Java 是如何优雅地处理NPE问题的

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日拱一兵 2022-01-05 17:08:44

1. 前言

对于 Java 开发者来说，null 是一个令人头疼的类型，一不小心就会发生 NPE （空指针）问题。也是 Java 语言为人诟病的一个重要原因之一。在我们消除可恶的 NPE 问题之前我们要回顾一下 Java 中 null 的概念。

2. Java 中的 null

翻译自 Oracle Java 文档^[1]

Java 语言中有两种类型，一种是 基本类型 ，另一种是 引用类型。还有一种没有名字的特殊类型，即表达式 null 。由于 null 类型没有名称，所以不可能声明为 null 类型的变量或者转换为 null 类型。null 引用是null 类型表达式唯一可能的值。null 引用可以转换为任意引用类型。事实上，程序员可以忽略null类型，可以认为null仅仅是一个可以成为任何引用类型的特殊符号。

从上面的描述我们可以了解到,其实 null 仅仅是一个关键字标识量，既不是一种类型也不算对象，无法直接声明 null 和被转换为 null，仅仅只能被引用，null 可以转换为任何引用类型。当一个 Java 引用类型对象被引用为 null 时代表当前对象不引用对象，并没有为其分配内存。这也是我们在没有引用的对象上调用方法出现空指针的根本原因。大多数情况下 Java 开发者使用 null 是为了表示某种不存在的意思。

3. NPE 问题的解决

很多时候我们对数据是否存在有自己的期望，但是这种期望并不能直接被我们掌控，一个返回值为 null 所表达的意思并不明确过于模糊，往往通过是否判断为 null 来规避空指针问题。于是 Google 工程师在他们的 Guava 工具类库中设计了 Optional<T> 来解决 null 不可控的问题。让你在不得不使用 null 的时候，可以更加简便明确的使用 null 并帮助你避免直接使用 null 带来的问题。Java 8 将此设计吸收。我们可以直接使用 Java 提供的 Optional 来解决空指针问题。接下来我们来研究一下 Java 8 中的 Optional 。

4. Java 8 中的 Optional

Java 8 中的 Optional 是一个可选值的包装类。它的意义不仅仅帮我们简化了 NPE 问题的处理，同时也是 Java 函数式编程的一个重要辅助。我们接下来将对其 API 进行讲解以帮助你在实际开发中使用他们。

4.1 Optional 声明

Optional 只能通过静态方法来声明。它提供了三个静态方法：

empty() 返回一个值为 null 的 Optional 实例

  Optional<Object> empty = Optional.empty();

of(T) 返回一个值不为 null 的 Optional 实例

 Optional<String> nonNull = Optional.of("Felordcn");

ofNullable() 返回一个值可能为 null 的 Optional 实例

 // value 值来自其它不确定的来源
 String value = SomeApi.source();
// 可能为 null
 Optional<String> nullable = Optional.ofNullable(value);
// 也可能不为 null
 Optional<String>  hasValue = Optional.ofNullable(value);

4.2 其它方法

isPresent() 如果值存在则返回 true，否则返回 false 。如果 Optional 值不确定，可使用该方法进行安全校验

 Optional<String> nonNull = Optional.of("Felordcn");
// true
boolean present =nonNull.isPresent();

get() 获取 Optional 中的值，如果为空会抛出 NoSuchElementException 异常

 Optional<String> nonNull = Optional.of("Felordcn");
// Felordcn
  String str = nonNull.get();

ifPresent(Consumer) 如果值存在则该值被消费函数 Consumer 消费 , 否则不做任何事情。isPresent() 加强版

//  非空打印出字符串
      nullable.ifPresent(System.out::println);


//等同于
if (nullable.isPresent()) {
                 System.out.println(nonNull);
      }

filter(Predicate) 如果值满足断言函数 Predicate 则返回该 Optional，否则返回 Optional.empty()

 Optional<String> nonNull = Optional.of("Felordcn");
 Optional<String> felord = nonNull.filter(s -> s.startsWith("Felord"));
// str = "Felordcn"
 String str = felord.get();

map(Function) 获取元素某个属性的 Optional 。如果该属性为 null 返回 Optional.empty() ，否则返回对应值的 Optional

 Optional<User> userOpt = Optional.ofNullable(user);
//  username 为空 则为 空  Optional
 Optional<String> usernameOpt = userOpt.map(User::getUsername);

flatMap(Function) 有时候我们会返回 Optional<Optional<T>> 非常不便于处理，我们需要将元素展开，可使用该方法处理，参考 Stream Api 中的相关方法

orElse(other) 如果 Optional 的值存在，返回 Optional，否则指定一个 Optional

orElseGet(Supplier) 如果 Optional 的值存在，返回 Optional，否则指定一个执行 Supplier 函数来获取值

orElseThrow(Supplier<? extends Throwable>) 如果 Optional 的值存在，返回 Optional，否则抛出一个指定 Supplier 函数提供的异常

4.3 Java 9 中的新 API

or(Supplier) orElseGet 的改进类型。不单单返回具体的值，而可以函数式的返回 Optional

stream() 将 Optional 和 Stream 打通

ifPresentOrElse(Consumer) ifPresent 方法提供了有值后的消费逻辑而没有值的逻辑没有提供入口。新方法 ifPresentOrElse 弥补了这一缺陷

5. Optional 的使用误区

Optional 很香但是也不能滥用。一个危险的举动就是将 Optional 作为入参传递给方法。因为入参是不可控的，你无法保证入参中的 Optional 是否为 null。这恰恰违背了 Optional 的本意。所以尽量在表达式中使用 Optional 或者在返回值中使用，而不是在方法的参数中使用 Optional 。