Java中的Optional類

Optional是Java 8引入的一個類，可以解決空指針異常的問題。作為一種容器對象，它可以包含T類型的值，也可以表示存在或不存在的狀態。對於程序來說，這個狀態很重要，因為開發人員必須時刻考慮可能出現的空值的情況，才能避免異常並提高程序的健壯性。

一、使用Optional的背景

在許多情況下，開發人員需要使用某個對象的屬性或方法，但在調用之前必須檢查該對象是否為null，否則將拋出NullPointerException異常。這樣的檢查非常乏味且容易出錯，對於一些較大的代碼庫，人們很難甚至不可能完全避免這些問題。

為了解決這個問題，Java引入了Optional類。它在內部封裝了一個確定類型的對象，並可以表示存在或不存在。這種方法不僅使代碼更健壯，而且可以使代碼更清晰，並使開發人員更容易理解和維護代碼。

二、Optional類的使用

1、創建Optional對象

Optional.empty()：創建一個空的Optional對象。

Optional<String> emptyOpt = Optional.empty();
System.out.println(emptyOpt);

運行結果：

Optional.empty

Optional.of(T value)：創建一個包含給定值的Optional對象，要求傳入的值必須非空。

String str = "Optional示例";
Optional<String> strOpt = Optional.of(str);
System.out.println(strOpt);

運行結果：

Optional[Optional示例]

Optional.ofNullable(T value)：創建一個可空的Optional對象，如果傳入值非空則包含該值，否則為空。

String strNullOrNot = null;
Optional<String> optStr = Optional.ofNullable(strNullOrNot);
System.out.println(optStr);

運行結果：

Optional.empty

2、Optional對象的使用

isPresent()：如果這個Optional對象表示一個非空值，則返回true；反之返回false。

String str = "測試isPresent()方法";
Optional<String> optStrPresent = Optional.of(str);
if(optStrPresent.isPresent()) {
    System.out.println(optStrPresent.get());
}

如果Optional中有一個非空值，則運行結果為：

測試isPresent()方法

get()：如果這個Optional對象包含一個值，則返回該值；否則拋出NoSuchElementException異常。

String str = "測試get()方法的異常";
Optional<String> optStrGet = Optional.empty();
try {
    System.out.println(optStrGet.get());
} catch (NoSuchElementException e) {
    System.out.println("無法調用get()方法:  " + e.getMessage());
}

運行結果：

無法調用get()方法:  No value present

orElse(T other)：如果這個Optional對象包含一個值，則返回該值；否則返回指定的默認值。

String str = "使用orElse()方法替換空值";
Optional<String> optStrOr = Optional.empty();
String otherStr = optStrOr.orElse("字元串為空");
System.out.println(otherStr);

運行結果：

字元串為空

3、與Stream的結合使用

使用Optional值作為Stream操作的返回類型，可以幫助程序更好地處理Stream操作中出現的空值。通過使用Optional值作為返回類型，可以忽略指向可能為空的元素的引用，從而實現避免NullPointerException問題的目的。

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java");
list.add("Optional類");
list.add(null);
list.add("使用示例");

long count = list.stream().filter(str -> str != null).count();
System.out.println("原始List集合中實際的元素個數: " + count);

Optional<String> optStr = list.stream().findFirst();
System.out.println("List集合中的第一個元素: " + optStr.get());

運行結果：

原始List集合中實際的元素個數: 3
List集合中的第一個元素: Java

三、使用Optional類的好處和注意事項

使用Optional的好處在於它可以減少為空的對象檢查，使代碼更加清晰並幫助程序員避免NullPointerException問題。

但是，如果不注意使用的方式，它也可能會導致更加複雜的代碼，因此需要遵守一些 使用 Optional 的最佳實踐。

1、不要濫用Optional

儘管Optional可以大大減少NullPointerException的出現，但也不應該濫用它。對於簡單的程序，使用Optional可能會增加代碼的複雜性，這可能會使程序更難理解和維護。

2、避免使用Optional作為類的屬性類型

在類的設計中，最好不要將Optional作為類的屬性類型。雖然這是可以做到的，但這可能會產生更加鬆散的類結構，從而導致更多的維護問題。

3、避免使用Optional作為返回類型

雖然Optional可以作為一種返回類型，但過度使用將會導致過於複雜的代碼和性能問題。在某些情況下，選擇返回列表或集合，或者僅返回 null 或其他默認值，可能更加簡單和高效。

4、僅在需要時使用Optional

雖然Optional可以在許多情況下解決空值問題，但並不總是最佳工具。在絕大多數情況下，避免在模型中放置空值可能更加簡單和高效。因此，應在必要時才使用Optional。

5、注意集合是否包含null值

儘管Optional可以很好地處理集合中的空值，但仍然需要注意集合中是否包含 null 值，並在需要時進行過濾和處理。否則，可能會出現NullPointerException問題。

四、總結

Optional是Java 8引入的一種新型容器，可以幫助解決空值異常問題，提高程序的健壯性。然而，如果不注意使用場景和注意事項，它可能會帶來更多的複雜性。因此，開發人員應該根據自己的需求來決定是否使用Optional，以及何時使用它。