还在重复写空指针检查代码?考虑使用 Optional 吧!

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一、前言

如果要给 Java 所有异常弄个榜单,我会选择将 NullPointerException 放在榜首。这个异常潜伏在代码中,就像个遥控炸弹,不知道什么时候这个按钮会被突然按下(传入 null 对象)。

还记得刚入行程序员的时候,三天两头碰到空指针异常引发的 Bug,解决完一个,又在另一处碰到。那时候师兄就教我,不要相信任何『对象』,特别是别人给你的,这些地方都加上判断。于是代码通常为会变成下面这样:

if(obj!=null){
    // do something
}

有了这个防御之后,虽然不用再担心空指针异常,但是过多的判断语句使得代码变得臃肿。

假设我们存在如下对象关系

Staff.png

原本为了获取图中的 name 属性,原本一句代码就可以轻松完成。

Staff staff=..;
staff.getDepartment().getCompany().getName();

但是很不幸,为了代码的安全性,我们不得不加入空指针判断代码。

Staff staff=..;
if (staff != null) {
    Department department = staff.getDepartment();
    if (department != null) {
        Company company = department.getCompany();
        if (company != null) {
            return company.getName();
        }
    }
}
return "Unknown";

当其中对象为 null 时,可以返回默认值,如上所示。也可以直接抛出其他异常快速失败。

虽然上面代码变得更加安全,但是过多嵌套 if 语句降低代码整体可读性,提高复杂度。

所幸 Java 8 引入引入一个新类 Java.util.Optional<T>,依靠 Optional 类提供 API,我们可以写出既安全又具有阅读性的代码。

还在使用 JDK 6 ?那你也别急着关闭这篇文章。可以考虑使用 Guava Optional。不过需要注意的是,Guava Optional API 与 JDK 存在差异,以下以 JDK8 Optional 为例。

二、Optional API

2.1、Optional#of 与 Optional#ofNullable

Optional 本质是一个容器,需要我们将对象实例传入该容器中。Optional 的构造方法为 private,无法直接使用 new 构建对象,只能使用 Optional 提供的静态方法创建。

Optional 三个创建方法如下:

  • Optional.of(obj),如果对象为 null,将会抛出 NPE。
  • Optional.ofNullable(obj),如果对象为 null,将会创建不包含值的 empty Optional 对象实例。
  • Optional.empty() 等同于 Optional.ofNullable(null)

Optionalcompare.png

只有在确定对象不会为 null 的情况使用 Optional#of,否则建议使用 Optional#ofNullable方法。

2.2、Optional#get 与 Optional#isPresent

对象实例存入 Optional 容器中之后,最后我们需要从中取出。Optional#get 方法用于取出内部对象实例,不过需要注意的是,如果是 empty Optional 实例,由于容器内没有任何对象实例,使用 get 方法将会抛出 NoSuchElementException 异常。

为了防止异常抛出,可以使用 Optional#isPresent 。这个方法将会判断内部是否存在对象实例,若存在则返回 true。

示例代码如下:

Optional<Company> optCompany = Optional.ofNullable(company);
// 与直接使用空指针判断没有任何区别
if (optCompany.isPresent()) {
    System.out.println(optCompany.get().getName());
}

仔细对比,可以发现上面用法与空指针检查并无差别。刚接触到 Optional ,看到很多文章介绍这个用法,那时候一直很疑惑,这个解决方案不是更加麻烦?

后来接触到 Optional 其他 API,我才发现这个类真正有意义是下面这些 API。如果使用过 Java8 Stream 的 API,下面 Optional API 你将会很熟悉。

2.3、Optional#ifPresent

通常情况下,空指针检查之后,如果对象不为空,将会进行下一步处理,比如打印该对象。

Company company = ...;
if(company!=null){
    System.out.println(company);
}

上面代码我们可以使用 Optional#ifPresent 代替,如下所示:

Optional<Company> optCompany = ...;
optCompany.ifPresent(System.out::println);

使用 ifPresent 方法,我们不用再显示的进行检查,如果 Optional 为空,上面例子将不再输出。

2.4、Optional#filter

有时候我们需要某些属性满足一定条件,才进行下一步动作。这里假设我们当 Company name 属性为 Apple,打印输出 ok。

if (company != null && "Apple".equals(company.getName())) {
    System.out.println("ok");
}

下面使用 Optional#filter 结合 Optional#ifPresent 重写上面的代码,如下所示:

Optional<Company> companyOpt=...;
companyOpt
        .filter(company -> "Apple".equals(company.getName()))
        .ifPresent(company -> System.out.println("ok"));

filter 方法将会判断对象是否符合条件。如果不符合条件,将会返回一个空的 Optional

2.5、Optional#orElse 与 Optional#orElseThrow

当一个对象为 null 时,业务上通常可以设置一个默认值,从而使流程继续下去。

String name = company != null ? company.getName() : "Unknown";

或者抛出一个内部异常,记录失败原因,快速失败。

if (company.getName() == null) {
    throw new RuntimeException();
}

Optional 类提供两个方法 orElseorElseThrow ,可以方便完成上面转化。

// 设置默认值
String name=companyOpt.orElse(new Company("Unknown")).getName();

// 抛出异常
String name=companyOpt.orElseThrow(RuntimeException::new).getName();

如果 Optional 为空,提供默认值或抛出异常。

2.6、Optional#map 与 Optional#flatMap

熟悉 Java8 Stream 同学的应该了解,Stream#map 方法可以将当前对象转化为另外一个对象, Optional#map 方法也与之类似。

Optional<Company> optCompany = ...;
Optional<String> nameopt = optCompany.map(Company::getName);

map 方法可以将原先 Optional<Company> 转变成 Optional<String> ,此时 Optional 内部对象变成 String 类型。如果转化之前 Optional 对象为空,则什么也不会发生。

另外 Optional 还有一个 flatMap 方法,两者区别见下图。

mapvsflatmap.png

Department#getCompany返回对象为 Optional<Company>

三、代码重构

上面我们学习了 Optional 类主要 API ,下面我们使用 Optional 重构文章刚开头的代码。为了方便读者对比,将上面的代码复制了下来。

代码重构前:

if (staff != null) {
    Department department = staff.getDepartment();
    if (department != null) {
        Company company = department.getCompany();
        if (company != null) {
            return company.getName();
        }
    }
}
return "Unknown";

首先我们需要将 StaffDepartment 修改 getter 方法返回结果类型改成 Optional

public class Staff {
    private Department department;
    public Optional<Department> getDepartment() {
        return Optional.ofNullable(department);
    }
    ...
}
public class Department {

    private Company company;
    public Optional<Company> getCompany() {
        return Optional.ofNullable(company);
    }
    ...
}

public class Company {
    private String name;
    public String getName() {
        return name;
    }
    ...
}

然后综合使用 Optional API 重构代码如下:

Optional<Staff> staffOpt =...;
staffOpt
        .flatMap(Staff::getDepartment)
        .flatMap(Department::getCompany)
        .map(Company::getName)
        .orElse("Unknown");

可以看到重构之后代码利用 Optional 的 Fluent Interface,以及 lambda 表达式,使代码更加流畅连贯,并且提高代码整体可读性。

四、帮助文章

1、Tired of Null Pointer Exceptions? Consider Using Java SE 8's Optional!
3、Optionals: Patterns and Good Practices
3、Java8 in Action


本文首发于: https://studyidea.cn/java-optional

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