摘要：本文已收錄修煉內(nèi)功躍遷之路的為解決空的問題帶來了很多新思路，查看源碼，實(shí)現(xiàn)非常簡單，邏輯也并不復(fù)雜。

本文已收錄【修煉內(nèi)功】躍遷之路

Java8的Optional為解決"空"的問題帶來了很多新思路，查看Optional源碼，實(shí)現(xiàn)非常簡單，邏輯也并不復(fù)雜。Stuart Marks在其一次演講中花了約1個小時的時間來講述如何正確的使用Optional (Optional - The Mother of All Bikesheds by Stuart Marks)，也有人調(diào)侃道1 hour for Optional, you gotta be kidding me?.使用Optional不難，但用好Optional并不容易

Stuart Marks在演講中提到了Optional的基本作用

Optional is intended to provide a limited mechanism for library method return types where there is a clear need to represent "no result", and where using null for that is overwhelmingly likely to cause errors.

在以往的編程模型中，對于“沒有內(nèi)容”，大多數(shù)情況需要使用null來表示，而null值總是被人忽略處理(判斷)，從而在使用過程中極易引起NPE異常

Optional的出現(xiàn)并不是為了替代null，而是用來表示一個不可變的容器，它可以包含一個非null的T引用，也可以什么都不包含(不包含不等于null)，非空的包含被稱作persent，而空則被稱作absent

本質(zhì)上講Optional類似于異常檢查，它迫使API用戶去關(guān)注/處理Optional中是否包含內(nèi)容，從而避免因?yàn)楹雎詎ull值檢查而導(dǎo)致的一些潛在隱患

假設(shè)有一個函數(shù)用來根據(jù)ID查詢學(xué)生信息public Student search(Long id)，現(xiàn)在有一個需求，需要根據(jù)ID查詢學(xué)生姓名

public String searchName(Long id) {
    Student student = search(id);
    return student.getName();
}

注意，search函數(shù)是可能返回null的，在這種情況下searchName很有可能會拋出NPE異常

public String searchName(Long id) {
    Student student = search(id);
    return Objects.nonNull(student) ? student.getName() : "UNKNOWN";
}

除非特別明確函數(shù)的返回值不可能為null，否則一定要做null值檢查，雖然這樣寫并沒有增加太大的編碼負(fù)擔(dān)，但人總歸是懶惰的，忽略檢查的情況也總是會出現(xiàn)

如果我們改造search函數(shù)返回Optional，public Optional search(Long id)，再來重寫searchName函數(shù)

public String searchName(Long id) {
    Optional student = search(id);
    return student.getName();
}

這樣的代碼是編譯不過的，它會強(qiáng)制讓你去檢查search返回的值是否有內(nèi)容

public String searchName(Long id) {
    Optional student = search(id);
    return student.map(Student::getName).orElse("UNKNOWN");
}

Optional的使用可以參考其API文檔，以下內(nèi)容假設(shè)您已了解如何使用Optional

但是否就應(yīng)該消滅null，全部使用Optional來替代，回答當(dāng)然是NO，null自有它的用武之地，Optional也并不是全能的

kotlin等語言，使用?.符號來解決java中if...else…或... ? ... : ...的啰嗦寫法，如上問題可以使用student?.name : null，其語義為"當(dāng)studen不為null時取其name屬性值，否則取null值"，kotlin的語法只是簡化了編程方式，讓編程變得更"爽"，但并沒有解決"人們?nèi)菀缀雎詎ull值檢查"的情況

Stuart Marks從5個不同的角度詳細(xì)講述了如何使用Optional，這里不一一敘述，有興趣的可以直接跳到視頻去看，下面將從Stuart Marks提到的7個Optional使用規(guī)范，來講述如何正確使用/不要濫用Optional，最后重點(diǎn)解釋一下【為什么Optional不能序列化】

Optional也是一個引用類型(reference type)，其本身也可以賦值為null，如果我們在使用Optional的時候還要多做一層null檢查，就違背了Optional的設(shè)計(jì)初衷，所以在任何時候都不要將Optional類型的變量或返回值賦值為null，我們希望的是在遇到Optional的時候不需要關(guān)心其是否為null，只需要判斷其是否有值即可

public String searchName(Long id) {
    Optional student = search(id);
    if (Objects.isNull(student)) {
      // Optional可能為null，這嚴(yán)重違背了Optional的設(shè)計(jì)初衷
      return null;
    }
    return student.map(Student::getName).orElse("UNKNOWN");
}

如果Optional是absent(不包含任何值)的時候使用Optional.get()，會拋出NoSuchElementException異常，該接口的設(shè)計(jì)者也承認(rèn)其設(shè)計(jì)的不合理，之后的某個jdk版本中可能會將其標(biāo)記為@Deprecated，但還沒有計(jì)劃將其移除

public String searchName(Long id) {
    Optional student = search(id);
    // 直接使用get()，可能會拋NoSuchElementException異常
    return student.get().getName();
}

如果確實(shí)需要在Optional無內(nèi)容的時候拋出異常，也請不要使用Optional.get()方法，而要使用Optional.getOrThrow()方法，主動指定需要拋出的異常，雖然該方法并未在jdk8中設(shè)計(jì)，但已經(jīng)有計(jì)劃在接下來的jdk版本中加入

如果一定要使用Optional.get()，請一定要配合isPresent()，先判斷Optional中是否有值

public String searchName(Long id) {
    Optional student = search(id);
    // 如果一定要使用Optional.get()，請一定要配合isPresent()
    return student.isPresent() ? student.get().getName() : "UNKNOWN";
}

鏈?zhǔn)秸Z法可以讓代碼的處理流程看起來更加清晰，但是為了鏈?zhǔn)蕉ナ褂肙ptional的話，在某些情況下并不會顯得有多優(yōu)雅

比如，本來可以使用三目運(yùn)算

String process(String s) {
  return Objects.nonNull(s) ? s : "DEFAULT";
}

如果非要硬生生地使用鏈?zhǔn)降脑?/p>

String process(String s) {
  return Optional.ofNullable(s).orElse("DEFAULT");
}

比如，本來可以使用if判斷值的有效性

BigDecimal first = getFirstValue();
BigDecimal second = getSecondeValue();

if (Objects.nonNull(first) && Objects.nonNull(second)) {
  return first.add(second.get());
} else {
    return Objects.isNull(first) ? second : first;
}

如果非要使用鏈?zhǔn)?/p>

Optional first = getFirstValue();
Optional second = getSecondeValue();
return Stream.of(first, second)
            .filter(Optional::isPresent)
            .map(Optional::get)
            .reduce(BigDecimal::add);

或者

Optional first = getFirstValue();
Optional second = getSecondeValue();
return first.map(b -> second.map(b::add).orElse(b))
            .map(Optional::of)
            .orElse(second);

從可讀性及可維護(hù)性上來講并沒有提升，反而會帶來一絲閱讀困難，并且上文說過，Optional本身為引用類型，創(chuàng)建的Optional會進(jìn)入堆內(nèi)存，如果大量的不合理的使用Optional，也會在一定程度上影響JVM的堆內(nèi)存及內(nèi)存回收

在使用Optional的時候，一定要保證Optional的簡潔性，即Optional運(yùn)算過程中所包含的類型既是最終需要的類型值，不要出現(xiàn)Optional嵌套的情況

Optional first = getFirstValue();
Optional second = getSecondeValue();

if (!first.isPresent && ! sencond.isPresent()) {
  return Optional.empty();
} else {
  return Optional.of(first.orElse(ZERO).add(second.orElse(ZERO)));
}

這樣的寫法，會對代碼的閱讀帶來很大的困擾

盡量避免將Optional用于類屬性、方法參數(shù)及集合元素中，因?yàn)橐陨先N情況，完全可以使用null值來代替Optional，沒有必要必須使用Optional，另外Optional本身為引用類型，大量使用Optional會出現(xiàn)類似(這樣描述不完全準(zhǔn)確)封箱、拆箱的操作，在一定程度上會影響JVM的堆內(nèi)存及內(nèi)存回收

首先需要解釋，什么是identity-sensitive，可以參考 object identity and equality in java

identity-sensitive operations包含以下三種操作

reference equality，也就是 ==

identity hash code

synchronization

Optional的JavaDoc中有這樣一段描述

This is a value-based class; use of identity-sensitive operations (including reference equality(==), identity hash code, or synchronization) on instances of Optional may hava unpredictable results and should be avoided.

總結(jié)下來，就是要避免使用Optional的 == equals hashCode 方法

在繼續(xù)之前，需要再解釋一下什么是 value type

value type - Project Valhalla

an "object" that has no notion of identity
"code like a class, works like an int"
we eventually want to convert Optional into a value type

vale type，首先像一個類(至少從編碼角度來講)，但是卻沒有類中identity的概念，運(yùn)行的時候卻又和基本類型很相似

簡單來說就是編碼的時候像類，運(yùn)行的時候像基本類型

顯然，Optional目前還不是value type，而是reference type，我們查看Optional類的equals及hashCode方法，并沒有發(fā)現(xiàn)有什么特別之處，但是有計(jì)劃在接下來的某個jdk版本中將Optional定義為value type

@Override
public boolean equals(Object obj) {
    if (this == obj) {
        return true;
    }

    if (!(obj instanceof Optional)) {
        return false;
    }

    Optional other = (Optional) obj;
    return Objects.equals(value, other.value);
}

@Override
public int hashCode() {
    return Objects.hashCode(value);
}

在jdk8中使用Optional的identity-sensitive operations其實(shí)并沒有太大問題，但很難保證，在今后的后一個jdk版本中將Optional定義為value type時不會出問題，所以為了兼容jdk升級程序邏輯的正確性，請避免使用Optional的identity-sensitive operations

這也引出了Optional為什么不能序列化

首先，需要了解jdk中序列化的一些背景

JDK rule: forward and backword serialization compatibility across releases

If Optional were serializable today, it would be serialized as an Object

it"all always be serialized as an Object, even if eventually becomes a value type

Serialization inherently depends on object identity

Consequencds of Optional being serializable

it might prevent it from being converted into a value type in the future

deserializing and Optional might result in a "boxed" value type

首先，JDK的序列化比較特殊，需要同時向前及向后兼容，如在JDK7中序列化的對象需要能夠在JDK8中反序列化，同樣在JDK8中序列化的對象需要能夠在JDK7中能夠反序列化

其次，序列化需要依賴于對象的identity

有了以上兩個序列化的前提條件，我們再來看Optional，上面已將說過，雖然目前Optional是reference type的，但其被標(biāo)記為value based class，有計(jì)劃在今后的某一個JDK版本中將其實(shí)現(xiàn)為value type

如果Optional可以序列化，那現(xiàn)在就有兩個矛盾點(diǎn)

如果Optional可以序列化，那接下來的計(jì)劃中，就沒辦法將Optional實(shí)現(xiàn)為value type，而必須是reference type

或者將value type加入identity-sensitive operations，這對于目前所有已發(fā)行的JDK版本都是相沖突的

所以，雖然現(xiàn)在Optional是reference type，但有計(jì)劃將其實(shí)現(xiàn)為value type，考慮到JDK序列化的向前及向后兼容性，從一開始就將Optional定為不可序列化，應(yīng)該是最合適的方案了

如果真的有在類屬性上使用Optional的需求怎么辦？這里有兩個替代方案/討論可以參考

Optional Pragmatic Approach

Nothing is better than the Optional type