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Java 8中 Optional 类源码实现与分析

这是《水煮 JDK 源码》系列 的第9篇文章，计划撰写100篇关于JDK源码相关的文章

Optional

类位于

java.util

包下，自 JDK 1.8 版本新增的，它是一个 final 类，不能被继承，且构造函数是 private 的，不能被实例化，它提供了一系列对 null 空值的处理方法，是一个包装类，既可以包装非空对象，也可以包装空值，下面来看看它的定义以及默认构造函数。

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

众所周知，在Java开发过程中，经常需要对

null

进行判断和处理，如果漏掉了，就会引发

NullPointerException

异常，因此

null

判断几乎会遍布在代码的每个角落，那么神奇的

null

是如何诞生的呢？

1965年，英国一位名为Tony Hoare的计算机科学家在设计ALGOL W语言时提出了null引用的想法。ALGOL W是第一批在堆上分配记录的类型语言之一。Hoare选择null引用这种方式，“只是因为这种方法实现起来非常容易”。虽然他的设计初衷就是要“通过编译器的自动检测机制，确保所有使用引用的地方都是绝对安全的”，他还是决定为null引用开个绿灯，因为他认为这是为“不存在的值”建模最容易的方式。很多年后，他开始为自己曾经做过这样的决定而后悔不迭，把它称为“我价值百万的重大失误”。(引自网络)

其实，

null

引入的目的是为了表示变量值的缺失。

那么在Java 8 中为什么会引入这样的一个

Optional

类呢？主要是为了对存在或缺失的变量值建模，这样一来，不管变量有没有值，都可以统一使用

Optional

来表示，它可以减少

null

值的判断逻辑，使得代码结构更加简单，同时也可以减少

NullPointerException

异常的出现。

1、构造函数

Optional

类提供了两个构造函数，都是

private

的，如下：

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

private Optional(T value) {
    // value 值不能为 null，否则会抛出空指针异常
    this.value = Objects.requireNonNull(value);
}

因为构造函数是私有的，所以不能直接实例化

Optional

类，那么如果创建

Optional

实例呢？可以通过以下的三个方法：

  • empty()

     ：通过静态工厂方法创建一个空的

    Optional

     实例；

  • of()

     ：将指定值用

    Optional

     封装之后返回，如果该值为

    null

     ，则抛出一个

    NullPointerException

     异常；

  • ofNullable()

     ：将指定值用

    Optional

     封装之后返回，如果该值为

    null

     ，则返回一个空的

    Optional

     对象；

2、方法

Optional

类提供了一些方法，主要分为 静态方法和实例方法，像上面提到的三个方法，都是静态方法，主要用于创建

Optional

实例。

2.1 静态方法

（1）empty()

empty()

方法是通过静态工厂方法创建一个空的

Optional

实例，不包含任何值，其定义如下：

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

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

如果直接调用

empty()

方法，将会直接返回静态常量

EMPTY

.

（2）of()

of()

方法将指定值用

Optional

封装之后返回，如果该值为

null

，则抛出一个

NullPointerException

异常，其源码如下：

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

直接是通过

new Optional(T value)

方法创建实例，该构造方法使用

Objects.requireNonNull()

对传入的参数进行检查，其源码如下：

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

也就是说

of()

方法不接受

null

空值。

（3）ofNullable()

ofNullable()

方法将指定值用

Optional

封装之后返回，如果该值为

null

，则返回一个空的

Optional

对象，其定义如下：

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

从实现可以看出，

ofNullable()

方法可以接受

null

空值，而

of()

方法不能接收空值，这也是它与

of()

方法之间的区别。

2.2 实例方法

（1）get()

get()

方法是用来获取

Optional

封装的值的，如果该值存在，将该值用

Optional

封装返回，否则抛出一个

NoSuchElementException

异常，其定义如下：

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

其中的

value

值是

Optional

中的成员变量，其定义如下：

private final T value;

（2）isPresent()

isPresent()

方法用于判断

value

值是否存在，如果值存在就返回true，否则返回false，其定义如下：

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

（3）ifPresent()

ifPresent()

方法也是用于判断

value

值是否存在，如果值存在，就执行使用该值的方法调用，否则什么也不做，其定义如下：

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

该方法的参数是

Consumer

，如果

value

值存在，则会传入到

Consumer.accept()

方法中，其中

Consumer

类是一个功能性接口，其定义如下：

@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()

方法主要用于条件过滤，如果值存在并且满足提供的谓词，就返回包含该值的

Optional

对象；否则返回一个空的

Optional

对象，其定义如下：

public Optional<T> filter(Predicate<? super T> predicate) {
    // filter 方法中的谓词参数不能为空，否则会抛出空指针异常
    Objects.requireNonNull(predicate);
    if (!isPresent())
        return this;
    else
        return predicate.test(value) ? this : empty();
}

filter()

方法的参数是需要传入一个

Predicate

谓词，并且参数不能为

null

，否则会抛出

NullPointerException

异常，当

value

值存在时，会调用

Predicate.test()

方法进行判断。

（5）map()

map()

方法主要是对

Optional

封装的值执行

mapping

函数，如果值存在，就对该值执行提供的mapping函数调用，如果值不存在，则直接返回空的

Optional

对象，其定义如下：

public<U> Optional<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper) {
    // map 方法中的参数 mapper 函数不能为空，否则会抛出空指针异常
    Objects.requireNonNull(mapper);
    if (!isPresent())
        return empty();
    else {
        return Optional.ofNullable(mapper.apply(value));
    }
}

（6）flatMap()

flatMap()

方法主要也是对

Optional

封装的值执行

mapping

函数，如果值存在，就对该值执行提供的mapping函数调用，返回一个

Optional

类型的值，否则就返回一个空的

Optional

对象，其定义如下：

public<U> Optional<U> flatMap(Function<? super T, Optional<U>> mapper) {
    // flatMap 方法中的参数 mapper 函数不能为空，否则会抛出空指针异常
    Objects.requireNonNull(mapper);
    if (!isPresent())
        return empty();
    else {
        return Objects.requireNonNull(mapper.apply(value));
    }
}

flatMap()

方法和

map()

方法有什么区别呢？从方法定义的参数

（7）orElse()

orElse()

方法主要用于如果有值，直接返回，如果没有值时，则返回该方法设置的默认值，其源码如下：

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

（8）orElseGet()

orElseGet()

方法和

orElse()

方法的作用类似，只是当没有值时，

orElseGet()

方法不是直接返回一个值，而是一个由指定的

Supplier

接口返回的值，其定义如下：

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 {
    // 如果值不为 null，直接返回
    if (value != null) {
        return value;
    } else {
        throw exceptionSupplier.get();
    }
}

3、其他相关类

  • OptionalInt

     ：用于包装整型类；

  • OptionalLong

     ：用于包装长整型类；

  • OptionalDouble

     ：用于包装Double类型；
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