Java中Optional的妙用 | Baeldung中文网

1. 引言

本文将探讨Java中Optional类的设计初衷，以及在实际开发中运用它构建应用时带来的优势。

2. Java中`Optional<T>`的设计初衷

Optional本质上是一个容器类，用于表示值的存在或缺失。技术上讲，它是泛型类型T的包装器：当T为null时，Optional实例为空；否则包含具体值。

根据Java 11官方文档，**Optional的核心价值在于提供一种能明确表示"无值"场景的返回类型**，避免直接返回null可能引发的NullPointerException这类臭名昭著的运行时错误。

2.1 核心方法速览

Optional类提供了多个实用方法，本文重点介绍以下三个：

of(T value)：创建包含指定值的Optional实例
orElse(T other)：获取Optional中的值，若为空则返回other
empty()：返回空的Optional实例

后续我们将通过实际代码演示这些方法的使用场景。

3. `Optional`的核心优势

了解了基本概念后，我们来看看Optional如何帮助编写更健壮、更清晰的代码。

3.1 `Optional` vs `null`：防坑指南

在Optional出现前，我们只能用null表示"无值"。但Java语言并未强制处理null，导致：

❌ null检查有时必要但非强制
❌ 返回null的方法极易引发NullPointerException

而Optional则强制要求在编译时处理空值情况，有效减少运行时异常。

举个用户查询的例子：

public class User {
    public User(String id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    private String id;
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getId() {
        return id;
    }
}

先看传统返回null的仓库实现：

public class UserRepositoryWithNull {
    private final List<User> dbUsers = Arrays.asList(
        new User("1", "John"), 
        new User("2", "Maria"), 
        new User("3", "Daniel")
    );

    public User findById(String id) {
        for (User u : dbUsers) {
            if (u.getId().equals(id)) {
                return u;
            }
        }
        return null;
    }
}

测试用例展示未处理null时的崩溃场景：

@Test
public void givenNonExistentUserId_whenSearchForUser_andNoNullCheck_thenThrowException() {
    UserRepositoryWithNull userRepositoryWithNull = new UserRepositoryWithNull();
    String nonExistentUserId = "4";

    assertThrows(NullPointerException.class, () -> {
        System.out.println("User name: " + userRepositoryWithNull.findById(nonExistentUserId)
          .getName());
    });
}

Java允许直接调用getName()而不检查null，问题只能在运行时暴露。

改进版使用Optional的仓库：

public class UserRepositoryWithOptional {
    private final List<User> dbUsers = Arrays.asList(
        new User("1", "John"), 
        new User("2", "Maria"), 
        new User("3", "Daniel")
    );

    public Optional<User> findById(String id) {
        for (User u : dbUsers) {
            if (u.getId().equals(id)) {
                return Optional.of(u);
            }
        }
        return Optional.empty();
    }
}

重写测试用例，强制处理空值：

@Test
public void givenNonExistentUserId_whenSearchForUser_thenOptionalShouldBeTreatedProperly() {
    UserRepositoryWithOptional userRepositoryWithOptional = new UserRepositoryWithOptional();
    String nonExistentUserId = "4";

    String userName = userRepositoryWithOptional.findById(nonExistentUserId)
      .orElse(new User("0", "admin"))
      .getName();

    assertEquals("admin", userName);
}

当用户不存在时，通过orElse()提供默认值。编译器强制处理Optional，有效避免运行时异常。

其他替代方案：

使用orElseThrow()抛出异常
使用orElseGet()调用Supplier函数

3.2 设计意图明确的API

null的含义往往只有API作者清楚，而Optional通过方法签名直接表达意图：

✅ 方法返回Optional明确表示"可能有值或无值"
✅ 无需额外文档说明返回类型
✅ 代码自解释

对比两种仓库：

返回null的仓库：null可能表示用户不存在、数据库连接失败或对象未初始化
返回Optional的仓库：方法签名明确说明可能找不到用户

**关键实践：永远不要返回null的Optional**，应始终通过静态方法返回有效实例。

3.3 声明式编程的利器

Optional支持链式调用，提供类似流的"伪流"操作（如map()、filter()），助力编写声明式代码。

需求：将用户名首字母为'M'的名字转为大写。

传统命令式实现：

@Test
public void givenExistentUserId_whenFoundUserWithNameStartingWithMInRepositoryUsingNull_thenNameShouldBeUpperCased() {
    UserRepositoryWithNull userRepositoryWithNull = new UserRepositoryWithNull();
    User user = userRepositoryWithNull.findById("2");
    String upperCasedName = "";

    if (user != null) {
        if (user.getName().startsWith("M")) {
            upperCasedName = user.getName().toUpperCase();
        }
    }

    assertEquals("MARIA", upperCasedName);
}

声明式实现（使用Optional）：

@Test
public void givenExistentUserId_whenFoundUserWithNameStartingWithMInRepositoryUsingOptional_thenNameShouldBeUpperCased() {
    UserRepositoryWithOptional userRepositoryWithOptional = new UserRepositoryWithOptional();

    String upperCasedName = userRepositoryWithOptional.findById("2")
      .filter(u -> u.getName().startsWith("M"))
      .map(u -> u.getName().toUpperCase())
      .orElse("");

    assertEquals("MARIA", upperCasedName);
}

两种方式对比：

命令式：嵌套if检查，逻辑分散
声明式：链式调用，意图清晰（"返回大写名字，否则返回空字符串"）

声明式编程让代码意图更明确，尤其当逻辑复杂时优势更明显。

4. 总结

本文探讨了Optional类的设计初衷及其在构建清晰健壮API中的高效用法。合理使用Optional能显著减少NullPointerException风险，提升代码可读性。

完整示例代码请查阅GitHub仓库。

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