Java GC面試題及答案（第5題）

● Java8 中的 Optional 類的解析

身為一名Java程序員，大家可能都有這樣的經(jīng)歷：調(diào)用一個方法得到了返回值卻不能直接將返回值作為參數(shù)去調(diào)用別的方法。我們首先要判斷這個返回值是否為null，只有在非空的前提下才能將其作為其他方法的參數(shù)。這正是一些類似Guava的外部API試圖解決的問題。一些JVM編程語言比如Scala、Ceylon等已經(jīng)將對在核心API中解決了這個問題。在之前一篇文章中，介紹了Scala是如何解決了這個問題。

新版本的Java，比如Java 8引入了一個新的Optional類。Optional類的Javadoc描述如下：

這是一個可以為null的容器對象。如果值存在則isPresent()方法會返回true，調(diào)用get()方法會返回該對象。

下面會逐個探討Optional類包含的方法，并通過一兩個示例展示如何使用。

方法1：Optional.of()

作用：為非null的值創(chuàng)建一個Optional。

說明：of方法通過工廠方法創(chuàng)建Optional類。需要注意的是，創(chuàng)建對象時傳入的參數(shù)不能為null。如果傳入?yún)?shù)為null，則拋出NullPointerException。

/調(diào)用工廠方法創(chuàng)建 Optional 實例
Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
//傳入?yún)?shù)為 null,拋出 NullPointerException.
Optional<String> someNull = Optional.of(null);

方法2：Optional.ofNullable()

作用：為指定的值創(chuàng)建一個Optional，如果指定的值為null，則返回一個空的Optional。說明：ofNullable與of方法相似，唯一的區(qū)別是可以接受參數(shù)為null的情況。

//下面創(chuàng)建了一個不包含任何值的 Optional 實例
//例如,值為'null'
Optional empty = Optional.ofNullable(null);

方法3：Optional.isPresent()

作用：判斷預(yù)期值是否存在

說明：如果值存在返回true，否則返回false。

//isPresent 方法用來檢查 Optional 實例中是否包含值
Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
if (name.isPresent()) {
    //在 Optional 實例內(nèi)調(diào)用 get()返回已存在的值
    System.out.println(name.get());//輸出 Sanaulla
}

方法4：Optional.get()

作用：如果Optional有值則將其返回，否則拋出NoSuchElementException。

說明：上面的示例中，get方法用來得到Optional實例中的值。下面我們看一個拋出NoSuchElementException的例子

//執(zhí)行下面的代碼會輸出：No value present
try {
    Optional empty = Optional.ofNullable(null);
    //在空的 Optional 實例上調(diào)用 get(),拋出 NoSuchElementException System.out.println(empty.get());
} catch (NoSuchElementException ex) {
    System.out.println(ex.getMessage());
}

方法5：Optional.ifPresent()

作用：如果Optional實例有值則為其調(diào)用consumer，否則不做處理

說明：要理解ifPresent方法，首先需要了解Consumer類。簡答地說，Consumer類包含一個抽象方法。該抽象方法對傳入的值進(jìn)行處理，但沒有返回值。Java8支持不用接口直接通過lambda表達(dá)式傳入?yún)?shù)，如果Optional實例有值，調(diào)用ifPresent()可以接受接口段或lambda表達(dá)式

//ifPresent 方法接受 lambda 表達(dá)式作為參數(shù)。
//lambda 表達(dá)式對 Optional 的值調(diào)用 consumer 進(jìn)行處理。
Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
name.ifPresent((value) -> {
    System.out.println("The length of the value is: " + value.length());
});

方法6：Optional.orElse()

作用：如果有值則將其返回，否則返回指定的其它值。

說明：如果Optional實例有值則將其返回，否則返回orElse方法傳入的參數(shù)。示例如下：

Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
Optional<String> someNull = Optional.of(null);
//如果值不為 null,orElse 方法返回 Optional 實例的值。
//如果為 null,返回傳入的消息。
//輸出：There is no value present!
System.out.println(empty.orElse("There is no value present!"));
//輸出：Sanaulla
System.out.println(name.orElse("There is some value!"));

方法7：Optional.orElseGet()

作用：如果有值則將其返回，否則返回指定的其它值。

說明：orElseGet與orElse方法類似，區(qū)別在于得到的默認(rèn)值。orElse方法將傳入的字符串作為默認(rèn)值，orElseGet方法可以接受Supplier接口的實現(xiàn)用來生成默認(rèn)值

Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
Optional<String> someNull = Optional.of(null);
//orElseGet 與 orElse 方法類似,區(qū)別在于 orElse 傳入的是默認(rèn)值,
//orElseGet 可以接受一個 lambda 表達(dá)式生成默認(rèn)值。
//輸出：Default Value
System.out.println(empty.orElseGet(() -> "Default Value"));
//輸出：Sanaulla
System.out.println(name.orElseGet(() -> "Default Value"));

方法8：Optional.orElseThrow()

作用：如果有值則將其返回，否則拋出supplier接口創(chuàng)建的異常。

說明：在orElseGet方法中，我們傳入一個Supplier接口。然而，在orElseThrow中我們可以傳入一個lambda表達(dá)式或方法，如果值不存在來拋出異常

try {
    Optional<String> empty = Optional.of(null);
    //orElseThrow 與 orElse 方法類似。與返回默認(rèn)值不同,
    //orElseThrow 會拋出 lambda 表達(dá)式或方法生成的異常
    empty.orElseThrow(ValueAbsentException::new);
} catch (Throwable ex) {
//輸出: No value present in the Optional instance System.out.println(ex.getMessage());
}

ValueAbsentException定義如下：

class ValueAbsentException extends Throwable {
    public ValueAbsentException() {
        super();
    }
    public ValueAbsentException(String msg) {
        super(msg);
    }
    @Override
    public String getMessage() {
        return "No value present in the Optional instance";
    }
}

方法9：Optional.map()

作用：如果有值，則對其執(zhí)行調(diào)用mapping函數(shù)得到返回值。如果返回值不為null，則創(chuàng)建包含mapping返回值的Optional作為map方法返回值，否則返回空Optional。

說明：map方法用來對Optional實例的值執(zhí)行一系列操作。通過一組實現(xiàn)了Function接口的lambda表達(dá)式傳入操作。

Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
//map 方法執(zhí)行傳入的 lambda 表達(dá)式參數(shù)對 Optional 實例的值進(jìn)行修改。
//為 lambda 表達(dá)式的返回值創(chuàng)建新的 Optional 實例作為 map 方法的返回值。
Optional<String> upperName = name.map((value) -> value.toUpperCase());
System.out.println(upperName.orElse("No value found"));

方法10：Optional.flatMap()

作用：如果有值，為其執(zhí)行mapping函數(shù)返回Optional類型返回值，否則返回空Optional。flatMap與map（Funtion）方法類似，區(qū)別在于flatMap中的mapper返回值必須是Optional。調(diào)用結(jié)束時，flatMap不會對結(jié)果用Optional封裝。

說明：flatMap方法與map方法類似，區(qū)別在于mapping函數(shù)的返回值不同。map方法的mapping函數(shù)返回值可以是任何類型T，而flatMap方法的mapping函數(shù)必須是Optional。

Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
//flatMap 與 map（Function）非常類似,區(qū)別在于傳入方法的 lambda 表達(dá)式的返回類型。
//map 方法中的 lambda 表達(dá)式返回值可以是任意類型,在 map 函數(shù)返回之前會包裝為 Optional。
//但 flatMap 方法中的 lambda 表達(dá)式返回值必須是 Optionl 實例。
upperName = name.flatMap((value) -> Optional.of(value.toUpperCase()));
System.out.println(upperName.orElse("No value found"));//輸出 SANAULLA

方法11：Optional.filter()

作用：如果有值并且滿足斷言條件返回包含該值的Optional，否則返回空Optional。

說明：filter個方法通過傳入限定條件對Optional實例的值進(jìn)行過濾。這里可以傳入一個lambda表達(dá)式。對于filter函數(shù)我們應(yīng)該傳入實現(xiàn)了Predicate接口的lambda表達(dá)式。

Optional<String> name=Optional.of("Sanaulla");
//filter 方法檢查給定的 Option 值是否滿足某些條件。
//如果滿足則返回同一個 Option 實例,否則返回空 Optional。
Optional<String> longName=name.filter((value)->value.length()>6);
System.out.println(longName.orElse("The name is less than 6 characters"));
//輸出 Sanaulla

另一個例子是Optional值不滿足filter指定的條件。

Optional<String> anotherName = Optional.of("Sana");
Optional<String> shortName = anotherName.filter((value) -> value.length() > 6);
//輸出：name 長度不足 6 字符
System.out.println(shortName.orElse("The name is less than 6 characters"));

總結(jié)：Optional方法

以上，我們介紹了Optional類的各個方法。下面通過一個完整的示例對用法集中展示。

public class OptionalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建 Optional 實例,也可以通過方法返回值得到。
        Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
        //創(chuàng)建沒有值的 Optional 實例,例如值為'null' Optional empty = Optional.ofNullable(null);
        //isPresent 方法用來檢查 Optional 實例是否有值。
        if (name.isPresent()) {
            //調(diào)用 get()返回 Optional 值。
            System.out.println(name.get());
        }
        try {
            //在 Optional 實例上調(diào)用 get()拋出 NoSuchElementException。System.out.println(empty.get());
        } catch (NoSuchElementException ex) {
            System.out.println(ex.getMessage());
        }
        //ifPresent 方法接受 lambda 表達(dá)式參數(shù)。
        //如果 Optional 值不為空,lambda 表達(dá)式會處理并在其上執(zhí)行操作。
        name.ifPresent((value) -> {
            System.out.println("The length of the value is: " +
                    value.length());
        });
        //如果有值 orElse 方法會返回 Optional 實例,否則返回傳入的錯誤信息。
        System.out.println(empty.orElse("There is no value present!"));
        System.out.println(name.orElse("There is some value!"));
        //orElseGet 與 orElse 類似,區(qū)別在于傳入的默認(rèn)值。
        //orElseGet 接受 lambda 表達(dá)式生成默認(rèn)值。
        System.out.println(empty.orElseGet(() -> "Default Value"));
        System.out.println(name.orElseGet(() -> "Default Value"));
        try {
            //orElseThrow 與 orElse 方法類似,區(qū)別在于返回值。
            //orElseThrow 拋出由傳入的 lambda 表達(dá)式/方法生成異常。
            empty.orElseThrow(ValueAbsentException::new);
        } catch (Throwable ex) {
            System.out.println(ex.getMessage());
        }
        //map 方法通過傳入的 lambda 表達(dá)式修改 Optonal 實例默認(rèn)值。
        //lambda 表達(dá)式返回值會包裝為 Optional 實例。
        Optional<String> upperName = name.map((value) -> value.toUpperCase());
        System.out.println(upperName.orElse("No value found"));
        //flatMap 與 map（Funtion）非常相似,區(qū)別在于 lambda 表達(dá)式的返回值。
        //map 方法的 lambda 表達(dá)式返回值可以是任何類型,但是返回值會包裝成 Optional 實例。
        //但是 flatMap 方法的 lambda 返回值總是 Optional 類型。
        upperName = name.flatMap((value) -> Optional.of(value.toUpperCase()));
        System.out.println(upperName.orElse("No value found"));
        //filter 方法檢查 Optiona 值是否滿足給定條件。
        //如果滿足返回 Optional 實例值,否則返回空 Optional。
        Optional<String> longName = name.filter((value) -> value.length()
                > 6);
        System.out.println(longName.orElse("The name is less than 6 characters"));
        //另一個示例,Optional 值不滿足給定條件。
        Optional<String> anotherName = Optional.of("Sana");
        Optional<String> shortName = anotherName.filter((value) -> value.length() > 6);
        System.out.println(shortName.orElse("The name is less than 6 characters"));
    }
}