Java 中 NullPointerException 的完美解决方案

null在Java中带来的麻烦

我相信所有的Java程序猿一定都遇到过 NullPointerException
,空指针在Java程序中是最常见的,也是最烦人的;它让我们很多程序猿产生了根深蒂固的感觉,所有可能产生空指针的地方都得加上 if-else
检查,但是这带给我们很多麻烦

  • Java本身是强类型的,但是null破坏了这个规则,它可以被赋值给任何对象

  • Java的设计是让程序猿对指针无感知,但是null指针是个例外

  • 它会是代码变得很臃肿,到处都充斥着 if-else
    的空检查,甚至是多层嵌套,代码可读性下降
  • null本身毫无意义,表示不了

前两点不需要特别的说明,后两点举个例子来说明一下:假如一个人拥有一个手机,每个手机都有生成厂商,每个厂商都会有个名字,用类表示的话:

public class Person {
private Phone phone;

public Phone getPhone() {
return phone;
}
}

public class Phone {
private Producer producer;

public Producer getProducer() {
return producer;
}
}

public class Producer {
private String name;

public String getName() {
return name;
}
}

在这个例子中,假如我们需要取到手机生成厂商的名字

public String getPhoneProducerName(Person person) {
return person.getPhone().getProducer().getName();
}

由于不一定每个人都会有一个手机,所有在调用 getProducer()
时可能会出现 NullPointerException

一门设计语言本来就是来描述世界的,在这个事例中有的人有手机,有的人也可能没有手机,所以在调用 person.getPhone()
返回的值就应该包含有和无这两种情况,现在通过返回 null
来表示无,但是在调用 getProducer()
却又会抛出异常,这样就不太符合现实逻辑;所以把 null
来用来表示
不合适

在遇到这种情况通常的做法是做null检查,甚至是每个地方可能发生null指针的做检查。

public String getPhoneProducerName(Person person) {
if (person.getPhone() == null) {
return "无名字";
}
if (person.getPhone().getProducer() == null) {
return "无名字";
}
return person.getPhone().getProducer().getName();
}

这里我已经试图在减少代码的层级,如果使用的是 if-else
,代码的层级会更深,代码可读性下降。

Optional的简单介绍

吐槽了那么多现状的不好,现在可以祭出我们的解决方案了 Optional
;千呼万唤始出来,犹抱琵琶半遮面;那 Optional
到底是个什么东西,我们一起来逐步解开它的面纱。

Optional
本身只是对对象的简单包装,如果对象为空,那么会构建一个空的 Optional
;这样一来 Optional
就包含了存在和不存在两个情况, 接下来可以看下上面的例子改过之后

public class Person {
private Optional<Phone> phone;

public Optional<Phone> getPhone() {
return phone;
}
}

public class Phone {
private Producer producer;

public Producer getProducer() {
return producer;
}
}

public class Producer {
private String name;

public String getName() {
return name;
}
}

由于有的人可能没有手机,有的人有,所以 Phone
需要用 Optional
包装起来;手机本身一定会有生产的厂商,厂商一定会有一个名字,所以这两个不需要用 Optional
包装起来。这里我们会发现使用了 Optional
会丰富代码的语义,让代码更加符合现实。

而当我们在调用 phone.getProducer().getName()
的时候不需要做null指针的检查,如果说在这里发生了 NullPointerException
,说明这里数据本身是有问题的,不符合现实,就应该让问题暴露出来,而不是像上面的代码一样把问题掩盖。

Optional的常用方法使用

1. Optional的创建方法

Optional<Person> empty = Optional.empty();  //申明一个空的Optional
Optional<Person> person = Optional.of(new Person()); //包装Person
Optional<Person> person2 = Optional.of(null); //不允许的操作,传入null 会抛出空指针异常
Optional<Person> optionalPerson = Optional.ofNullable(null); //允许传null, 返回一个空的Optional

2. Optional值的获取方式

  • map、flatMap
    首先我们重新定义一下Phone类,除了有生产厂商之外,还有个型号;

public class Phone {
private String model;
private Producer producer;

public Producer getProducer() {
return producer;
}
public String getModel() {
return model;
}
}

当我们需要获取到手机的型号的时候可以这样:

Optional<Phone> optionalPhone = Optional.of(new Phone());
Optional<String> model = optionalPhone.map(Phone::getModel);

当我们需要通过Person对象获取到Phone的型号,会想到这样:

Optional<Person> optionalPerson = Optional.of(new Person());
optionalPerson.map(Person::getPhone).map(Phone::getModel);

当我们写出来的时候发现编译器不能通过。是因为 Person::getPhone
返回的是一个 Optional<Phone>
,调用 optionalPerson.map(Person::getPhone)
返回的就是 Optional<Optional<Phone>>
,所以再 .map
的就无法拿到手机型号,那如何能够让返回的结果不是 Optional<Optional<Phone>>
,而是 Optional<Phone>
呢?

这里需要用到另一个方法 flatMap
flatMap
map
的区别,我在刚开始学习的时候,看到了网上的各种解释都很绕,看的很晕,最后直接打开源码来看,发现实现很简单,很容易理解,来看下源码:

public<U> Optional<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper) {
Objects.requireNonNull(mapper);
if (!isPresent())
return empty();
else {
return Optional.ofNullable(mapper.apply(value));
}
}
public<U> Optional<U> flatMap(Function<? super T, Optional<U>> mapper) {
Objects.requireNonNull(mapper);
if (!isPresent())
return empty();
else {
return Objects.requireNonNull(mapper.apply(value));
}
}

map
方法在返回的时候会包装一层 Optional
flatMap
在返回的时候直接把函数的返回值返回了,函数的结果必须是 Optional
;那么在前面的例子中我们直接调用 flatMap
返回的结果就是 Optional<Phone>

Optional<Person> optionalPerson = Optional.of(new Person());
optionalPerson.flatMap(Person::getPhone).map(Phone::getModel);
  • 取出 Optional
    中的值对象:get、orElse、orElseGet、orElseThrow、ifPresent
  1. get() : 当你明确知道Optional中有值的话可以直接调用该方法,当Optional中没有值是该方法会抛出异常 NoSuchElementException
    ;所以当如果存在空值的话建议就不要调用该方法,因为这样和做null检查就没有区别了
  2. orElse(T other) : 提供一个默认值,当值不存在是返回这个默认值

  3. orElseGet(Supplier<? extends T> other) : 当值不存在的时候会调用supper函数,如果说返回这个默认值的逻辑较多,那么调用这个方法比较合适;

  4. orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier) : 当值为空时会抛出一个自定义的异常

  5. ifPresent(Consumer<? super T> consumer) : 当值不为空是会调用 consumer
    函数,如果值为空,那么这个方法什么都不做
  • filter 过滤出满足条件的对象
    假如我们需要过滤出手机型号 IOS
    的手机,并打印出型号,代码如下:
Person person = new Person(Optional.of(new Phone("IOS")));
Optional<Person> optionalPerson = Optional.of(person);
optionalPerson.flatMap(Person::getPhone)
.filter(phone -> "IOS".equals(phone.getModel()))
.map(Phone::getModel)
.ifPresent(System.out::println);
  1. 我们讨论了null在Java程序的问题

  2. 介绍Java8中引入了 Optional
    来表示有和无的情况以及初始化的方式
  3. 举例说明了 Optional
    中经常使用到的方法
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