深度解析 Java 的 Optional 類

使用內置的 null 來表示沒有對象，每次使用引用的時候就必須測試一下引用是否爲 null，這顯得有點枯燥，而且勢必會產生相當乏味的代碼。

null 沒啥行爲，只會產生 NullPointException。
java.util.Optional爲 null 值提供了一個輕量級代理，Optional 對象可以防止你的代碼拋 NullPointException。

雖然 Optional 是 Java 8 爲了支持流式編程才引入的，但其實它是一個通用的工具。實際上，在所有地方都使用 Optional 是沒有意義的，有時候檢查一下是不是 null 也挺好的，或者有時我們可以合理地假設不會出現 null，甚至有時候檢查 NullPointException 異常也是可以接受的。

Optional 最有用武之地的是在那些“更接近數據”的地方，在問題空間中代表實體的對象上。
舉個簡單的例子，很多系統中都有 Person 類型，代碼中有些情況下你可能沒有一個實際的 Person 對象（或者可能有，但是你還沒用關於那個人的所有信息）。這時，在傳統方法下，你會用到一個 null 引用，並且在使用的時候測試它是不是 null。而現在，我們可以使用 Optional：

輸出結果：

<Empty>
Smith
Bob Smith
Bob Smith 11 Degree Lane, Frostbite Falls, MN

Person 的設計有時候叫“數據傳輸對象（DTO，data-transfer object）”。
所有字段都是 public final ，所以無 getter 和 setter 方法。即Person 不可變，只能通過構造器賦值，只能讀而不能修改值。
想修改一個 Person，只能用一個新的 Person 對象來替換它。
empty 字段在對象創建的時候被賦值，用於快速判斷這個 Person 對象是不是空對象。

想使用 Person，就必須使用 Optional 接口才能訪問它的 String 字段，就不會意外觸發 NPE。

可將 Person Optional 對象放在每個 Position 上：

class EmptyTitleException extends RuntimeException {
}

class Position {
    private String title;
    private Person person;

    Position(String jobTitle, Person employee) {
        setTitle(jobTitle);
        setPerson(employee);
    }

    Position(String jobTitle) {
        this(jobTitle, null);
    }

    public String getTitle() {
        return title;
    }

    public void setTitle(String newTitle) {
        // Throws EmptyTitleException if newTitle is null:
        title = Optional.ofNullable(newTitle)
                .orElseThrow(EmptyTitleException::new);
    }

    public Person getPerson() {
        return person;
    }

    public void setPerson(Person newPerson) {
        // Uses empty Person if newPerson is null:
        person = Optional.ofNullable(newPerson)
                .orElse(new Person());
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Position: " + title +
                ", Employee: " + person;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(new Position("CEO"));
        System.out.println(new Position("Programmer",
                new Person("Arthur", "Fonzarelli")));
        try {
            new Position(null);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("caught " + e);
        }
    }
}

輸出結果：

Position: CEO, Employee: <Empty>
Position: Programmer, Employee: Arthur Fonzarelli
caught EmptyTitleException

title 和 person 都是普通字段，修改唯一途徑是調用 setTitle()、setPerson() ，都藉助 Optional 對字段限制。
想保證 title 字段不會成 null，在 setTitle()檢查參數值。但其實還有更好的做法，函數式編程一大優勢就是可以讓我們重用經過驗證的功能，以減少自己手動編寫代碼可能產生的一些小錯誤。

• 所以用 ofNullable() 把 newTitle 轉換一個 Optional
  
  
  
  傳null，ofNullable()返回Optional.empty()。
• 調用 orElseThrow()
  
  如果 newTitle 的值是 null，會得到異常。
  這裏我們並沒有把 title 保存成 Optional，但通過應用 Optional 的功能，我們仍對字段加了約束。
  在這個方案裏邊，你仍然可能會得到一個異常。不同的是，錯誤產生那刻（向 setTitle() 傳 null 值時）就拋異常，而不發生在其它時刻。使用 EmptyTitleException 有助於定位 BUG。

Person 字段的限制：如果把值設 null，程序會自動把將它賦值成一個空的 Person 對象。先前我們也用過類似的方法把字段轉換成 Option，但這裏我們是在返回結果的時候使用 orElse(new Person()) 插入一個空的 Person 對象替代了 null。

在 Position 裏，沒有創建一個表示“空”的標誌位或者方法，因爲 person 字段的 Person 對象爲空，就表示這個 Position 是個空位置。之後，你可能會發現你必須添加一個顯式的表示“空位”的方法，但是正如 YAGNI (You Aren’t Going to Need It，你永遠不需要它)所言，在初稿時“實現盡最大可能的簡單”，直到程序在某些方面要求你爲其添加一些額外的特性，而不是假設這是必要的。

雖然使用了 Optional，可以免受 NullPointerExceptions，但 Staff 類對此毫不知情。

// typeinfo/Staff.java

import java.util.*;

public class Staff extends ArrayList<Position> {
    public void add(String title, Person person) {
        add(new Position(title, person));
    }

    public void add(String... titles) {
        for (String title : titles)
            add(new Position(title));
    }

    public Staff(String... titles) {
        add(titles);
    }

    public Boolean positionAvailable(String title) {
        for (Position position : this)
            if (position.getTitle().equals(title) &&
                    position.getPerson().empty)
                return true;
        return false;
    }

    public void fillPosition(String title, Person hire) {
        for (Position position : this)
            if (position.getTitle().equals(title) &&
                    position.getPerson().empty) {
                position.setPerson(hire);
                return;
            }
        throw new RuntimeException(
                "Position " + title + " not available");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Staff staff = new Staff("President", "CTO",
                "Marketing Manager", "Product Manager",
                "Project Lead", "Software Engineer",
                "Software Engineer", "Software Engineer",
                "Software Engineer", "Test Engineer",
                "Technical Writer");
        staff.fillPosition("President",
                new Person("Me", "Last", "The Top, Lonely At"));
        staff.fillPosition("Project Lead",
                new Person("Janet", "Planner", "The Burbs"));
        if (staff.positionAvailable("Software Engineer"))
            staff.fillPosition("Software Engineer",
                    new Person(
                            "Bob", "Coder", "Bright Light City"));
        System.out.println(staff);
    }
}

輸出結果：

[Position: President, Employee: Me Last The Top, Lonely
At, Position: CTO, Employee: <Empty>, Position:
Marketing Manager, Employee: <Empty>, Position: Product
Manager, Employee: <Empty>, Position: Project Lead,
Employee: Janet Planner The Burbs, Position: Software
Engineer, Employee: Bob Coder Bright Light City,
Position: Software Engineer, Employee: <Empty>,
Position: Software Engineer, Employee: <Empty>,
Position: Software Engineer, Employee: <Empty>,
Position: Test Engineer, Employee: <Empty>, Position:
Technical Writer, Employee: <Empty>]

有些地方你可能還是要測試引用是不是 Optional，這跟檢查是否爲 null 沒什麼不同。但是在其它地方（例如本例中的 toString() 轉換），你就不必執行額外的測試了，而可以直接假設所有對象都是有效的。

標記接口

有時使用標記接口表示空值更方便，把它的名字當做標籤來用即可

用接口取代具體類，即可使用 DynamicProxy 自動創建 Null 對象。
假設有一個 Robot 接口

Operation 包含一個描述和一個命令（這用到了命令模式）。
定義成函數式接口的引用，所以可以把 lambda 表達式或者方法的引用傳給 Operation 的構造器：

現在我們可以創建一個掃雪 Robot：
假設許多不同類型的 Robot，想讓每種 Robot 都創建一個 Null 對象來執行一些特殊的操作
本例中，提供 Null 對象所代表 Robot 的確切類型信息。這些信息是通過動態代理捕獲的：

如果你需要一個空 Robot 對象，只需調用 newNullRobot()，並傳遞需要代理的 Robot 類型。這個代理滿足了 Robot 和 Null 接口的需要，並提供了它所代理的類型的確切名字。