Java开发笔记(七十七)使用Optional规避空指针异常

前面在介绍清单用法的时候,讲到了既能使用for循环遍历清单,也能通过stream流式加工清单。譬如从一个苹果清单中挑选出红苹果清单,采取for循环和流式处理都可以实现。下面是通过for循环挑出红苹果清单的代码例子:

	// 通过简单的for循环挑出红苹果清单
	private static void getRedAppleWithFor(List<Apple> list) {
		List<Apple> redAppleList = new ArrayList<Apple>();
		for (Apple apple : list) { // 遍历现有的苹果清单
			if (apple.isRedApple()) { // 判断是否为红苹果
				redAppleList.add(apple);
			}
		}
		System.out.println("for循环 红苹果清单=" + redAppleList.toString());
	}

 

至于通过流式处理挑出红苹果清单的代码示例如下:

	// 通过流式处理挑出红苹果清单
	private static void getRedAppleWithStream(List<Apple> list) {
		// 挑出红苹果清单
		List<Apple> redAppleList = list.stream() // 串行处理
				.filter(Apple::isRedApple) // 过滤条件。专门挑选红苹果
				.collect(Collectors.toList()); // 返回一串清单
		System.out.println("流式处理 红苹果清单=" + redAppleList.toString());
	}

 

然而上述的两段代码只能在数据完整的情况下运行,一旦原始的苹果清单存在数据缺失,则两段代码均无法正常运行。例如,苹果清单为空,清单中的某条苹果记录为空,某个苹果记录的颜色字段为空,这三种情况都会导致程序遇到空指针异常而退出。看来编码不是一件轻松的活,不但要让程序能跑通正确的数据,而且要让程序对各种非法数据应对自如。换句话说,程序要足够健壮,要拥有适当的容错性,即使是吃错药了,也要能够自动吐出来,而不是硬吞下去结果一病不起。对应到挑选红苹果的场合中,则需层层递进判断原始苹果清单的数据完整性,倘若发现任何一处的数据存在缺漏情况(如出现空指针),就跳过该处的数据处理。于是在for循环前后添加了空指针校验的红苹果挑选代码变成了下面这样:

	// 在for循环的内外添加必要的空指针校验
	private static void getRedAppleWithNull(List<Apple> list) {
		List<Apple> redAppleList = new ArrayList<Apple>();
		if (list != null) { // 判断清单非空
			for (Apple item : list) { // 遍历现有的苹果清单
				if (item != null) { // 判断该记录非空
					if (item.getColor() != null) { // 判断颜色字段非空
						if (item.isRedApple()) { // 判断是否为红苹果
							redAppleList.add(item);
						}
					}
				}
			}
		}
		System.out.println("加空指针判断 红苹果清单=" + redAppleList.toString());
	}

 

由此可见修改后的for循环代码一共增加了三个空指针判断,但是上面代码明显太复杂了,不必说层层嵌套的条件分支,也不必说多次缩进的代码格式,单单说后半部分的数个右花括号,简直叫人看得眼花缭乱,难以分清哪个右花括号究竟对应上面的哪个流程控制语句。这种情况实在考验程序员的眼力,要是一不留神看走眼放错其它代码的位置,岂不是捡了芝麻丢了西瓜?
空指针的校验代码固然繁琐,却是万万少不了的,究其根源,乃是Java设计之初偷懒所致。正常情况下,声明某个对象时理应为其分配默认值,从而确保该对象在任何时候都是有值的,但早期的Java图省事,如果程序员没在声明对象的同时加以赋值,那么系统也不给它初始化,结果该对象只好指向一个虚无缥缈的空间,而在太虚幻境中无论做什么事情都只能是黄粱一梦。
空指针的设计缺陷根深蒂固,以至于后来的Java版本难以根除该毛病,迟至Java8才推出了针对空指针的解决方案——可选器Optional。Optional本质上是一种特殊的容器,其内部有且仅有一个元素,同时该元素还可能为空。围绕着这个可空元素,Optional衍生出若干泛型方法,目的是将复杂的流程控制语句归纳为接续进行的方法调用。为了兼容已有的Java代码,通常并不直接构造Optional实例,而是调用它的ofNullable方法塞入某个实体对象,再调用Optional实例的其它方法进行处理。Optional常用的实例方法罗列如下:
get:获取可选器中保存的元素。如果元素为空,则扔出无此元素异常NoSuchElementException。
isPresent:判断可选器中元素是否为空。非空返回true,为空返回false。
ifPresent:如果元素非空,则对该元素执行指定的Consumer消费事件。
filter:如果元素非空,则根据Predicate断言条件检查该元素是否符合要求,只有符合才原样返回,若不符合则返回空值。
map:如果元素非空,则执行Function函数实例规定的操作,并返回指定格式的数据。
orElse:如果元素非空就返回该元素,否则返回指定的对象值。
orElseThrow:如果元素非空就返回该元素,否则扔出指定的异常。
接下来看一个Optional的简单应用例子,之前在苹果类中写了isRedApple方法,用来判断自身是否为红苹果,该方法的代码如下所示:

	// 判断是否红苹果
	public boolean isRedApple() {
		// 不严谨的写法。一旦color字段为空,就会发生空指针异常
		return this.color.toLowerCase().equals("red");
	}

 

显而易见这个isRedApple方法很不严谨,一旦颜色color字段为空,就会发生空指针异常。常规的补救自然是增加空指针判断,遇到空指针的情况便自动返回false,此时方法代码优化如下:

	// 判断是否红苹果
	public boolean isRedApple() {
		// 常规的写法,判断color字段是否为空,再做分支处理
		boolean isRed = (this.color==null) ? false : this.color.toLowerCase().equals("red");
		return isRed;
	}

 

现在借助可空器Optional,支持一路过来的方法调用,先调用ofNullable方法设置对象实例,再调用map方法转换数据类型,再调用orElse方法设置空指针之时的取值,最后调用equals方法进行颜色对比。采取Optional形式的方法代码示例如下:

	// 判断是否红苹果
	public boolean isRedApple() {
		// 利用Optional进行可空对象的处理,可空对象指的是该对象可能不存在(空指针)
		boolean isRed = Optional.ofNullable(this.color) // 构造一个可空对象
				.map(color -> color.toLowerCase()) // map指定了非空时候的取值
				.orElse("null") // orElse设置了空指针时候的取值
				.equals("red"); // 再判断是否红苹果
		return isRed;
	}

 

然而上面Optional方式的代码行数明显超过了条件分支语句,它的先进性又何从体现呢?其实可选器并非要完全取代原先的空指针判断,而是提供了另一种解决问题的新思路,通过合理搭配各项技术,方能取得最优的解决办法。仍以挑选红苹果为例,原本判断元素非空的分支语句“if (item != null)”,采用Optional改进之后的循环代码如下所示:

	// 把for循环的内部代码改写为Optional校验方式
	private static void getRedAppleWithOptionalOne(List<Apple> list) {
		List<Apple> redAppleList = new ArrayList<Apple>();
		if (list != null) { // 判断清单非空
			for (Apple item : list) { // 遍历现有的苹果清单
				if (Optional.ofNullable(item) // 构造一个可空对象
						.map(apple -> apple.isRedApple()) // map指定了item非空时候的取值
						.orElse(false)) { // orElse指定了item为空时候的取值
					redAppleList.add(item);
				}
			}
		}
		System.out.println("Optional1判断 红苹果清单=" + redAppleList.toString());
	}

 

注意到以上代码仍然存在形如“if (list != null)”的清单非空判断,而且该分支后面还有要命的for循环,这下既要利用Optional的ifPresent方法输入消费行为,又要使用流式处理的forEach方法遍历每个元素。于是进一步改写后的Optional代码变成了下面这般:

	// 把清单的非空判断代码改写为Optional校验方式
	private static void getRedAppleWithOptionalTwo(List<Apple> list) {
		List<Apple> redAppleList = new ArrayList<Apple>();
		Optional.ofNullable(list) // 构造一个可空对象
			.ifPresent( // ifPresent指定了list非空时候的处理
				apples -> {
					apples.stream().forEach( // 对苹果清单进行流式处理
							item -> {
								if (Optional.ofNullable(item) // 构造一个可空对象
										.map(apple -> apple.isRedApple()) // map指定了item非空时候的取值
										.orElse(false)) { // orElse指定了item为空时候的取值
									redAppleList.add(item);
								}
							});
				});
		System.out.println("Optional2判断 红苹果清单=" + redAppleList.toString());
	}

 

虽然二度改进后的代码已经消除了空指针判断分支,但是依然留下是否为红苹果的校验分支,仅存的if语句着实碍眼,干脆一不做二不休引入流式处理的filter方法替换if语句。几经修改得到了以下的最终优化代码:

	// 联合运用Optional校验和流式处理
	private static void getRedAppleWithOptionalThree(List<Apple> list) {
		List<Apple> redAppleList = new ArrayList<Apple>();
		Optional.ofNullable(list) // 构造一个可空对象
				.ifPresent(apples -> { // ifPresent指定了list非空时候的处理
					// 从原始清单中筛选出红苹果清单
					redAppleList.addAll(apples.stream()
								.filter(a -> a != null) // 只挑选非空元素
								.filter(Apple::isRedApple) // 只挑选红苹果
								.collect(Collectors.toList())); // 返回结果清单
					});
		System.out.println("Optional3判断 红苹果清单=" + redAppleList.toString());
	}

 

好不容易去掉了所有if和for语句,尽管代码的总行数未有明显减少,不过逻辑结构显然变得更加清晰了。



更多Java技术文章参见《Java开发笔记(序)章节目录

posted @ 2019-03-27 20:41  pinlantu  阅读(971)  评论(0编辑  收藏  举报