Java GC面試題及答案（第5題）

● Java8 中的 Optional 類的解析

身為一名Java程序員，大家可能都有這樣的經歷：調用一個方法得到了返回值卻不能直接將返回值作為參數去調用別的方法。我們首先要判斷這個返回值是否為null，只有在非空的前提下才能將其作為其他方法的參數。這正是一些類似Guava的外部API試圖解決的問題。一些JVM編程語言比如Scala、Ceylon等已經將對在核心API中解決了這個問題。在之前一篇文章中，介紹了Scala是如何解決了這個問題。

新版本的Java，比如Java 8引入了一個新的Optional類。Optional類的Javadoc描述如下：

這是一個可以為null的容器對象。如果值存在則isPresent()方法會返回true，調用get()方法會返回該對象。

下面會逐個探討Optional類包含的方法，并通過一兩個示例展示如何使用。

方法1：Optional.of()

作用：為非null的值創建一個Optional。

說明：of方法通過工廠方法創建Optional類。需要注意的是，創建對象時傳入的參數不能為null。如果傳入參數為null，則拋出NullPointerException。

/調用工廠方法創建 Optional 實例
Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
//傳入參數為 null,拋出 NullPointerException.
Optional<String> someNull = Optional.of(null);

方法2：Optional.ofNullable()

作用：為指定的值創建一個Optional，如果指定的值為null，則返回一個空的Optional。說明：ofNullable與of方法相似，唯一的區別是可以接受參數為null的情況。

//下面創建了一個不包含任何值的 Optional 實例
//例如,值為'null'
Optional empty = Optional.ofNullable(null);

方法3：Optional.isPresent()

作用：判斷預期值是否存在

說明：如果值存在返回true，否則返回false。

//isPresent 方法用來檢查 Optional 實例中是否包含值
Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
if (name.isPresent()) {
    //在 Optional 實例內調用 get()返回已存在的值
    System.out.println(name.get());//輸出 Sanaulla
}

方法4：Optional.get()

作用：如果Optional有值則將其返回，否則拋出NoSuchElementException。

說明：上面的示例中，get方法用來得到Optional實例中的值。下面我們看一個拋出NoSuchElementException的例子

//執行下面的代碼會輸出：No value present
try {
    Optional empty = Optional.ofNullable(null);
    //在空的 Optional 實例上調用 get(),拋出 NoSuchElementException System.out.println(empty.get());
} catch (NoSuchElementException ex) {
    System.out.println(ex.getMessage());
}

方法5：Optional.ifPresent()

作用：如果Optional實例有值則為其調用consumer，否則不做處理

說明：要理解ifPresent方法，首先需要了解Consumer類。簡答地說，Consumer類包含一個抽象方法。該抽象方法對傳入的值進行處理，但沒有返回值。Java8支持不用接口直接通過lambda表達式傳入參數，如果Optional實例有值，調用ifPresent()可以接受接口段或lambda表達式

//ifPresent 方法接受 lambda 表達式作為參數。
//lambda 表達式對 Optional 的值調用 consumer 進行處理。
Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
name.ifPresent((value) -> {
    System.out.println("The length of the value is: " + value.length());
});

方法6：Optional.orElse()

作用：如果有值則將其返回，否則返回指定的其它值。

說明：如果Optional實例有值則將其返回，否則返回orElse方法傳入的參數。示例如下：

Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
Optional<String> someNull = Optional.of(null);
//如果值不為 null,orElse 方法返回 Optional 實例的值。
//如果為 null,返回傳入的消息。
//輸出：There is no value present!
System.out.println(empty.orElse("There is no value present!"));
//輸出：Sanaulla
System.out.println(name.orElse("There is some value!"));

方法7：Optional.orElseGet()

作用：如果有值則將其返回，否則返回指定的其它值。

說明：orElseGet與orElse方法類似，區別在于得到的默認值。orElse方法將傳入的字符串作為默認值，orElseGet方法可以接受Supplier接口的實現用來生成默認值

Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
Optional<String> someNull = Optional.of(null);
//orElseGet 與 orElse 方法類似,區別在于 orElse 傳入的是默認值,
//orElseGet 可以接受一個 lambda 表達式生成默認值。
//輸出：Default Value
System.out.println(empty.orElseGet(() -> "Default Value"));
//輸出：Sanaulla
System.out.println(name.orElseGet(() -> "Default Value"));

方法8：Optional.orElseThrow()

作用：如果有值則將其返回，否則拋出supplier接口創建的異常。

說明：在orElseGet方法中，我們傳入一個Supplier接口。然而，在orElseThrow中我們可以傳入一個lambda表達式或方法，如果值不存在來拋出異常

try {
    Optional<String> empty = Optional.of(null);
    //orElseThrow 與 orElse 方法類似。與返回默認值不同,
    //orElseThrow 會拋出 lambda 表達式或方法生成的異常
    empty.orElseThrow(ValueAbsentException::new);
} catch (Throwable ex) {
//輸出: No value present in the Optional instance System.out.println(ex.getMessage());
}

ValueAbsentException定義如下：

class ValueAbsentException extends Throwable {
    public ValueAbsentException() {
        super();
    }
    public ValueAbsentException(String msg) {
        super(msg);
    }
    @Override
    public String getMessage() {
        return "No value present in the Optional instance";
    }
}

方法9：Optional.map()

作用：如果有值，則對其執行調用mapping函數得到返回值。如果返回值不為null，則創建包含mapping返回值的Optional作為map方法返回值，否則返回空Optional。

說明：map方法用來對Optional實例的值執行一系列操作。通過一組實現了Function接口的lambda表達式傳入操作。

Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
//map 方法執行傳入的 lambda 表達式參數對 Optional 實例的值進行修改。
//為 lambda 表達式的返回值創建新的 Optional 實例作為 map 方法的返回值。
Optional<String> upperName = name.map((value) -> value.toUpperCase());
System.out.println(upperName.orElse("No value found"));

方法10：Optional.flatMap()

作用：如果有值，為其執行mapping函數返回Optional類型返回值，否則返回空Optional。flatMap與map（Funtion）方法類似，區別在于flatMap中的mapper返回值必須是Optional。調用結束時，flatMap不會對結果用Optional封裝。

說明：flatMap方法與map方法類似，區別在于mapping函數的返回值不同。map方法的mapping函數返回值可以是任何類型T，而flatMap方法的mapping函數必須是Optional。

Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
//flatMap 與 map（Function）非常類似,區別在于傳入方法的 lambda 表達式的返回類型。
//map 方法中的 lambda 表達式返回值可以是任意類型,在 map 函數返回之前會包裝為 Optional。
//但 flatMap 方法中的 lambda 表達式返回值必須是 Optionl 實例。
upperName = name.flatMap((value) -> Optional.of(value.toUpperCase()));
System.out.println(upperName.orElse("No value found"));//輸出 SANAULLA

方法11：Optional.filter()

作用：如果有值并且滿足斷言條件返回包含該值的Optional，否則返回空Optional。

說明：filter個方法通過傳入限定條件對Optional實例的值進行過濾。這里可以傳入一個lambda表達式。對于filter函數我們應該傳入實現了Predicate接口的lambda表達式。

Optional<String> name=Optional.of("Sanaulla");
//filter 方法檢查給定的 Option 值是否滿足某些條件。
//如果滿足則返回同一個 Option 實例,否則返回空 Optional。
Optional<String> longName=name.filter((value)->value.length()>6);
System.out.println(longName.orElse("The name is less than 6 characters"));
//輸出 Sanaulla

另一個例子是Optional值不滿足filter指定的條件。

Optional<String> anotherName = Optional.of("Sana");
Optional<String> shortName = anotherName.filter((value) -> value.length() > 6);
//輸出：name 長度不足 6 字符
System.out.println(shortName.orElse("The name is less than 6 characters"));

總結：Optional方法

以上，我們介紹了Optional類的各個方法。下面通過一個完整的示例對用法集中展示。

public class OptionalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //創建 Optional 實例,也可以通過方法返回值得到。
        Optional<String> name = Optional.of("Sanaulla");
        //創建沒有值的 Optional 實例,例如值為'null' Optional empty = Optional.ofNullable(null);
        //isPresent 方法用來檢查 Optional 實例是否有值。
        if (name.isPresent()) {
            //調用 get()返回 Optional 值。
            System.out.println(name.get());
        }
        try {
            //在 Optional 實例上調用 get()拋出 NoSuchElementException。System.out.println(empty.get());
        } catch (NoSuchElementException ex) {
            System.out.println(ex.getMessage());
        }
        //ifPresent 方法接受 lambda 表達式參數。
        //如果 Optional 值不為空,lambda 表達式會處理并在其上執行操作。
        name.ifPresent((value) -> {
            System.out.println("The length of the value is: " +
                    value.length());
        });
        //如果有值 orElse 方法會返回 Optional 實例,否則返回傳入的錯誤信息。
        System.out.println(empty.orElse("There is no value present!"));
        System.out.println(name.orElse("There is some value!"));
        //orElseGet 與 orElse 類似,區別在于傳入的默認值。
        //orElseGet 接受 lambda 表達式生成默認值。
        System.out.println(empty.orElseGet(() -> "Default Value"));
        System.out.println(name.orElseGet(() -> "Default Value"));
        try {
            //orElseThrow 與 orElse 方法類似,區別在于返回值。
            //orElseThrow 拋出由傳入的 lambda 表達式/方法生成異常。
            empty.orElseThrow(ValueAbsentException::new);
        } catch (Throwable ex) {
            System.out.println(ex.getMessage());
        }
        //map 方法通過傳入的 lambda 表達式修改 Optonal 實例默認值。
        //lambda 表達式返回值會包裝為 Optional 實例。
        Optional<String> upperName = name.map((value) -> value.toUpperCase());
        System.out.println(upperName.orElse("No value found"));
        //flatMap 與 map（Funtion）非常相似,區別在于 lambda 表達式的返回值。
        //map 方法的 lambda 表達式返回值可以是任何類型,但是返回值會包裝成 Optional 實例。
        //但是 flatMap 方法的 lambda 返回值總是 Optional 類型。
        upperName = name.flatMap((value) -> Optional.of(value.toUpperCase()));
        System.out.println(upperName.orElse("No value found"));
        //filter 方法檢查 Optiona 值是否滿足給定條件。
        //如果滿足返回 Optional 實例值,否則返回空 Optional。
        Optional<String> longName = name.filter((value) -> value.length()
                > 6);
        System.out.println(longName.orElse("The name is less than 6 characters"));
        //另一個示例,Optional 值不滿足給定條件。
        Optional<String> anotherName = Optional.of("Sana");
        Optional<String> shortName = anotherName.filter((value) -> value.length() > 6);
        System.out.println(shortName.orElse("The name is less than 6 characters"));
    }
}