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Java 8中 Optional 類源碼實作與分析

這是《水煮 JDK 源碼》系列 的第9篇文章，計劃撰寫100篇關于JDK源碼相關的文章

Optional

類位于

java.util

包下，自 JDK 1.8 版本新增的，它是一個 final 類，不能被繼承，且構造函數是 private 的，不能被執行個體化，它提供了一系列對 null 空值的處理方法，是一個包裝類，既可以包裝非空對象，也可以包裝空值，下面來看看它的定義以及預設構造函數。

public final class Optional<T> {
    private Optional() {
        this.value = null;
    }
}

衆所周知，在Java開發過程中，經常需要對

null

進行判斷和處理，如果漏掉了，就會引發

NullPointerException

異常，是以

null

判斷幾乎會遍布在代碼的每個角落，那麼神奇的

null

是如何誕生的呢？

1965年，英國一位名為Tony Hoare的計算機科學家在設計ALGOL W語言時提出了null引用的想法。ALGOL W是第一批在堆上配置設定記錄的類型語言之一。Hoare選擇null引用這種方式，“隻是因為這種方法實作起來非常容易”。雖然他的設計初衷就是要“通過編譯器的自動檢測機制，確定所有使用引用的地方都是絕對安全的”，他還是決定為null引用開個綠燈，因為他認為這是為“不存在的值”模組化最容易的方式。很多年後，他開始為自己曾經做過這樣的決定而後悔不疊，把它稱為“我價值百萬的重大失誤”。(引自網絡)

其實，

null

引入的目的是為了表示變量值的缺失。

那麼在Java 8 中為什麼會引入這樣的一個

Optional

類呢？主要是為了對存在或缺失的變量值模組化，這樣一來，不管變量有沒有值，都可以統一使用

Optional

來表示，它可以減少

null

值的判斷邏輯，使得代碼結構更加簡單，同時也可以減少

NullPointerException

異常的出現。

1、構造函數

Optional

類提供了兩個構造函數，都是

private

的，如下：

private Optional() {
    this.value = null;
}

private Optional(T value) {
    // value 值不能為 null，否則會抛出空指針異常
    this.value = Objects.requireNonNull(value);
}

因為構造函數是私有的，是以不能直接執行個體化

Optional

類，那麼如果建立

Optional

執行個體呢？可以通過以下的三個方法：

  • empty()

     ：通過靜态工廠方法建立一個空的

    Optional

     執行個體；

  • of()

     ：将指定值用

    Optional

     封裝之後傳回，如果該值為

    null

     ，則抛出一個

    NullPointerException

     異常；

  • ofNullable()

     ：将指定值用

    Optional

     封裝之後傳回，如果該值為

    null

     ，則傳回一個空的

    Optional

     對象；

2、方法

Optional

類提供了一些方法，主要分為 靜态方法和執行個體方法，像上面提到的三個方法，都是靜态方法，主要用于建立

Optional

執行個體。

2.1 靜态方法

（1）empty()

empty()

方法是通過靜态工廠方法建立一個空的

Optional

執行個體，不包含任何值，其定義如下：

private static final Optional<?> EMPTY = new Optional<>();

public static<T> Optional<T> empty() {
    @SuppressWarnings("unchecked")
    Optional<T> t = (Optional<T>) EMPTY;
    return t;
}

如果直接調用

empty()

方法，将會直接傳回靜态常量

EMPTY

.

（2）of()

of()

方法将指定值用

Optional

封裝之後傳回，如果該值為

null

，則抛出一個

NullPointerException

異常，其源碼如下：

public static <T> Optional<T> of(T value) {
    return new Optional<>(value);
}

直接是通過

new Optional(T value)

方法建立執行個體，該構造方法使用

Objects.requireNonNull()

對傳入的參數進行檢查，其源碼如下：

public static <T> T requireNonNull(T obj) {
    if (obj == null)
        throw new NullPointerException();
    return obj;
}

也就是說

of()

方法不接受

null

空值。

（3）ofNullable()

ofNullable()

方法将指定值用

Optional

封裝之後傳回，如果該值為

null

，則傳回一個空的

Optional

對象，其定義如下：

public static <T> Optional<T> ofNullable(T value) {
    return value == null ? empty() : of(value);
}

從實作可以看出，

ofNullable()

方法可以接受

null

空值，而

of()

方法不能接收空值，這也是它與

of()

方法之間的差別。

2.2 執行個體方法

（1）get()

get()

方法是用來擷取

Optional

封裝的值的，如果該值存在，将該值用

Optional

封裝傳回，否則抛出一個

NoSuchElementException

異常，其定義如下：

public T get() {
    if (value == null) {
        throw new NoSuchElementException("No value present");
    }
    return value;
}

其中的

value

值是

Optional

中的成員變量，其定義如下：

private final T value;

（2）isPresent()

isPresent()

方法用于判斷

value

值是否存在，如果值存在就傳回true，否則傳回false，其定義如下：

public boolean isPresent() {
    return value != null;
}

（3）ifPresent()

ifPresent()

方法也是用于判斷

value

值是否存在，如果值存在，就執行使用該值的方法調用，否則什麼也不做，其定義如下：

public void ifPresent(Consumer<? super T> consumer) {
    if (value != null)
        consumer.accept(value);
}

該方法的參數是

Consumer

，如果

value

值存在，則會傳入到

Consumer.accept()

方法中，其中

Consumer

類是一個功能性接口，其定義如下：

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {
    void accept(T t);

    default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
        Objects.requireNonNull(after);
        return (T t) -> { accept(t); after.accept(t); };
    }
}

（4）filter()

filter()

方法主要用于條件過濾，如果值存在并且滿足提供的謂詞，就傳回包含該值的

Optional

對象；否則傳回一個空的

Optional

對象，其定義如下：

public Optional<T> filter(Predicate<? super T> predicate) {
    // filter 方法中的謂詞參數不能為空，否則會抛出空指針異常
    Objects.requireNonNull(predicate);
    if (!isPresent())
        return this;
    else
        return predicate.test(value) ? this : empty();
}

filter()

方法的參數是需要傳入一個

Predicate

謂詞，并且參數不能為

null

，否則會抛出

NullPointerException

異常，當

value

值存在時，會調用

Predicate.test()

方法進行判斷。

（5）map()

map()

方法主要是對

Optional

封裝的值執行

mapping

函數，如果值存在，就對該值執行提供的mapping函數調用，如果值不存在，則直接傳回空的

Optional

對象，其定義如下：

public<U> Optional<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper) {
    // map 方法中的參數 mapper 函數不能為空，否則會抛出空指針異常
    Objects.requireNonNull(mapper);
    if (!isPresent())
        return empty();
    else {
        return Optional.ofNullable(mapper.apply(value));
    }
}

（6）flatMap()

flatMap()

方法主要也是對

Optional

封裝的值執行

mapping

函數，如果值存在，就對該值執行提供的mapping函數調用，傳回一個

Optional

類型的值，否則就傳回一個空的

Optional

對象，其定義如下：

public<U> Optional<U> flatMap(Function<? super T, Optional<U>> mapper) {
    // flatMap 方法中的參數 mapper 函數不能為空，否則會抛出空指針異常
    Objects.requireNonNull(mapper);
    if (!isPresent())
        return empty();
    else {
        return Objects.requireNonNull(mapper.apply(value));
    }
}

flatMap()

方法和

map()

方法有什麼差別呢？從方法定義的參數

（7）orElse()

orElse()

方法主要用于如果有值，直接傳回，如果沒有值時，則傳回該方法設定的預設值，其源碼如下：

public T orElse(T other) {
    return value != null ? value : other;
}

（8）orElseGet()

orElseGet()

方法和

orElse()

方法的作用類似，隻是當沒有值時，

orElseGet()

方法不是直接傳回一個值，而是一個由指定的

Supplier

接口傳回的值，其定義如下：

public T orElseGet(Supplier<? extends T> other) {
    return value != null ? value : other.get();
}

（9）orElseThrow()

public <X extends Throwable> T orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier) throws X {
    // 如果值不為 null，直接傳回
    if (value != null) {
        return value;
    } else {
        throw exceptionSupplier.get();
    }
}

3、其他相關類

  • OptionalInt

     ：用于包裝整型類；

  • OptionalLong

     ：用于包裝長整型類；

  • OptionalDouble

     ：用于包裝Double類型；
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