Java8 中的 Optional
本质上，这是一个包含有可选值的包装类，这意味着 optional 类既可以含有对象也可以为空。
optional 是 java 实现函数式编程的强劲一步，并且帮助在范式中实现。但是 optional 的意义显然不止于此。
我们从一个简单的用例开始。在 java 8 之前，任何访问对象方法或属性的调用都可能导致 nullpointerexception：
string isocode = user.getaddress().getcountry().getisocode().touppercase();
在这个小示例中，如果我们需要确保不触发异常，就得在访问每一个值之前对其进行明确地检查：
if (user != null) {
address address = user.getaddress();
if (address != null) {
country country = address.getcountry();
if (country != null) {
string isocode = country.getisocode();
if (isocode != null) {
isocode = isocode.touppercase();
}
}
}
}
你看到了，这很容易就变得冗长，难以维护。
为了简化这个过程，我们来看看用 optional 类是怎么做的。从创建和验证实例，到使用其不同的方法，并与其它返回相同类型的方法相结合，下面是见证 optional 奇迹的时刻。
创建 optional 实例
重申一下，这个类型的对象可能包含值，也可能为空。你可以使用同名方法创建一个空的 optional。
@test(expected = nosuchelementexception.class)
public void whencreateemptyoptional_thennull() {
optional<user> emptyopt = optional.empty();
emptyopt.get();
}
毫不奇怪，尝试访问 emptyopt 变量的值会导致 nosuchelementexception。
你可以使用 of() 和 ofnullable() 方法创建包含值的 optional。两个方法的不同之处在于如果你把 null 值作为参数传递进去，of() 方法会抛出 nullpointerexception：
@test(expected = nullpointerexception.class)
public void whencreateofemptyoptional_thennullpointerexception() {
optional<user> opt = optional.of(user);
}
你看，我们并没有完全摆脱 nullpointerexception。因此，你应该明确对象不为 null 的时候使用 of()。
如果对象即可能是 null 也可能是非 null，你就应该使用 ofnullable() 方法：
optional<user> opt = optional.ofnullable(user);
访问 optional 对象的值
从 optional 实例中取回实际值对象的方法之一是使用 get() 方法：
@test
public void whencreateofnullableoptional_thenok() {
string name = "john";
optional<string> opt = optional.ofnullable(name);
assertequals("john", opt.get());
}
不过，你看到了，这个方法会在值为 null 的时候抛出异常。要避免异常，你可以选择首先验证是否有值：
@test
public void whencheckifpresent_thenok() {
user user = new user("john@gmail.com", "1234");
optional<user> opt = optional.ofnullable(user);
asserttrue(opt.ispresent());
assertequals(user.getemail(), opt.get().getemail());
}
检查是否有值的另一个选择是 ifpresent() 方法。该方法除了执行检查，还接受一个consumer(消费者) 参数，如果对象不是空的，就对执行传入的 lambda 表达式：
opt.ifpresent( u -> assertequals(user.getemail(), u.getemail()));
这个例子中，只有 user 用户不为 null 的时候才会执行断言。
接下来，我们来看看提供空值的方法。
返回默认值
optional 类提供了 api 用以返回对象值，或者在对象为空的时候返回默认值。
这里你可以使用的第一个方法是 orelse()，它的工作方式非常直接，如果有值则返回该值，否则返回传递给它的参数值：
@test
public void whenemptyvalue_thenreturndefault() {
user user = null;
user user2 = new user("anna@gmail.com", "1234");
user result = optional.ofnullable(user).orelse(user2);
assertequals(user2.getemail(), result.getemail());
}
这里 user 对象是空的，所以返回了作为默认值的 user2。
如果对象的初始值不是 null，那么默认值会被忽略：
@test
public void whenvaluenotnull_thenignoredefault() {
user user = new user("john@gmail.com","1234");
user user2 = new user("anna@gmail.com", "1234");
user result = optional.ofnullable(user).orelse(user2);
assertequals("john@gmail.com", result.getemail());
}
第二个同类型的 api 是 orelseget() —— 其行为略有不同。这个方法会在有值的时候返回值，如果没有值，它会执行作为参数传入的 supplier(供应者) 函数式接口，并将返回其执行结果：
user result = optional.ofnullable(user).orelseget( () -> user2);
orelse() 和 orelseget() 的不同之处
乍一看，这两种方法似乎起着同样的作用。然而事实并非如此。我们创建一些示例来突出二者行为上的异同。
我们先来看看对象为空时他们的行为：
@test
public void givenemptyvalue_whencompare_thenok() {
user user = null
logger.debug("using orelse");
user result = optional.ofnullable(user).orelse(createnewuser());
logger.debug("using orelseget");
user result2 = optional.ofnullable(user).orelseget(() -> createnewuser());
}
private user createnewuser() {
logger.debug("creating new user");
return new user("extra@gmail.com", "1234");
}
上面的代码中，两种方法都调用了 createnewuser() 方法，这个方法会记录一个消息并返回 user 对象。
代码输出如下：
using orelse creating new user using orelseget creating new user
由此可见，当对象为空而返回默认对象时，行为并无差异。
我们接下来看一个类似的示例，但这里 optional 不为空：
@test
public void givenpresentvalue_whencompare_thenok() {
user user = new user("john@gmail.com", "1234");
logger.info("using orelse");
user result = optional.ofnullable(user).orelse(createnewuser());
logger.info("using orelseget");
user result2 = optional.ofnullable(user).orelseget(() -> createnewuser());
}
这次的输出：
using orelse creating new user using orelseget
这个示例中，两个 optional 对象都包含非空值，两个方法都会返回对应的非空值。不过，orelse() 方法仍然创建了 user 对象。与之相反，orelseget() 方法不创建 user 对象。
在执行较密集的调用时，比如调用 web 服务或数据查询，这个差异会对性能产生重大影响。
返回异常
除了 orelse() 和 orelseget() 方法，optional 还定义了 orelsethrow() api —— 它会在对象为空的时候抛出异常，而不是返回备选的值：
@test(expected = illegalargumentexception.class)
public void whenthrowexception_thenok() {
user result = optional.ofnullable(user)
.orelsethrow( () -> new illegalargumentexception());
}
这里，如果 user 值为 null，会抛出 illegalargumentexception。
这个方法让我们有更丰富的语义，可以决定抛出什么样的异常，而不总是抛出 nullpointerexception。
现在我们已经很好地理解了如何使用 optional，我们来看看其它可以对 optional 值进行转换和过滤的方法。
转换值
有很多种方法可以转换 optional 的值。我们从 map() 和 flatmap() 方法开始。
先来看一个使用 map() api 的例子：
@test
public void whenmap_thenok() {
user user = new user("anna@gmail.com", "1234");
string email = optional.ofnullable(user)
.map(u -> u.getemail()).orelse("default@gmail.com");
assertequals(email, user.getemail());
}
map() 对值应用(调用)作为参数的函数，然后将返回的值包装在 optional 中。这就使对返回值进行链试调用的操作成为可能 —— 这里的下一环就是 orelse()。
相比这下，flatmap() 也需要函数作为参数，并对值调用这个函数，然后直接返回结果。
下面的操作中，我们给 user 类添加了一个方法，用来返回 optional：
public class user {
private string position;
public optional<string> getposition() {
return optional.ofnullable(position);
}
//...
}
既然 getter 方法返回 string 值的 optional，你可以在对 user 的 optional 对象调用 flatmap() 时，用它作为参数。其返回的值是解除包装的 string 值：
@test
public void whenflatmap_thenok() {
user user = new user("anna@gmail.com", "1234");
user.setposition("developer");
string position = optional.ofnullable(user)
.flatmap(u -> u.getposition()).orelse("default");
assertequals(position, user.getposition().get());
}
过滤值
除了转换值之外，optional 类也提供了按条件“过滤”值的方法。
filter() 接受一个 predicate 参数，返回测试结果为 true 的值。如果测试结果为 false，会返回一个空的 optional。
来看一个根据基本的电子邮箱验证来决定接受或拒绝 user(用户) 的示例：
@test
public void whenfilter_thenok() {
user user = new user("anna@gmail.com", "1234");
optional<user> result = optional.ofnullable(user)
.filter(u -> u.getemail() != null && u.getemail().contains("@"));
asserttrue(result.ispresent());
}
如果通过过滤器测试，result 对象会包含非空值。
optional 类的链式方法
为了更充分的使用 optional，你可以链接组合其大部分方法，因为它们都返回相同类似的对象。
我们使用 optional 重写最早介绍的示例。
首先，重构类，使其 getter 方法返回 optional 引用：
public class user {
private address address;
public optional<address> getaddress() {
return optional.ofnullable(address);
}
// ...
}
public class address {
private country country;
public optional<country> getcountry() {
return optional.ofnullable(country);
}
// ...
}
上面的嵌套结构可以用下面的图来表示：
现在可以删除 null 检查，替换为 optional 的方法：
@test
public void whenchaining_thenok() {
user user = new user("anna@gmail.com", "1234");
string result = optional.ofnullable(user)
.flatmap(u -> u.getaddress())
.flatmap(a -> a.getcountry())
.map(c -> c.getisocode())
.orelse("default");
assertequals(result, "default");
}
上面的代码可以通过方法引用进一步缩减：
string result = optional.ofnullable(user)
.flatmap(user::getaddress)
.flatmap(address::getcountry)
.map(country::getisocode)
.orelse("default");
结果现在的代码看起来比之前采用条件分支的冗长代码简洁多了。
java 9 增强
我们介绍了 java 8 的特性，java 9 为 optional 类添加了三个方法：or()、ifpresentorelse() 和 stream()。
or() 方法与 orelse() 和 orelseget() 类似，它们都在对象为空的时候提供了替代情况。or() 的返回值是由 supplier 参数产生的另一个 optional 对象。
如果对象包含值，则 lambda 表达式不会执行：
@test
public void whenemptyoptional_thengetvaluefromor() {
user result = optional.ofnullable(user)
.or( () -> optional.of(new user("default","1234"))).get();
assertequals(result.getemail(), "default");
}
上面的示例中，如果 user 变量是 null，它会返回一个 optional，它所包含的 user 对象，其电子邮件为 “default”。
ifpresentorelse() 方法需要两个参数：一个 consumer 和一个 runnable。如果对象包含值，会执行 consumer 的动作，否则运行 runnable。
如果你想在有值的时候执行某个动作，或者只是跟踪是否定义了某个值，那么这个方法非常有用：
optional.ofnullable(user).ifpresentorelse( u -> logger.info("user is:" + u.getemail()),
() -> logger.info("user not found"));
最后介绍的是新的 stream() 方法，它通过把实例转换为 stream 对象，让你从广大的 stream api 中受益。如果没有值，它会得到空的 stream；有值的情况下，stream 则会包含单一值。
我们来看一个把 optional 处理成 stream 的例子：
@test
public void whengetstream_thenok() {
user user = new user("john@gmail.com", "1234");
list<string> emails = optional.ofnullable(user)
.stream()
.filter(u -> u.getemail() != null && u.getemail().contains("@"))
.map( u -> u.getemail())
.collect(collectors.tolist());
asserttrue(emails.size() == 1);
assertequals(emails.get(0), user.getemail());
}
这里对 stream 的使用带来了其 filter()、map() 和 collect() 接口，以获取 list。
optional 应该怎样用？
在使用 optional 的时候需要考虑一些事情，以决定什么时候怎样使用它。
重要的一点是 optional 不是 serializable。因此，它不应该用作类的字段。
如果你需要序列化的对象包含 optional 值，jackson 库支持把 optional 当作普通对象。也就是说，jackson 会把空对象看作 null，而有值的对象则把其值看作对应域的值。这个功能在 jackson-modules-java8 项目中。
它在另一种情况下也并不怎么有用，就是在将其类型用作方法或构建方法的参数时。这样做会让代码变得复杂，完全没有必要：
user user = new user("john@gmail.com", "1234", optional.empty());
使用重载方法来处理非要的参数要容易得多。
optional 主要用作返回类型。在获取到这个类型的实例后，如果它有值，你可以取得这个值，否则可以进行一些替代行为。
optional 类有一个非常有用的用例，就是将其与流或其它返回 optional 的方法结合，以构建流畅的api。
我们来看一个示例，使用 stream 返回 optional 对象的 findfirst() 方法：
@test
public void whenemptystream_thenreturndefaultoptional() {
list<user> users = new arraylist<>();
user user = users.stream().findfirst().orelse(new user("default", "1234"));
assertequals(user.getemail(), "default");
}
总结
optional 是 java 语言的有益补充 —— 它旨在减少代码中的 nullpointerexceptions，虽然还不能完全消除这些异常。
它也是精心设计，自然融入 java 8 函数式支持的功能。
总的来说，这个简单而强大的类有助于创建简单、可读性更强、比对应程序错误更少的程序。