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Java 8 Optional 详解

news 2025/10/29 20:06:23

在 Java 8 中，引入了一个新的类——Optional，它提供了一种用于表示可选值而非空引用的类级别解决方案。作为一名 Java 程序员，我们经常会遇到 NullPointerException（NPE），尽管我们与它“熟得就像一位老朋友”，但每次遇到它，程序都会因为使用了一个值为 null 的对象而抛出异常。为了应对这种情况，我们通常会进行大量的 null 值检查，尽管有时候这种检查完全没有必要。Java 8 引入了 Optional 类，以便我们编写的代码不再那么刻薄呆板。

1 没有 Optional 会有什么问题

假设我们有一个实际的应用场景：小王第一天上班，领导老马让他从数据库中根据会员 ID 拉取一个会员的姓名，然后将姓名打印到控制台。小王很快写下了这段代码：

public class WithoutOptionalDemo {class Member {private String name;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}}public static void main(String[] args) {Member mem = getMemberByIdFromDB();if (mem != null) {System.out.println(mem.getName());}}public static Member getMemberByIdFromDB() {// 当前 ID 的会员不存在return null;}
}

在这个例子中，getMemberByIdFromDB() 方法返回了 null，表示没有获取到该会员。因此，在打印会员姓名时，必须先对 mem 进行判空，否则会抛出 NullPointerException。

2 Optional 是如何解决这个问题的

小王提交代码后，老马建议他尝试使用 Optional 来避免不必要的 null 值检查。下面是使用 Optional 改进后的代码：

import java.util.Optional;public class OptionalDemo {public static void main(String[] args) {Optional<Member> optional = getMemberByIdFromDB();optional.ifPresent(mem -> {System.out.println("会员姓名是：" + mem.getName());});}public static Optional<Member> getMemberByIdFromDB() {boolean hasName = true;if (hasName) {return Optional.of(new Member("沉默王二"));}return Optional.empty();}static class Member {private String name;public Member(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}// getter / setter}
}

在这个例子中，getMemberByIdFromDB() 方法返回了 Optional<Member>，表示 Member 可能存在也可能不存在。通过 ifPresent() 方法，我们可以直接使用 Lambda 表达式来打印结果，而不需要进行显式的 null 检查。

3 创建 Optional 对象

创建 Optional 对象有三种方式：

使用 empty() 方法创建一个空的 Optional 对象：

Optional<String> empty = Optional.empty();
System.out.println(empty); // 输出：Optional.empty

使用 of() 方法创建一个非空的 Optional 对象：
```
Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt); // 输出：Optional[沉默王二]
```
注意，传递给 of() 方法的参数不能为 null，否则会抛出 NullPointerException。
使用 ofNullable() 方法创建一个即可空又可非空的 Optional 对象：
```
String name = null;
Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(name);
System.out.println(optOrNull); // 输出：Optional.empty
```
ofNullable() 方法内部有一个三元表达式，如果参数为 null，则返回私有常量 EMPTY；否则使用 new 关键字创建一个新的 Optional 对象。

4 判断值是否存在

可以通过 isPresent() 方法判断一个 Optional 对象是否存在值：

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt.isPresent()); // 输出：trueOptional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
System.out.println(optOrNull.isPresent()); // 输出：false

在 Java 11 中，还可以使用 isEmpty() 方法判断与 isPresent() 相反的结果。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt.isEmpty()); // 输出：falseOptional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
System.out.println(optOrNull.isEmpty()); // 输出：true

5 非空表达式

Optional 类提供了一个非常现代化的方法——ifPresent()，允许我们使用函数式编程的方式执行一些代码：

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
opt.ifPresent(str -> System.out.println(str.length()));

在 Java 9 中，还可以使用 ifPresentOrElse(action, emptyAction) 方法，在值存在时执行 action，在值不存在时执行 emptyAction。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
opt.ifPresentOrElse(str -> System.out.println(str.length()), () -> System.out.println("为空"));

6 设置（获取）默认值

Optional 提供了 orElse() 和 orElseGet() 方法来设置或获取默认值：

orElse() 方法用于返回包裹在 Optional 对象中的值，如果该值不为 null，则返回；否则返回默认值：

String nullName = null;
String name = Optional.ofNullable(nullName).orElse("沉默王二");
System.out.println(name); // 输出：沉默王二

orElseGet() 方法与 orElse() 方法类似，但参数类型不同。如果 Optional 对象中的值为 null，则执行参数中的函数：

String nullName = null;
String name = Optional.ofNullable(nullName).orElseGet(() -> "沉默王二");
System.out.println(name); // 输出：沉默王二

7 获取值

get() 方法用于获取 Optional 对象的值，但如果值为 null，该方法会抛出 NoSuchElementException 异常：

public class GetOptionalDemo {public static void main(String[] args) {String name = null;Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(name);System.out.println(optOrNull.get()); // 抛出 NoSuchElementException}
}

建议使用 orElseGet() 方法来获取 Optional 对象的值。

8 过滤值

Optional 提供了 filter() 方法，用于根据条件过滤值：

public class FilterOptionalDemo {public static void main(String[] args) {String password = "12345";Optional<String> opt = Optional.ofNullable(password);System.out.println(opt.filter(pwd -> pwd.length() > 6).isPresent()); // 输出：false}
}

在这个例子中，filter() 方法的参数是一个 Predicate，用于判断密码的长度是否大于 6。如果条件不满足，则返回一个空的 Optional 对象。

在上例中，由于 password 的长度为 5 ，所以程序输出的结果为 false。假设密码的长度要求在 6 到 10 位之间，那么还可以再追加一个条件。

Predicate<String> len6 = pwd -> pwd.length() > 6;
Predicate<String> len10 = pwd -> pwd.length() < 10;password = "1234567";
opt = Optional.ofNullable(password);
boolean result = opt.filter(len6.and(len10)).isPresent();
System.out.println(result);

这次程序输出的结果为 true，因为密码变成了 7 位，在 6 到 10 位之间。

9 转换值

Optional 提供了 map() 方法，用于按照一定的规则将原有 Optional 对象转换为一个新的 Optional 对象：

public class OptionalMapDemo {public static void main(String[] args) {String name = "沉默王二";Optional<String> nameOptional = Optional.of(name);Optional<Integer> intOpt = nameOptional.map(String::length);System.out.println(intOpt.orElse(0)); // 输出：4}
}

在这个例子中，map() 方法将字符串类型的 Optional 对象转换为整数类型的 Optional 对象，表示字符串的长度。

public class OptionalMapFilterDemo {public static void main(String[] args) {String password = "password";Optional<String>  opt = Optional.ofNullable(password);Predicate<String> len6 = pwd -> pwd.length() > 6;Predicate<String> len10 = pwd -> pwd.length() < 10;Predicate<String> eq = pwd -> pwd.equals("password");boolean result = opt.map(String::toLowerCase).filter(len6.and(len10 ).and(eq)).isPresent();System.out.println(result);}
}

上例中把 map() 方法与 filter() 方法结合起来用，前者用于将密码转化为小写，后者用于判断长度以及是否是“password”。

10 总结

Optional 类是 Java 8 引入的一个重要特性，它提供了一种优雅的方式来处理可能为 null 的值，避免了大量的 null 值检查，从而提高了代码的可读性和安全性。通过 Optional，我们可以更清晰地表达程序的意图，减少 NullPointerException 的发生。掌握 Optional 的使用，对于现代 Java 开发来说是非常重要的一项技能。