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在日常开发中，空指针异常（NullPointerException） 可以说是开发者最常见的敌人。Java 8 引入的 Optional 就是一件专门对付它的利器。Optional 为我们提供了一种优雅的方式来处理可能为 null 的值，避免了繁琐的空值判断，同时让代码更安全、可读性更强。

# 一、什么是 Optional？

Optional 是 Java 8 引入的一个容器类，它可以包含一个值，也可以为空（empty）。它的目标是帮助我们显式地表示值可能为空的情况，从而避免空指针异常。

# 核心特点

  1. 容器特性：Optional 包装一个可能为空的对象，表示 “有值” 或 “无值” 的状态。
  2. 强制 null 检查：通过方法链提供安全的操作，避免传统的 if (value != null) 判断。
  3. 更好的语义表达：代码更具可读性，减少空值的潜在风险。

**“有值”** 的定义是指 Optional 对象内部包含一个非 null 的值。

# 二、Optional 的常用方法详解

# 1. 创建 Optional

Optional<String> optionalValue = Optional.of("Hello"); // 创建包含非空值的 Optional
Optional<String> emptyOptional = Optional.empty();     // 创建一个空 Optional
Optional<String> nullableOptional = Optional.ofNullable(null); // 允许值为空
  • of() ：适用于值保证非空的场景，传入 null 会抛出异常。
  • empty() ：显式创建一个空 Optional。
  • ofNullable() ：适用于值可能为空的场景。

# 2. 检查 Optional 是否有值

Optional<String> optional = Optional.of("Hello");
if (optional.isPresent()) {
    System.out.println("Value: " + optional.get());
}

更优雅的写法：

optional.ifPresent(value -> System.out.println("Value: " + value)); // 支持通过 Consumer 动态生成值

  • isPresent()

    ：

    • 可以判断 Optional 是否有值。
    • 也可以当值存在时直接执行指定的操作。

# 3. 获取 Optional 中的值

String value = optional.orElse("Default Value"); // 当值为空时返回默认值
String computedValue = optional.orElseGet(() -> "Computed Default Value"); // 支持通过 Supplier 动态生成值
  • orElse() ：返回值或默认值。
  • orElseGet() ：当需要动态计算默认值时使用。
  • orElseThrow() ：当值为空时抛出异常。

# 三、开发中的常用场景

# 场景 1：避免空指针异常

传统写法：

String value = object != null ? object.getField() : "Default Value";

使用 Optional：

String value = Optional.ofNullable(object)
                       .map(Object::getField)
                       .orElse("Default Value");

# 场景 2：链式调用处理对象

传统写法：

if (user != null && user.getAddress() != null) {
    String city = user.getAddress().getCity();
} else {
    String city = "Unknown";
}

使用 Optional：

String city = Optional.ofNullable(user)
                      .map(User::getAddress)
                      .map(Address::getCity)
                      .orElse("Unknown");

# 场景 3：条件逻辑处理

当某个值存在时才执行逻辑：

Optional.ofNullable(user)
        .filter(u -> u.getAge() > 18)
        .ifPresent(adult -> System.out.println("User is an adult"));

# 场景 4：流式处理结合 Optional

在集合中查找第一个符合条件的元素：

Optional<String> firstMatch = list.stream()
                                  .filter(s -> s.startsWith("A"))
                                  .findFirst();
firstMatch.ifPresent(System.out::println);

# 场景 5：与数据库操作结合

当从数据库中查找记录时，Optional 可用于表示查询结果是否存在。

Optional<User> user = userRepository.findById(1);
String username = user.map(User::getName)
                      .orElse("zhangsan");

# 四、与传统空值处理的对比

特性 传统写法 Optional 写法
空值检查 if (value != null) ifPresent() 或 isPresent()
默认值 value != null ? value : default orElse() 或 orElseGet()
异常处理 if (value == null) throw e orElseThrow()
链式调用 多个嵌套 if map() 和 filter()
可读性和安全性 容易遗漏或增加复杂性 代码简洁，更少空值判断

# 五、优雅代码的进阶技巧

# 1. 结合 flatMap() 避免多层 Optional 嵌套

Optional<User> user = Optional.ofNullable(getUser());
String city = user.flatMap(User::getAddress)
                  .map(Address::getCity)
                  .orElse("Unknown");

# 2. 使用 or() 提供备用 Optional

Optional<String> fallback = Optional.of("Fallback Value");
String result = optionalValue.or(() -> fallback).orElse("Default");

# 六、Optional 的适用场景与限制

# 适用场景

  1. 替代返回值可能为空的方法：如数据库查询、外部接口调用。
  2. 避免空指针异常：简化空值检查。
  3. 流式处理：搭配 Stream API 简化链式调用。

# 不适合场景

  1. 不建议在类字段中使用 Optional：它的主要设计目标是作为返回值。
  2. 高频调用场景慎用：Optional 有一定的性能开销，频繁使用可能影响性能。

# 七、总览

方法 描述 示例代码
of(value) 创建包含非空值的 Optional Optional.of("Hello")
empty() 创建空 Optional Optional.empty()
ofNullable(value) 创建允许值为空的 Optional Optional.ofNullable(null)
isPresent() 判断是否有值 optional.isPresent()
ifPresent(Consumer) 有值时执行指定操作 optional.ifPresent(System.out::println)
get() 获取值，值为空时抛异常 optional.get()
orElse(defaultValue) 值为空时返回默认值 optional.orElse("Default")
orElseGet(Supplier) 动态提供默认值 optional.orElseGet(() -> "Computed Default")
orElseThrow() 值为空时抛出指定异常 optional.orElseThrow(IllegalStateException::new)
map(Function) 对值进行转换 optional.map(String::toUpperCase)
flatMap(Function) 解决嵌套 Optional 的问题 optional.flatMap(User::getAddress)
filter(Predicate) 值满足条件时返回自身，否则返回空 optional.filter(value -> value.length() > 3)