臭名昭著的空指针异常是导致Java应用程序失败的最常见原因。以前，为了解决空指针异常，Google公司著名的Guava项目引入了Optional类，Guava通过使用检查空值的方式来防止代码污染，它鼓励程序员写更干净的代码。受到Google Guava的启发，Optional类已经成为Java 8类库的一部分。

Optional类是什么

Optional 类(java.util.Optional) 是一个容器类，它可以保存类型T的值，代表这个值存在。或者仅仅保存null，表示这个值不存在。原来用 null 表示一个值不存在，现在 Optional 可以更好的表达这个概念。并且可以避免空指针异常。

我们来模拟一个实际的应用场景。小王第一天上班，领导老马就给他安排了一个任务，要他从数据库中根据会员 ID 拉取一个会员的姓名，然后将姓名打印到控制台。虽然是新来的，但这个任务难不倒小王，于是他花了 10 分钟写下了这段代码：

public class WithoutOptionalDemo {
    class Member {
        private String name;

        public String getName() {
            return name;
        }
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Member mem = getMemberByIdFromDB();
        if (mem != null) {
            System.out.println(mem.getName());
        }
    }

    public static Member getMemberByIdFromDB() {
        // 当前 ID 的会员不存在
        return null;
    }
}

由于当前 ID 的会员不存在，所以 getMemberByIdFromDB() 方法返回了 null 来作为没有获取到该会员的结果，那就意味着在打印会员姓名的时候要先对 mem 判空，否则就会抛出 NPE 异常.

小王把代码提交后，就兴高采烈地去找老马要新的任务了。本着虚心学习的态度，小王请求老马看一下自己的代码，于是老王就告诉他应该尝试一下 Optional，可以避免没有必要的 null 值检查。现在，让我们来看看小王是如何通过 Optional 来解决上述问题的。

public class OptionalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Optional<Member> optional = getMemberByIdFromDB();
        optional.ifPresent(mem -> {
            System.out.println("会员姓名是：" + mem.getName());
        });
    }

    public static Optional<Member> getMemberByIdFromDB() {
        boolean hasName = true;
        if (hasName) {
            return Optional.of(new Member("沉默王二"));
        }
        return Optional.empty();
    }
}
class Member {
    private String name;
    public String getName() {
        return name;
    }
    // getter / setter
}

getMemberByIdFromDB() 方法返回了 Optional<Member> 作为结果，这样就表明 Member 可能存在，也可能不存在，这时候就可以在 Optional 的 ifPresent() 方法中使用 Lambda 表达式来直接打印结果。

Optional 之所以可以解决 NPE 的问题，是因为它明确的告诉我们，不需要对它进行判空。它就好像十字路口的路标，明确地告诉你该往哪走。

创建 Optional 对象

• 可以使用静态方法 empty() 创建一个空的 Optional 对象

Optional<String> empty = Optional.empty();
System.out.println(empty); // 输出：Optional.empty

• 可以使用静态方法 of() 创建一个非空的 Optional 对象

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt); // 输出：Optional[沉默王二]

• 可以使用静态方法 ofNullable() 创建一个即可空又可非空的 Optional 对象

String name = null;
Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(name);
System.out.println(optOrNull); // 输出：Optional.empty

ofNullable() 方法内部有一个三元表达式，如果为参数为 null，则返回私有常量 EMPTY；否则使用 new 关键字创建了一个新的 Optional 对象——不会再抛出 NPE 异常了。

判断值是否存在(isPresent)

可以通过方法 isPresent() 判断一个 Optional 对象是否存在，如果存在，该方法返回 true，否则返回 false——取代了 obj != null 的判断。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt.isPresent()); // 输出：true

Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
System.out.println(opt.isPresent()); // 输出：false

Java 11 后还可以通过方法 isEmpty() 判断与 isPresent() 相反的结果。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt.isPresent()); // 输出：false

Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
System.out.println(opt.isPresent()); // 输出：true

非空表达式(ofNullable)

Optional 类有一个非常现代化的方法——ifPresent()，允许我们使用函数式编程的方式执行一些代码，因此，我把它称为非空表达式。如果没有该方法的话，我们通常需要先通过 isPresent() 方法对 Optional 对象进行判空后再执行相应的代码：

Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
if (optOrNull.isPresent()) {
    System.out.println(optOrNull.get().length());
}

有了 ifPresent() 之后，情况就完全不同了，可以直接将 Lambda 表达式传递给该方法，代码更加简洁，更加直观。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
opt.ifPresent(str -> System.out.println(str.length()));

Java 9 后还可以通过方法 ifPresentOrElse(action, emptyAction) 执行两种结果，非空时执行 action，空时执行 emptyAction。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
opt.ifPresentOrElse(str -> System.out.println(str.length()), () -> System.out.println("为空"));

设置（获取）默认值(orElse/orElseGet/orElseThrow)

有时候，我们在创建（获取） Optional 对象的时候，需要一个默认值，orElse() 和 orElseGet() 方法就派上用场了。

orElse() 方法用于返回包裹在 Optional 对象中的值，如果该值不为 null，则返回；否则返回默认值。该方法的参数类型和值得类型一致。

String nullName = null;
String name = Optional.ofNullable(nullName).orElse("沉默王二");
System.out.println(name); // 输出：沉默王二

orElseGet() 方法与 orElse() 方法类似，但参数类型不同。如果 Optional 对象中的值为 null，则执行参数中的函数。

String nullName = null;
String name = Optional.ofNullable(nullName).orElseGet(()->"沉默王二");
System.out.println(name); // 输出：沉默王二

从输出结果以及代码的形式上来看，这两个方法极其相似，这不免引起我们的怀疑，Java 类库的设计者有必要这样做吗？

假设现在有这样一个获取默认值的方法，很传统的方式。

public static String getDefaultValue() {
    System.out.println("getDefaultValue");
    return "沉默王二";
}

然后，通过 orElse() 方法和 orElseGet() 方法分别调用 getDefaultValue() 方法返回默认值。

public static void main(String[] args) {
    String name = null;
    System.out.println("orElse");
    String name2 = Optional.ofNullable(name).orElse(getDefaultValue());

    System.out.println("orElseGet");
    String name3 = Optional.ofNullable(name).orElseGet(OrElseOptionalDemo::getDefaultValue);
}

注：类名 :: 方法名是 Java 8 引入的语法，方法名后面是没有 () 的，表明该方法并不一定会被调用。

过滤值(filter)

public class FilterOptionalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String password = "12345";
        Optional<String> opt = Optional.ofNullable(password);
        System.out.println(opt.filter(pwd -> pwd.length() > 6).isPresent());
    }
}

filter() 方法的参数类型为 Predicate（Java 8 新增的一个函数式接口），也就是说可以将一个 Lambda 表达式传递给该方法作为条件，如果表达式的结果为 false，则返回一个 EMPTY 的 Optional 对象，否则返回过滤后的 Optional 对象。

在上例中，由于 password 的长度为 5 ，所以程序输出的结果为 false。假设密码的长度要求在 6 到 10 位之间，那么还可以再追加一个条件。来看小王增加难度后的代码。

Predicate<String> len6 = pwd -> pwd.length() > 6;
Predicate<String> len10 = pwd -> pwd.length() < 10;

password = "1234567";
opt = Optional.ofNullable(password);
boolean result = opt.filter(len6.and(len10)).isPresent();
System.out.println(result);

map

如果当前 Optional 为 Optional.empty，则依旧返回 Optional.empty；否则返回一个新的 Optional，该 Optional 包含的是：函数 mapper 在以 value 作为输入时的输出值。

Optional<String> username = Optional
        .ofNullable(getUserById(id))
        .map(user -> user.getUsername());
        
System.out.println("Username is: " + username.orElse("Unknown"));

而且我们可以多次使用map操作：

Optional<String> username = Optional
        .ofNullable(getUserById(id))
        .map(user -> user.getUsername())
        .map(name -> name.toLowerCase())
        .map(name -> name.replace('_', ' '));
        
System.out.println("Username is: " + username.orElse("Unknown"));

flatMap

flatMap 方法与 map 方法的区别在于，map 方法参数中的函数 mapper 输出的是值，然后 map 方法会使用 Optional.ofNullable 将其包装为 Optional；而 flatMap 要求参数中的函数 mapper 输出的就是 Optional。

Optional<String> username = Optional
        .ofNullable(getUserById(id))
        .flatMap(user -> Optional.of(user.getUsername()))
        .flatMap(name -> Optional.of(name.toLowerCase()));
        
System.out.println("Username is: " + username.orElse("Unknown"));

Java9 对Optional的增强

or方法

or 方法的作用是，如果一个 Optional 包含值，则返回自己；否则返回由参数 supplier 获得的 Optional

ifPresentOrElse

ifPresentOrElse 方法的用途是，如果一个 Optional 包含值，则对其包含的值调用函数 action，即 action.accept(value)，这与 ifPresent 一致；与 ifPresent 方法的区别在于，ifPresentOrElse 还有第二个参数 emptyAction —— 如果 Optional 不包含值，那么 ifPresentOrElse 便会调用 emptyAction，即 emptyAction.run()

stream

stream 方法的作用就是将 Optional 转为一个 Stream，如果该 Optional 中包含值，那么就返回包含这个值的 Stream；否则返回一个空的 Stream（Stream.empty()）。
举个例子，在 Java8，我们会写下面的代码：

// 此处 getUserById 返回的是 Optional<User>
public List<User> getUsers(Collection<Integer> userIds) {
       return userIds.stream()
            .map(this::getUserById)     // 获得 Stream<Optional<User>>
            .filter(Optional::isPresent)// 去掉不包含值的 Optional
            .map(Optional::get)
            .collect(Collectors.toList());
}

而有了 Optional.stream()，我们就可以将其简化为

public List<User> getUsers(Collection<Integer> userIds) {
    return userIds.stream()
            .map(this::getUserById)    // 获得 Stream<Optional<User>>
            .flatMap(Optional::stream) // Stream 的 flatMap 方法将多个流合成一个流
            .collect(Collectors.toList());
}