchecked")
    Optional<T> t = (Optional<T>) EMPTY; // private static final Optional<?> EMPTY = new Optional<>();
    return t;
}
public static <T> Optional<T> of(T value) {
    
    
    return new Optional<>(value);
}

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

public static <T> T requireNonNull(T obj) {
    
    
    if (obj == null)
        throw new NullPointerException();
    return obj;
}
public static <T> Optional<T> ofNullable(T value) {
    
    
    return value == null ? empty() : of(value);
}

根据源码可知，empty()会直接返回一个空的Optional实例，内部不会存在任何值。

of()会返回一个存在值的Optional对象，并且该值不允许null的存在。如果调用该方法时传入参数是null，则立刻抛出NullPointerException，而不是等到你用这个对象时才抛出，相当于进行了立即检查。

ofNullable()同样也会返回一个存在值的Optional对象，但是它和of()最大的不同在于，它会对传入的值进行判断，如果传入的值为null，其会调用empty()返回一个不包含内容的Optional，如果不为null，则会调用of()返回一个包含内容的Optional。

2、isPresent()与ifPresent()应用&源码解析

Optional类中提供了两个方法用于判断Optional是否有值，分别是isPresent()和ifPresent(Consumer<? super T> consumer)。其一般与ofNullable()搭配使用，因为of()在创建时已经完成了判断，而empty()只是单纯了实例化了一个Optional对象。

// 使用实例
public class PresentDemo {
    
    

    public static void getStudentName(Student student){
    
    

        Optional<Student> optional = Optional.ofNullable(student);

        if (optional.isPresent()){
    
    
            //student不为null
            Student student1 = optional.get();
            System.out.println(student1);
        }else {
    
    
            System.out.println("student为null");
        }

        optional.ifPresent(s-> System.out.println(s));
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    

        Student student = new Student(1,"zhangsan","M");
        getStudentName(student);
    }
}

// 源码分析
// isPresent()内部非常简单，就是判断这个值是否为null。
public boolean isPresent() {
    
    
    return value != null;
}

public void ifPresent(Consumer<? super T> consumer) {
    
    
    if (value != null)
        consumer.accept(value);
}

ifPresent()方法在执行时，接收一个consumer函数式接口，如果value不为null，则通过consumer中的accept方法获取该值。

3、get()应用&源码解析

get()的使用非常简单，但不安全，因为其在获取值的时候，如果值存在，则直接返回封装在Optional中的值，如果不存在，则抛出NoSuchElementException。因此它的使用前提是已经确定Optional中有值，否则没有使用意义。

// 使用实例
Optional<Student> studentOptional = Optional.ofNullable(student);
if (studentOptional.isPresent()){
    
    
	Student result = studentOptional.get();
}

// 源码分析
public Tget() {
    
    
    if (value == null) {
    
    
        throw new NoSuchElementException("No value present");
    }
    return value;
}

4、orElseThrow()应用&源码解析

该方法与get()类似，都是用于取值，但是当Optional中没有值时，get()会直接抛出NoSuchElementException，这样的话，就存在了一定的局限性，因为有时可能需要抛出自定义异常。此时就可以使用orElseThrow()，它在取值时，如果Optional中没有值时，可以抛出自定义异常。

// 使用实例
Optional<Student> optional = Optional.ofNullable(student);

try {
    
    
	// null 就抛异常
    Student result = optional.orElseThrow(MyException::new);
    System.out.println(result);
} catch (MyException e) {
    
    
    e.printStackTrace();
}

// 源码分析
public <X extends Throwable> T orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier) throws X {
    
    
    if (value != null) {
    
    
        return value;
    } else {
    
     // null 的话就抛异常
        throw exceptionSupplier.get();
    }
}

5、map()应用&源码解析

map()可以实现类型转换，与JDK8的Stream的map类似，只不过一个是转换Stream的泛型，一个是转换Optional的泛型。

// 使用案例
if (studentOptional.isPresent()){
    
    
	// Student类型转为String类型
	Optional<String> nameOptional = studentOptional.map(Student::getName);
}

// 源码分析
public<U> Optional<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper) {
    
    
    Objects.requireNonNull(mapper);
    if (!isPresent())
        return empty();
    else {
    
    
        return Optional.ofNullable(mapper.apply(value));
    }
}

6、flatMap()应用&源码解析

刚才已经通过map()获取了学生的姓名，操作非常简单。但是当产生链路获取时，map可以使用么？ 如：学生->工作->公司->公司名称。

现在可能大家脑袋里已经有了一个想法，就是通过map()，代码结构如下：

studentOptional.map(Student::getJob).map(Job::getCompany).map(Company::getName);

但是这段代码是无法通过编译的。因为根据map的学习，每一次在调用的时候，都会对Optional的泛型进行改变，最终产生多层Optional嵌套的结构。

对于这个问题的解决，Optional类中提供了另外一个获取值的方法flatMap()。它本身用于多层调用，同时对于结果它不会形成多个Optional，而是将结果处理成最终的一个类型的Optional。但是通过flatMap获取的返回值必须是Optional类型。而map则没有这个限制。

// 使用实例
Optional<String> nameOptional = studentOptional.flatMap(Student::getJob).flatMap(Job::getCompany).map(Company::getName);

// 源码分析
public<U> Optional<U> flatMap(Function<? super T, Optional<U>> mapper) {
    
    
    Objects.requireNonNull(mapper);
    if (!isPresent())
        return empty();
    else {
    
    // 多次调用不会生成Optional嵌套
        return Objects.requireNonNull(mapper.apply(value));
    }
}

7、filter()应用&源码解析

Optional类中提供了数据过滤的方法filter()来实现这个需求。其会根据传入的条件进行判断，如果匹配则返回一个Optional对象并包含对应的值，否则返回一个空值的Optional。

// 使用实例
Optional<Company> company = companyOptional.filter(c -> "bank".equals(c.getName()));

源码是传入一个Predicate，如果不为null的话，就会调用predicate的test方法做判断。

// 源码分析
public Optional<T> filter(Predicate<? super T> predicate) {
    
    
    Objects.requireNonNull(predicate);
    if (!isPresent())
        return this;
    else
        return predicate.test(value) ? this : empty();
}

8、orElse()应用&源码解析

在取值的时候，如果值不存在，有时我们会考虑返回一个默认值。该需求就可以通过orElse()实现。

其内部会判断值是否为null，如果不为null，则返回该值，如果为null，则返回传入的默认值。

// 使用案例
String value = studentOptional.flatMap(Student::getJob).flatMap(Job::getCompany).map(Company::getName).orElse("default value");

// 源码分析
publicT orElse(T other) {
    
    
	// null的话取默认值
    return value != null ? value : other;
}

9、orElseGet()应用&源码解析

orElseGet()也是用于当Optional中没有值时，返回默认值的方法。但是它与orElse()的区别在于，它是延迟加载的。只有当Optional中没有值是才会被调用。

// 源码分析
public T orElseGet(Supplier<? extends T> other) {
    
    
    return value != null ? value : other.get();
}

// 代码案例
System.out.println(Optional.ofNullable("student").orElse(getStr("a")));
System.out.println(Optional.ofNullable(null).orElse(getStr("b")));
System.out.println(Optional.ofNullable("student").orElseGet(() ->getStr("a")));
System.out.println(Optional.ofNullable(null).orElseGet(() ->getStr("b")));

我们发现， 当数据不为null的时候，orElseGet不会执行。

所以在使用时，更加推荐使用orElseGet()，因为它使用延迟调用所以性能更加优异。

10、orElseThrow()应用&源码分析

orElseThrow很简单，如果为null的话，就抛一个异常。

// 源码分析
public <X extends Throwable> T orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier) throws X {
    
    
    if (value != null) {
    
    
        return value;
    } else {
    
    
        throw exceptionSupplier.get();
    }
}