使用 Java 8 Optional 的正确姿势

我们知道 Java 8 增加了一些很有用的 API, 其中一个就是 Optional. 如果对它不稍假探索, 只是轻描淡写的认为它可以优雅的解决 NullPointException 的问题, 于是代码就开始这么写了

Optional<User> user = ...... 
if (user.isPresent()) {
    return user.getOrders();
} else {
    return Collections.emptyList();
}

那么不得不说我们的思维仍然是在原地踏步, 只是本能的认为它不过是 User 实例的包装, 这与我们之前写成

User user = .....
if (user != null) {
    return user.getOrders();
} else {
    return Collections.emptyList();
}

实质上是没有任何分别. 这就是我们将要讲到的使用好 Java 8 Optional 类型的正确姿势.

在里约奥运之时, 新闻一再提起五星红旗有问题, 可是我怎么看都看不出来有什么问题, 后来才道是小星星膜拜中央的姿势不对. 因此我们千万也别对自己习以为常的事情觉得理所当然, 丝毫不会觉得有何不妥, 换句话说也就是当我们切换到 Java 8 的 Optional 时, 不能继承性的对待过往 null 时的那种思维, 应该掌握好新的, 正确的使用 Java 8 Optional 的正确姿势.

直白的讲, 当我们还在以如下几种方式使用 Optional 时, 就得开始检视自己了

1. 调用?isPresent()?方法时
2. 调用?get()?方法时
3. Optional 类型作为类/实例属性时
4. Optional 类型作为方法参数时

isPresent()?与?obj != null?无任何分别, 我们的生活依然在步步惊心. 而没有?isPresent()?作铺垫的?get()?调用在 IntelliJ IDEA 中会收到告警

Reports calls to java.util.Optional.get() without first checking with a isPresent() call if a value is available. If the Optional does not contain a value, get() will throw an exception. (调用 Optional.get() 前不事先用 isPresent() 检查值是否可用. 假如 Optional 不包含一个值, get() 将会抛出一个异常)

把 Optional 类型用作属性或是方法参数在 IntelliJ IDEA 中更是强力不推荐的

Reports any uses of java.util.Optional<T>, java.util.OptionalDouble, java.util.OptionalInt, java.util.OptionalLong or com.google.common.base.Optional as the type for a field or a parameter. Optional was designed to provide a limited mechanism for library method return types where there needed to be a clear way to represent “no result”. Using a field with type java.util.Optional is also problematic if the class needs to be Serializable, which java.util.Optional is not. (使用任何像 Optional 的类型作为字段或方法参数都是不可取的. Optional 只设计为类库方法的, 可明确表示可能无值情况下的返回类型. Optional 类型不可被序列化, 用作字段类型会出问题的)

所以 Optional 中我们真正可依赖的应该是除了?isPresent()?和?get()?的其他方法:

1. public<U> Optional<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper)
2. public T orElse(T other)
3. public T orElseGet(Supplier<? extends T> other)
4. public void ifPresent(Consumer<? super T> consumer)
5. public Optional<T> filter(Predicate<? super T> predicate)
6. public<U> Optional<U> flatMap(Function<? super T, Optional<U>> mapper)
7. public <X extends Throwable> T orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier) throws X

我略有自信的按照它们大概使用频度对上面的方法排了一下序.

先又不得不提一下 Optional 的三种构造方式:?Optional.of(obj), ?Optional.ofNullable(obj)?和明确的?Optional.empty()

Optional.of(obj): 它要求传入的 obj 不能是 null 值的, 否则还没开始进入角色就倒在了?NullPointerException?异常上了.

Optional.ofNullable(obj): 它以一种智能的, 宽容的方式来构造一个 Optional 实例. 来者不拒, 传 null 进到就得到?Optional.empty(), 非 null 就调用?Optional.of(obj).

那是不是我们只要用?Optional.ofNullable(obj)?一劳永逸, 以不变应二变的方式来构造 Optional 实例就行了呢? 那也未必, 否则?Optional.of(obj)?何必如此暴露呢, 私有则可?

我本人的观点是:? 1. 当我们非常非常的明确将要传给?Optional.of(obj)?的?obj?参数不可能为 null 时, 比如它是一个刚?new?出来的对象(Optional.of(new User(...))), 或者是一个非 null 常量时; ?2. 当想为?obj?断言不为 null 时, 即我们想在万一?obj?为 null 立即报告?NullPointException?异常, 立即修改, 而不是隐藏空指针异常时, 我们就应该果断的用?Optional.of(obj)?来构造 Optional 实例, 而不让任何不可预计的 null 值有可乘之机隐身于 Optional 中.

现在才开始怎么去使用一个已有的 Optional 实例, 假定我们有一个实例?Optional<User> user, 下面是几个普遍的, 应避免?if(user.isPresent()) { ... } else { ... }?几中应用方式.

存在即返回, 无则提供默认值

return user.orElse(null);  //而不是 return user.isPresent() ? user.get() : null;
return user.orElse(UNKNOWN_USER);

存在即返回, 无则由函数来产生

return user.orElseGet(() -> fetchAUserFromDatabase()); //而不要 return user.isPresent() ? user: fetchAUserFromDatabase();

存在才对它做点什么

user.ifPresent(System.out::println);

//而不要下边那样
if (user.isPresent()) {
  System.out.println(user.get());
}

map 函数隆重登场

当?user.isPresent()?为真, 获得它关联的?orders, 为假则返回一个空集合时, 我们用上面的?orElse,?orElseGet?方法都乏力时, 那原本就是?map?函数的责任, 我们可以这样一行

return user.map(u -> u.getOrders()).orElse(Collections.emptyList())

//上面避免了我们类似 Java 8 之前的做法
if(user.isPresent()) {
  return user.get().getOrders();
} else {
  return Collections.emptyList();
}

map? 是可能无限级联的, 比如再深一层, 获得用户名的大写形式

return user.map(u -> u.getUsername())
           .map(name -> name.toUpperCase())
           .orElse(null);

这要搁在以前, 每一级调用的展开都需要放一个 null 值的判断

User user = .....
if(user != null) {
  String name = user.getUsername();
  if(name != null) {
    return name.toUpperCase();
  } else {
    return null;
  }
} else {
  return null;
}

针对这方面 Groovy 提供了一种安全的属性/方法访问操作符??.

user?.getUsername()?.toUpperCase();

Swift 也有类似的语法, 只作用在 ?Optional 的类型上.

用了?isPresent()?处理 NullPointerException 不叫优雅, 有了 ?orElse, orElseGet 等, 特别是?map?方法才叫优雅.

其他几个,?filter()?把不符合条件的值变为?empty(), ?flatMap()?总是与?map()?方法成对的, ?orElseThrow()?在有值时直接返回, 无值时抛出想要的异常.

一句话小结: 使用?Optional?时尽量不直接调用?Optional.get()?方法,?Optional.isPresent()?更应该被视为一个私有方法, 应依赖于其他像?Optional.orElse(),?Optional.orElseGet(),?Optional.map()?等这样的方法.

最后, 最好的理解 Java 8 Optional 的方法莫过于看它的源代码?java.util.Optional, 阅读了源代码才能真真正正的让你解释起来最有底气, Optional 的方法中基本都是内部调用 ?isPresent()?判断, 真时处理值, 假时什么也不做.