理解、學習與使用 JAVA 中的 OPTIONAL
從 Java 8 引入的一個很有趣的特性是 Optional 類。Optional 類主要解決的問題是臭名昭著的空指針異常（NullPointerException） —— 每個 Java 程序員都非常瞭解的異常。
本質上，這是一個包含有可選值的包裝類，這意味着 Optional 類既可以含有對象也可以爲空。
Optional 是 Java 實現函數式編程的強勁一步，並且幫助在範式中實現。但是 Optional 的意義顯然不止於此。
我們從一個簡單的用例開始。在 Java 8 之前，任何訪問對象方法或屬性的調用都可能導致 NullPointerException：
String isocode = user.getAddress().getCountry().getIsocode().toUpperCase();
在這個小示例中，如果我們需要確保不觸發異常，就得在訪問每一個值之前對其進行明確地檢查：
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，這很容易就變得冗長，難以維護。
爲了簡化這個過程，我們來看看用 Optional 類是怎麼做的。從創建和驗證實例，到使用其不同的方法，並與其它返回相同類型的方法相結合，下面是見證 Optional 奇蹟的時刻。
創建 Optional 實例
三種創建方法以及區別
1.創建一個空的 Optional嘗試訪問 opt 變量的值會導致 NoSuchElementException。
@Test
public void test1() {
Optional<User> opt = Optional.empty();
opt.get();
}
2.使用ofNullable()方法創建包含值的 Optional。如果你把null值作爲參數傳遞進去，ofNullable() 方法會導致 NoSuchElementException。
@Test
public void test2(){
User user = null;
Optional<User> opt = Optional.ofNullable(user);
opt.get();
}
3.使用of()方法創建包含值的 Optional。如果你把null值作爲參數傳遞進去，of() 方法會拋出 NullPointerException：
@Test()
public void test3(){
User user = null;
Optional<User> opt = Optional.of(user);
opt.get();
}
你看，我們並沒有完全擺脫 NullPointerException。因此，你應該明確對象不爲 null 的時候使用 of()。
如果對象即可能是 null 也可能是非 null，你就應該使用 ofNullable() 方法：
訪問 Optional 對象的值
從Optional 實例中取回實際值對象的方法之一是使用 get() 方法：
不過，你看到了，這個方法會在值爲 null 的時候拋出異常。要避免異常，你可以選擇首先驗證是否有值：
@Test
public void test4(){
User user = new User("1",11,"111");
Optional<User> opt = Optional.of(user);
assertTrue(opt.isPresent());
assertEquals("1",opt.get().getName());
}
檢查是否有值的另一個選擇是 ifPresent() 方法。該方法除了執行檢查，還接受一個Consumer(消費者) 參數，如果對象不是空的，就對執行傳入的 Lambda 表達式：
opt.ifPresent(u -> assertEquals(user.getName(),u.getName()));
返回默認值
Optional 類提供了 API 用以返回對象值，或者在對象爲空的時候返回默認值。
這裏你可以使用的第一個方法是 orElse()，它的工作方式非常直接，如果有值則返回該值，否則返回傳遞給它的參數值：
@Test
public void test6(){
User user1 = null;
User user2 = new User("1",11,"111");
User result = Optional.ofNullable(user1).orElse(user2);
assertEquals(user2.getName(),result.getName());
}
這裏 user1 對象是空的，所以返回了作爲默認值的 user2。
如果對象的初始值不是 null，那麼默認值會被忽略：
@Test
public void test7(){
User user1 = new User("1",11,"111");
User user2 = new User("2",22,"222");
User result = Optional.ofNullable(user1).orElse(user2);
assertEquals("1",result.getName());
}
第二個同類型的 API 是 orElseGet() —— 其行爲略有不同。這個方法會在有值的時候返回值，如果沒有值，它會執行作爲參數傳入的 Supplier(供應者) 函數式接口，並將返回其執行結果：
User result = Optional.ofNullable(user).orElseGet( () -> user2);
orElse() 和 orElseGet() 的不同之處
乍一看，這兩種方法似乎起着同樣的作用。然而事實並非如此。我們創建一些示例來突出二者行爲上的異同。
我們先來看看對象爲空時他們的行爲：
private User createNewUser() {
System.out.println("Creating New User");
return new User("1",11,"111");
}
@Test
public void test8(){
User user = null;
System.out.println("Using orElse");
User result = Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser());
System.out.println("Using orElseGet");
User result2 = Optional.ofNullable(user).orElseGet(() -> createNewUser());
System.out.println(result);
System.out.println(result2);
}
上面的代碼中，兩種方法都調用了 createNewUser() 方法，這個方法會記錄一個消息並返回 User 對象。
代碼輸出如下：
Using orElse
Creating New User
Using orElseGet
Creating New User
由此可見，當對象爲空而返回默認對象時，行爲並無差異。
我們接下來看一個類似的示例，但這裏 Optional 不爲空：
User user = new User("1",11,"111");
System.out.println("Using orElse");
User result = Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser());
System.out.println("Using orElseGet");
User result2 = Optional.ofNullable(user).orElseGet(() -> createNewUser());
這次的輸出：
Using orElse
Creating New User
Using orElseGet
這個示例中，兩個 Optional 對象都包含非空值，兩個方法都會返回對應的非空值。不過，orElse() 方法仍然創建了 User 對象。與之相反，orElseGet() 方法不創建 User 對象。
在執行較密集的調用時，比如調用 Web 服務或數據查詢，這個差異會對性能產生重大影響。
返回異常
除了 orElse() 和 orElseGet() 方法，Optional 還定義了 orElseThrow() API —— 它會在對象爲空的時候拋出異常，而不是返回備選的值：
@Test()
public void test10() {
User user = null;
User result = Optional.ofNullable(user)
.orElseThrow( () -> new IllegalArgumentException());
}
這裏，如果 user 值爲 null，會拋出 IllegalArgumentException。
這個方法讓我們有更豐富的語義，可以決定拋出什麼樣的異常，而不總是拋出 NullPointerException。
現在我們已經很好地理解了如何使用 Optional，我們來看看其它可以對 Optional 值進行轉換和過濾的方法。
轉換值
有很多種方法可以轉換 Optional 的值。我們從 map() 和 flatMap() 方法開始。
先來看一個使用 map() API 的例子：
@Test()
public void test11() {
User user = new User("1",11,"111");
String name = Optional.ofNullable(user).map( u -> u.getName()).orElse("2");
assertEquals(user.getName(),name);
}
map() 對值應用(調用)作爲參數的函數，然後將返回的值包裝在 Optional 中。這就使對返回值進行鏈試調用的操作成爲可能 —— 這裏的下一環就是 orElse()。
相比這下，flatMap() 也需要函數作爲參數，並對值調用這個函數，然後直接返回結果。
下面的操作中，我們給 User 類添加了一個方法，用來返回 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，你可以在對 User 的 Optional 對象調用 flatMap() 時，用它作爲參數。其返回的值是解除包裝的 String 值：
@Test()
public void test12() {
User user = new User("1",11,"111");
user.setPosition("1111");
String position = Optional.ofNullable(user).flatMap( u -> u.getPosition()).orElse("2222");
assertEquals(position,user.getPosition().get());
}
過濾值
除了轉換值之外，Optional 類也提供了按條件“過濾”值的方法。
filter() 接受一個 Predicate 參數，返回測試結果爲 true 的值。如果測試結果爲 false，會返回一個空的 Optional。
來看一個根據基本的電子郵箱驗證來決定接受或拒絕 User(用戶) 的示例：
@Test
public void test13() {
User user = new User("1",11,"111");
Optional<User> result = Optional.ofNullable(user)
.filter(u -> u.getCreateTime() != null && u.getCreateTime().contains("11"));
assertTrue(result.isPresent());
}
如果通過過濾器測試，result 對象會包含非空值。
Optional 類的鏈式方法
爲了更充分的使用 Optional，你可以鏈接組合其大部分方法，因爲它們都返回相同類似的對象。
我們使用 Optional 重寫最早介紹的示例。
首先，重構類，使其 getter 方法返回 Optional 引用：
@Data
public class User {
private String position;
private Integer id;
private String name;
private Integer departmentId;
private String createTime;
private Address address;
public User(String name, Integer departmentId, String createTime) {
this.name = name;
this.departmentId = departmentId;
this.createTime = createTime;
}
public User() {
}
public Optional<String> getPosition() {
return Optional.ofNullable(position);
}
public Optional<Address> getAddress(){
return Optional.ofNullable(address);
}
}
public class Address {
private Country country;
public Optional<Country> getCountry() {
return Optional.ofNullable(country);
}
}
@Data
public class Country {
private String isoCode;
}
上面的嵌套結構可以用下面的圖來表示：
現在可以刪除 null 檢查，替換爲 Optional 的方法：
@Test
public void test14(){
User user = new User("1",11,"111");
String result = Optional.ofNullable(user)
.flatMap(u -> u.getAddress())
.flatMap(a -> a.getCountry())
.map(c -> c.getIsoCode())
.orElse("default");
assertEquals("default",result);
}
結果現在的代碼看起來比之前採用條件分支的冗長代碼簡潔多了。
