null 不好，我真的推薦你使用 Optional

waynaqua發表於2023-11-18
Null

"Null 很糟糕." - Doug Lea。

Doug Lea 是一位美國的電腦科學家，他是 Java 平臺的併發和集合框架的主要設計者之一。他在 2014 年的一篇文章中說過：“Null sucks.”1，意思是 null 很糟糕。他認為 null 是一種不明確的表示，它既可以表示一個值不存在，也可以表示一個值未知，也可以表示一個值無效。這樣就會導致很多邏輯錯誤和空指標異常，給程式設計師帶來很多麻煩。他建議使用 Optional 類來封裝可能為空的值，從而提高程式碼的可讀性和健壯性。

"發明 null 引用是我的十億美元錯誤。" - Sir C. A. R. Hoare。

Sir C. A. R. Hoare 是一位英國的電腦科學家，他是快速排序演算法、Hoare 邏輯和通訊順序程式等重要概念的發明者。他在 2009 年的一個軟體會議上道歉說：“I call it my billion-dollar mistake. It was the invention of the null reference in 1965.”，意思是他把 null 引用稱為他的十億美元錯誤。他說他在 1965 年設計 ALGOL W 語言時，引入了 null 引用的概念，用來表示一個物件變數沒有指向任何物件。他當時認為這是一個很簡單和自然的想法，但後來發現這是一個非常糟糕的設計，因為它導致了無數的錯誤、漏洞和系統崩潰。他說他應該使用一個特殊的物件來表示空值，而不是使用 null。

自作者從事 Java 程式設計一來，就與 null 引用相伴，與 NullPointerException 相遇已經是家常便飯了。

null 引用是一種表示一個物件變數沒有指向任何物件的方式，它是 Java 語言中的一個特殊值，也是導致空指標異常（NullPointerException）的主要原因。雖然 null 引用可以用來表示一個值不存在或未知，也可以用來節省記憶體空間。但是它也不符合物件導向的思想，因為它不是一個物件，不能呼叫任何方法或屬性。

可以看到，null 引用並不好，我們應該儘量避免使用 null，那麼我們該怎麼避免 null 引用引起的邏輯錯誤和執行時異常嘞？

其實這個問題 Java 的設計者也知道，於是他們在 Java8 之後設計引入了 Optional 類解決這個問題，本文將給大家詳細介紹下 Optional 類的設計目的以及使用方法。

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Optional 類是什麼？

Optional 類是 java 8 中引入的一個新的類，它的作用是封裝一個可能為空的值，從而避免空指標異常（NullPointerException）。Optional 類可以看作是一個容器，它可以包含一個非空的值，也可以為空。Optional 類提供了一些方法，讓我們可以更方便地處理可能為空的值，而不需要顯式地進行空值檢查或者使用 null。

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Optional 類的設計

Optional 類的設計是基於函數語言程式設計的思想，它借鑑了 Scala 和 Haskell 等語言中的 Option 型別。Optional 類實現了 java.util.function 包中的 Supplier、Consumer、Predicate、Function 等介面，這使得它可以和 lambda 表示式或者方法引用一起使用，形成更簡潔和優雅的程式碼。

Optional 類被 final 修飾，因此它是一個不可變的類，它有兩個靜態方法用於建立 Optional 物件。

Optional.empty()

Optional.empty 表示一個空的 Optional 物件，它不包含任何值。

// 建立一個空的 Optional 物件
Optional<String> empty = Optional.empty();

Optional.of(T value)

Optional.of 表示一個非空的 Optional 物件，它包含一個非空的值。

// 建立一個非空的 Optional 物件
Optional<String> hello = Optional.of("Hello");

Optional.ofNullable(T value)

注意，如果我們使用 Optional.of 方法傳入一個 null 值，會丟擲 NullPointerException。如果我們不確定一個值是否為空，可以使用 Optional.ofNullable 方法，它會根據值是否為空，返回一個相應的 Optional 物件。例如：

// 建立一個可能為空的 Optional 物件
Optional<String> name = Optional.ofNullable("Hello");

Optional 物件的使用方法

Optional 物件提供了一些方法，讓我們可以更方便地處理可能為空的值，而不需要顯式地進行空值檢查或者使用 null。以下是一些常用的方法。

isPresent()

判斷 Optional 物件是否包含一個非空的值，返回一個布林值。

get()

如果 Optional 物件包含一個非空的值，返回該值，否則丟擲 NoSuchElementException 異常。


// 使用 isPresent 和 get 方法
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
if (name.isPresent()) {
    System.out.println("Hello, " + name.get());
} else {
    System.out.println("Name is not available");
}
// 輸出：Hello tom

ifPresent(Consumer<? super T> action)

如果 Optional 物件包含一個非空的值，執行給定的消費者操作，否則什麼也不做。

// 使用 ifPresent(Consumer<? super T> action)
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
name.ifPresent(s -> {
    System.out.println("Hello, " + name.get());
});
// 輸出：Hello tom

orElse(T other)

如果 Optional 物件包含一個非空的值，返回該值，否則返回給定的預設值。

// 使用 orElse(T other)
Optional<String> name = Optional.ofNullable(null);
String greeting = "Hello, " + name.orElse("Guest");
System.out.println(greeting);
// 輸出：Hello Guest

orElseGet(Supplier<? extends T> supplier)

如果 Optional 物件包含一個非空的值，返回該值，否則返回由給定的供應者操作生成的值。

// 使用 orElseGet(Supplier<? extends T> supplier)
Optional<String> name = Optional.ofNullable(null);
String greeting = "Hello, " + name.orElseGet(() -> "Guset");
System.out.println(greeting);
// 輸出：Hello Guset

orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier)

如果 Optional 物件包含一個非空的值，返回該值，否則丟擲由給定的異常供應者操作生成的異常。

// 使用 orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier)
Optional<String> name = Optional.ofNullable(null);
String greeting = "Hello, " + name.orElseThrow(() -> new NullPointerException("null"));
// 丟擲 java.lang.NullPointerException: null 異常

map(Function<? super T,? extends U> mapper)

如果 Optional 物件包含一個非空的值，對該值應用給定的對映函式，返回一個包含對映結果的 Optional 物件，否則返回一個空的 Optional 物件。

// 使用 map(Function<? super T,? extends U> mapper)
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
String greeting = "Hello, " + name.map(s -> s.toUpperCase()).get();
System.out.println(greeting);
// 輸出：Hello TOM

flatMap(Function<? super T,Optional<U>> mapper)

如果 Optional 物件包含一個非空的值，對該值進行 mapper 引數操作，返回新的 Optional 物件，否則返回一個空的 Optional 物件。

// 使用 flatMap(Function<? super T,Optional<U>> mapper)
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
String greeting = name.flatMap(s -> Optional.of("Hello " + s)).get();
System.out.println(greeting);
// 輸出：Hello tom

filter(Predicate<? super T> predicate)

如果 Optional 物件包含一個非空的值，並且該值滿足給定的謂詞條件，返回包含該值的 Optional 物件，否則返回一個空的 Optional 物件。

// filter(Predicate<? super T> predicate)
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
String greeting = "Hello " + name.filter(s -> !s.isEmpty()).get();
System.out.println(greeting);
// 輸出：Hello tom

Java 9 中 Optional 改進

Java 9 中 Optional 類有了一些改進，主要是增加了三個新的方法，分別是 stream()、ifPresentOrElse() 和 or()。這些方法可以讓我們更方便地處理可能為空的值，以及和流或其他返回 Optional 的方法結合使用。我來詳細講解一下這些方法的作用和用法。

stream()

這個方法可以將一個 Optional 物件轉換為一個 Stream 物件，如果 Optional 物件包含一個非空的值，那麼返回的 Stream 物件就包含這個值，否則返回一個空的 Stream 物件。這樣我們就可以利用 Stream 的各種操作來處理 Optional 的值，而不需要顯式地判斷是否為空。我們可以用 stream() 方法來過濾一個包含 Optional 的列表，只保留非空的值，如下所示：

List<Optional<String>> list = Arrays.asList(
        Optional.empty(),
        Optional.of("A"),
        Optional.empty(),
        Optional.of("B")
);

// 使用 stream() 方法過濾列表，只保留非空的值
List<String> filteredList = list.stream()
        .flatMap(Optional::stream)
        .collect(Collectors.toList());

System.out.println(filteredList);
// 輸出 [A, B]

ifPresentOrElse(Consumer<? super T> action, Runnable emptyAction)

這個方法可以讓我們在 Optional 物件包含值或者為空時，執行不同的操作。它接受兩個引數，一個是 Consumer 型別的 action，一個是 Runnable 型別的 emptyAction。如果 Optional 物件包含一個非空的值，那麼就執行 action.accept(value)，如果 Optional 物件為空，那麼就執行 emptyAction.run()。這樣我們就可以避免使用 if-else 語句來判斷 Optional 是否為空，而是使用函數語言程式設計的方式來處理不同的情況。我們可以用 ifPresentOrElse() 方法來列印 Optional 的值，或者提示不可用，如下所示 ：

Optional<Integer> optional = Optional.of(1);
optional.ifPresentOrElse(
    x -> System.out.println("Value: " + x),
    () -> System.out.println("Not Present.")
);

optional = Optional.empty();
optional.ifPresentOrElse(
    x -> System.out.println("Value: " + x),
    () -> System.out.println("Not Present.")
);

// 輸出：Value: 1
// 輸出：Not Present.

or(Supplier<? extends Optional<? extends T>> supplier)

這個方法可以讓我們在 Optional 物件為空時，返回一個預設的值。它接受一個 Supplier 型別的 supplier，如果 Optional 物件包含一個非空的值，那麼就返回這個 Optional 物件本身，如果 Optional 物件為空，那麼就返回 supplier.get() 返回的 Optional 物件。這樣我們就可以避免使用三元運算子或者其他方式來設定預設值，而是使用函數語言程式設計的方式來提供備選值。我們可以用 or() 方法來設定 Optional 的預設值，如下所示：

Optional<String> optional = Optional.of("Hello ");
Supplier<Optional<String>> supplier = () -> Optional.of("tom");
optional = optional.or(supplier);
optional.ifPresent(x -> System.out.println(x));

optional = Optional.empty();
optional = optional.or(supplier);
optional.ifPresent(x -> System.out.println(x));

// 輸出：Hello 
// 輸出：tom

為什麼我推薦你使用 Optional 類

最後我總結一下使用 Optional 類的幾個好處：

  1. 可以避免空指標異常，提高程式碼的健壯性和可讀性。
  2. 可以減少顯式的空值檢查和 null 的使用，使程式碼更簡潔和優雅。
  3. 可以利用函數語言程式設計的特性，實現更靈活和高效的邏輯處理。
  4. 可以提高程式碼的可測試性，方便進行單元測試和整合測試。

總之，Optional 類是一個非常有用的類，它可以幫助我們更好地處理可能為空的值，提高程式碼的質量和效率。所以我強烈推薦你在 Java 開發中使用 Optional 類，你會發現它的魅力和好處。

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