在目前的工作中，我對Java中的Stream和Lambda表達式都使用得很多，之前也寫了兩篇文章來總結對應的知識。
不過對於Optional這個特性，一直沒有很好地使用起來，所以最近又開始閱讀《Java 8實戰》這本書，本文是針對其中第10章的一個學習總結。
背景
在Java中，如果你嘗試對null做函數調用，就會引發NullPointerException（NPE），NPE是Java程序開發中的最典型的異常，對於Java開發者來說，無論你是初出茅廬的新人和還工作多年的老司機，NPE經常讓他們翻車。為了避免NPE，他們會加很多if判斷語句，使得代碼的可讀性變得很差。
從軟件設計的角度來看，null本身是沒有意義的語義，這是一種對缺失變量值的錯誤的建模。
從Java類型系統的角度看，null可以被賦值給任何類型的變量，並且不斷被傳遞，知道最后誰也不知道它是從哪里引入的。
Optional的引入
Java設計者從Haskell和Scala中獲取靈感，在Java 8中引入了一個新的類java.util.Optional<T>。如果一個接口返回Optional
Optional的目的就在於此：通過類型系統讓你的領域模型中隱藏的知識顯式地體現在你的代碼中。
Optional的使用
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| empty | 返回一個空的Optional實例 |
| filter | 如果值存在並且滿足提供的過濾條件，則返回包含該值的Optional對象；否則就返回一個空的Optional對象 |
| map | 如果值存在，就對該值執行提供的mapping函數調用 |
| flatMap | 如果值存在，就對該值執行提供的mapping函數調用，返回一個Optional類型的值，否則就返回一個空的Optional對象 |
| ifPresent | 如果值存在，就執行使用該值的方法調用，否則什么也不做 |
| of | 將指定值用Optional封裝之后返回，如果該值為null，則拋出一個NPE |
| ofNullable | 將指定值用Optional封裝之后返回，如果該值為null，則返回一個空的Optional對象 |
| orElse | 如果有值則返回，否則返回一個默認值 |
| orElseGet | 如果有值則返回，否則返回一個由指定的Supplier接口生成的值(如果默認值的生成代價比較高的話，則適合使用orElseGet方法) |
| orElseThrow | 如果有值則返回，否則返回一個由指定的Supplier接口拋出的異常 |
| get | 如果值存在，則返回該值，否則拋出一個NoSuchElementException異常 |
| isPresent | 如果值存在則返回true，否則返回false |
上面這張表里列舉了Optional的基礎API，我這里列舉了一些使用的tips：
- 你可以用ofNullable將一個可能為null的對象封裝為Optional對象，然后獲取值的時候使用orElse方法提供默認值；可以使用empty方法創建一個空的Optional對象；of方法一般不用，不過如果你知道某個值不可能為null，則可以用Optional封裝該值，這樣它一旦為null就會拋出異常。
//empty方法的使用
Optional<Car> optCar = Optional.empty();
//of方法的使用
Optional<Car> optCar = Optional.of(car);
//ofNullable方法的使用
Optional<Car> optCar = Optional.ofNullable(car);
- 你可以使用map方法從Optional
對象中它封裝的值中的某個字段的值；
Optional<Insurance> optInsurance = Optional.ofNullable(insurance);
Optional<String> name = optInsurance.map(Insurance::getName);
- 如果需要連續、層層遞進的從某個對象鏈的末端獲取字段的值，則不能全部使用map方法，需要先使用flatMap，最后再使用map方法；
//轉換之前
public String getCarInsuranceName(Person person) {
return person.getCar().getInsurance().getName();
}
//轉換后
public String getCarInsuranceName(Optional<Person> person) {
return person.flatMap(Person::getCar)
.flatMap(Car::Insurance)
.map(Insurance::getName)
.orElse("Unknown");
}
- Optional中的map、flatMap和filter方法，在概念是與Stream中對應的方法都很類似，區別就在於Optional中的元素至多有一個，算是Stream的一種特殊情況——一種特殊的集合。
- 不要使用ifPresent和get方法，它們本質上和不適用Optional對象之前的模式相同，都是臃腫的if-then-else判斷語句；
- 由於Optional無法序列化，所以在領域模型中，無法將某個字段定義為Optional
的，原因是：Optional的設計初衷僅僅是要支持能返回Optional對象的語法，如果我們希望在域模型中引入Optional，則可以用下面這種替代的方法：
public class Person {
private Car car;
public Optional<Car> getCarAsOptional() {
return Optional.ofNullable(car);
}
}
- 不要使用基礎類型的Optional對象，原因是：基礎類型的Optional對象不支持map、flatMap和filter方法，而這些方法是Optional中非常強大的方法。
實戰案例
案例1：使用工具類方法改良可能拋出異常的API
Java方法處理異常結果的方式有兩種：返回null（或錯誤碼）；拋出異常，例如：Integer.parseInt(String)這個方法——如果無法解析到對應的整型，該方法就拋出一個NumberFormationException，這種情況下我們一般會使用try/catch語句處理異常情況。
一般我們建議將try/catch塊單獨提取到一個方法中，在這里使用Optional設計這個方法，代碼如下。在開發中，可以嘗試構建一個OptionalUtility工具類，將這些復雜的try/catch邏輯封裝起來。
public static Optional<Integer> stringToInt(String a) {
try{
return Optional.of(Integer.parseInt(s));
} catch (NumberFormationException e) {
return Optional.empty();
}
}
案例2：綜合案例
現在有個方法，是嘗試從一個屬性映射中獲取某個關鍵詞對應的值，例子代碼如下：
public static int readDuration(Properties properties, String name) {
String value = properties.getProperty(name);
if (value != null) {
try {
int i = Integer.parseInt(value);
if (i > 0) {
return i;
}
} catch (NumberFormatException e) {
}
}
return 0;
}
使用Optional的寫法后，代碼如下所示：
public static int readDurationWithOptional(Properties properties, String name) {
return Optional.ofNullable(properties.getProperty(name))
.flatMap(OptionalUtility::stringToInt)
.filter(integer -> integer > 0)
.orElse(0);
}
如果需要訪問的屬性值不存在，Properites.getProperty(String)方法的返回值就是一個null，使用noNullable工廠方法就可以將該值轉換為Optional對象；接下來，可以使用flatMap將一個Optional
總結
使用Optional的思路和Stream相同，都是鏈式思路，跟數據庫查詢似的，表達力很強，而且省去了哪些復雜的try/catch和if-then-else方法。在后面的開發中，可以使用Optional設計API，這樣可以設計出更安全的接口和方法。
本號專注於后端技術、JVM問題排查和優化、Java面試題、個人成長和自我管理等主題，為讀者提供一線開發者的工作和成長經驗，期待你能在這里有所收獲。