Java 8新特性之Optional取代null
NullPointerException,大家應該都見過。這是Tony Hoare在設計ALGOL W語言時提出的null引用的想法，他的設計初衷是想通過編譯器的自動檢測機制，確保所有使用引用的地方都是絕對安全的。很多年後，他對自己曾經做過的這個決定而後悔不已，把它稱為“我價值百萬的重大失誤”。它帶來的後果就是---我們想判斷一個物件中的某個欄位進行檢查，結果發現我們檢視的不是一個物件，而是一個空指標，他會立即丟擲NullPointerException異常。
看下面這個例子：
public class Person {
private Car car;
public Car getCar() {
return car;
}
}
public class Car {
private Insurance insurance;
public Insurance getInsurance() {
return insurance;
}
}
public class Insurance {
private String name;
public String getName() {
return name;
}
}
下面這個方法有什麼問題呢？
public String getCarInsuranceName(Person p){
return p.getCar().getInsurance().getName();
}
這是一個獲取保險公司名字的方法，但是在庫裡可能很多人沒有車，所以會返回null引用。更沒有車險，所以直接返回一個NullPointerException。
為了避免這種情況，我們一般會在需要的地方新增null的檢查，並且新增的方式往往不同。
避免NullPointerException第一次嘗試：
public String getCarInsuranceName(Person p){
if(p != null){
Car car = p.getCar();
if(car != null){
Insurance insurance = car.getInsurance();
if(insurance != null){
return insurance.getName();
}
}
}
return "Unknown";
}
這個方法每次引用一個變數時，都會做一次null檢查，如果任何一個返回值為null，則會返回Unknown。因為知道公司都必須有名字，所以最後一個保險公司的名字沒有進行判斷。這種方式不具備擴充套件性，同時還犧牲了程式碼的可讀性。每一次都要巢狀一個if來進行檢查。
避免NullPointerException第二次嘗試：
public String getCarInsuranceName(Person p) {
if (p == null) return "Unknown";
Car car = p.getCar();
if (car == null) return "Unknown";
Insurance insurance = car.getInsurance();
if (insurance == null) return "Unknown";
return insurance.getName();
}
第二種方式，避免了深層if語句塊，採用了每次遇到null都直接返回Unknown字串的方式。然後這個方案也並非理想，現在這個方法有了四個截然不同的退出點，使程式碼的維護更艱難。發生null時的預設值，在三個不同的地方出現，不知道具體是哪個返回null。
Optional類
Java 8中引入了一個新的類java.util.Optional<T>。這是一個封裝Optional值的類。當變數存在時，Optional類知識對類簡單封裝，變數不存在時，缺失的值被建模成一個空的Optional物件，由方法Optional.empty()返回。該方法是一個靜態工廠方法，返回Optional類的特定單一例項。
null和Optional.empty()從語義上，可以當做是一回事。實際上它們之間的差別非常大：如果你嘗試訪問一個null，一定會觸發null引用。而Optional.empty()可以在任何地方訪問。
public class Person {
private Optional<Car> car;
public Optional<Car> getCar() {
return car;
}
}
public class Car {
private Optional<Insurance> insurance;
public Optional<Insurance> getInsurance() {
return insurance;
}
}
公司的名字我們沒有使用Optional<String> 而是保持了原型別String，那麼它就必須設定一個值。
建立Optional物件
1.宣告一個空的Optional
Optional<Car> car = Optional.empty();
2.依據一個非空值建立Optional
Car car = new Car();
Optional<Car> optCar = Optional.of(car);
如果car是null，則直接會報錯null引用，而不是等到你訪問時。
3.可接受null的Optional，這種方式與of不同，編譯器執行時不會報錯。
Car car = null;
Optional<Car> optCar = Optional.ofNullable(car);
使用map從Optional物件中提取和轉換值
從物件中讀取資訊是一種比較常見的模式。比如，你可以從insurance公司物件中提取公司的名稱。提取名稱之前你需要檢查insurance物件是否為null，如：
String name = null;
if(insurance != null){
name = insurance.getName();
}
為了支援這種模式，Optional提供了一個map方法。
Optional<Insurance> optionalInsurance = Optional.ofNullable(insurance);
Optional<String> name = optionalInsurance.map(Insurance::getName);
這裡的map和流中的map相差無幾。map操作會將提供的函式應用於流的每個元素。你可以把Optional物件看成一種特殊的集合資料。如圖：
這看齊來挺有用，但是如何應用起來，重構之前的程式碼呢？
p.getCar().getInsurance().getName();
使用flatMap連結Optional物件
使用剛剛的學習的map，第一反應是重寫之前的程式碼，比如這樣：
Optional<Person> person = Optional.of(p);
Optional<String> name = person
.map(Person::getCar)
.map(Car::getInsurance)
.map(Insurance::getName);
但是這段程式碼無法通過編譯，person是Optional<Person>型別的變數，呼叫map方法沒有問題，但是getCar返回的是一個Optional<Car>型別的物件，這意味著map操作的結果的結果是一個Optional<Optinoal<Car>>型別的物件。 因此它呼叫getInsurance是非法的。
在流中使用flatMap可以扁平化合並流，在這裡你想把兩層的Optional合併為一個。
public String getCarInsuranceName(Person p) {
Optional<Person> person = Optional.of(p);
return person
.flatMap(Person::getCar)
.flatMap(Car::getInsurance)
.map(Insurance::getName)
.orElse("Unknown");
}
通過程式碼的比較，處理潛在可能缺失的值時，使用Optional具有明顯的優勢。你可以非常容易實現期望的效果，不需要寫那麼多的條件分支，也不會增加程式碼的複雜性。
首先，Optional.of(p) 生成Optional<person>物件，然後呼叫person.flatMap(Person::GetCar)返回一個Optional<Car> 物件，Optional內的Person也被轉換成了這種物件，結果就是兩層的Optional物件，最終他們會被flatMap操作合併起來。如果合併時其中有一個為空，那麼就構成一個空的Optional物件。如果給一個空的Optional物件呼叫flatMap返回的也是空的Optional物件。
然後，flatMap(Car::getInsurance) 會轉換成Optional<Insurance> 合併。 第三步 這裡呼叫的是map方法，因為返回型別是string 就不需要flatMap了。如果連上的任何一個結果為空就返回空，否則返回的值就是期望的值。 所以最後用了一個orElse的方法，當Optional為空的時候返回一個預設值。
獲取Optional物件的值：
1. get() 是這些方法中最簡單但最不安全的方法。如果變數存在，直接返回封裝的變數值。否則丟擲一個NoSuchElementException異常。
2. orElse(T other) 預設值，當值存在返回值，否則返回此預設值。
3. orElseGet(Supplier<? extends T> other) 是orElse方法的延遲呼叫版，Supplier方法只有在Optional物件不含值時才執行呼叫。
4. orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier )和get方法相似，遇到Optional物件為空時都丟擲一個異常，使用orElseThrow可以自定義異常型別。
5. ifPresent(Consumer<? super T>) 在變數值存在時執行，否則什麼都不做。
判斷Optional是否有值 isPresent()
假設有一個方法，接受兩個引數 Person 和Car 來查詢便宜的保險公司：
public Insurance getInsurance(Person person ,Car car){
//業務邏輯
return new Insurance();
}
這是以前的版本，使用我們今天所學的知識 可以做一個安全版本，它接受兩個Optional物件作為引數 返回值也是一個Optional<Insurance>方法：
public static Optional<Insurance> getInsuranceOpt(Optional<Person> person,Optional<Car> car){
if(person.isPresent() && car.isPresent()){
return Optional.of(getInsurance(person.get(),car.get()));
}
return Optional.empty();
}
這看起來好了很多，更優雅的方式：
public static Optional<Insurance> getInsuranceOpt1(Optional<Person> person, Optional<Car> car) {
return person.flatMap(p -> car.map(c -> getInsurance(p, c)));
}
如果p為空，不會執行返回空的Optional��象。如果car為空也不會執行 返回空Optional物件。 如果都有值那麼呼叫這個方法。
filter剔除特定的值
除了map和flatMap方法類似流中的操作，還有filter方法。使用filter可以快速判斷Optional物件中是否包含指定的規則，如：
Insurance insurance = new Insurance();
if(insurance != null && insurance.getName().equals("abc")){
System.out.println("is abc");
}
可以使用filter改寫為：
Optional<Insurance> insuranceOpt = Optional.of(insurance);
insuranceOpt.filter(c->c.getName().equals("abc")).ifPresent(x->System.out.println(x));
用Optional改善你的程式碼
我們雖然很難對老的Java API進行改動，但是可以再自己的程式碼中新增一些工具方法，來修復或者繞過這些問題，容納給你的程式碼享有Optional帶來的威力。
使用Optional封裝可能為null的值
現存的Java API幾乎都是通過返回一個null的方式來表示需要值的缺失，或者由於某些原因計算無法得到該值。比如，如果Map中不含指定的鍵對應的值，它的get就會返回一個null。我們想在這種情況下返回Optional物件是很容易的。
Object value = new HashMap<String,Object>().get("key"); //null
有兩種方式轉換為Optional物件，第一種就是if else 方式，顯然很笨重。第二種就是使用ofNullable方法。
Optional<Object> value = Optional.ofNullable(new HashMap<String,Object>().get("key"));
每次你希望安全的對潛在為null的物件進行轉換時，都可以先將其轉換為Optional物件。
異常與Optional
由於某種原因，函式無法返回某個值，這時除了返回null，還會丟擲一個異常。典型的例子是Integer.parseInt(String)，將String轉換為int。如果String無法解析為整型，就會丟擲NumberFormatException異常。一般做這個操作，我們會加入 try/catch來避免程式掛掉，而不是用if來判斷。
使用Optional物件對遭遇無法轉換的String返回非法值進行建模，這時你期望parseInt的返回值是一個optional。雖然我們無法改變以前的方法，但我們可以建立一個工具方法：
public static Optional<Integer> StringToInt(String s){
try{
return Optional.of(Integer.parseInt(s));
}catch (Exception ex){
return Optional.empty();
}
}
我們可以建立一個OptionalUtils工具類，然後對所有的類似轉換操作建立方法。然後在需要的地方 OptionalUtils.StringToInt(Stirng);
基礎型別的Optional物件
與Stream物件一樣，Optional物件也提供了類似的基礎型別：OptionalInt、OptionalDouble、OptionalLong。 但是這三個基礎型別不支援map、flatMap、filter方法。
小結：
1.null引用在歷史上被引入到程式設計語言中，目的是為了表示變數值的缺失。
2.Java 8中加入了一個新的類 java.util.Optional<T> 對存在或缺失的變數進行建模。
3.你可以使用靜態工廠方法Optional.empty、Optional.of、Optional.ofNullable建立Optional物件。
4.Optional支援多種方法，比如map、flatMap、filter，他們在概念上與Stream類似。
5.使用Optional會迫使你更積極的引用Optional物件，以及應對變數缺失的問題，最終你能更有效的防治程式碼中出現空指標異常。
6.使用Optional能幫助你更好的設計API，使用者只需要參閱簽名酒知道該方法是否接受一個Optional。