作者：京東物流 王亞寧

1、NPE是什么？

NPE:NullPointerException（空指針異常）?？梢哉f自Null的誕生以來它就讓無數的程序員為之哀嚎，也是無數系統Bug的來源。托尼·霍爾（Tony Hoare），Null的發明者也表示過這是他十億美元的錯誤。當程序試圖在空引用（null）上調用方法或訪問屬性時，JVM會拋出NPE。例如：

String str = null;
int length = str.length(); // 這里會拋出NPE

1.1、NPE的常見原因

未初始化的對象：變量聲明后未賦值，即默認為null。

方法返回null：方法可能返回一個對象或null，但調用者未進行null檢查。

集合中的null元素：集合操作中插入了null，后續操作未處理。

多線程環境中的競態條件：一個線程修改對象狀態為null，另一個線程未及時檢查。

1.2、NPE的影響

程序崩潰：未處理的NPE會導致程序終止，影響用戶體驗。

調試困難：NPE的堆棧信息可能不直觀，定位問題源頭耗時。

代碼質量下降：頻繁的NPE表明代碼缺乏健壯的null處理機制。

2、Optional庫介紹

為了應對NPE問題，Java 8引入了Optional類，它是一個容器對象，可以包含或不包含非null的值。通過Optional，開發者可以顯式地表示一個值是可選的，從而強制進行null檢查，減少NPE的發生。

2.1、Optional的基本用法

創建Optional對象
Optional optional = Optional.of("Hello"); // 創建包含值的Optional
Optional emptyOptional = Optional.empty(); // 創建空的Optional
Optional nullableOptional = Optional.ofNullable(null); // 可以接受null

獲取值
// 使用get()獲取值，如果為空則拋出NoSuchElementException
optional.get();

// 使用orElse()提供默認值
String value = optional.orElse("Default");

// 使用orElseGet()提供默認值的Supplier
String value = optional.orElseGet(() -> "Default");

// 使用orElseThrow()在值為空時拋出異常
String value = optional.orElseThrow(() -> new IllegalArgumentException("Value is null"));

處理值
// 使用ifPresent()在值存在時執行操作
optional.ifPresent(val -> System.out.println(val));

// 使用map()轉換值
Optional lengthOptional = optional.map(String::length);

// 使用flatMap()處理嵌套的Optional
Optional> nestedOptional = Optional.of(Optional.of("Nested"));
Optional flatOptional = nestedOptional.flatMap(opt -> opt);

2.2、Optional的優勢

明確的意圖：方法返回Optional表明返回值可能為空，增強代碼的可讀性。

強制null檢查：通過Optional的方法鏈，開發者必須處理可能的空值，減少遺漏。

函數式編程支持：與Lambda表達式和Stream API無縫結合，簡化代碼邏輯。

3、最佳實例示例

示例背景

假設有一個用戶類User，包含一個地址類Address，而地址類中又包含城市信息City。在獲取用戶的城市名稱時，存在多級空指針的風險。

public class User {
    private Address address;

    public Address getAddress() {
        return address;
    }
}

public class Address {
    private City city;

    public City getCity() {
        return city;
    }
}

public class City {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }
}

使用傳統方式處理NPE

在沒有使用Optional的情況下，獲取城市名稱可能需要多級null檢查：

public String getUserCityName(User user) {
    if (user != null) {
        Address address = user.getAddress();
        if (address != null) {
            City city = address.getCity();
            if (city != null) {
                return city.getName();
            }
        }
    }
    return "Unknown";
}

上述代碼層層嵌套，邏輯復雜，且易于遺漏某一級的null檢查。并且代碼也不容易閱讀

使用Optional簡化代碼

利用Optional，可以將多級null檢查轉化為鏈式調用，代碼更加簡潔明了：

public String getUserCityName(Optional userOptional) {
    return userOptional
            .map(User::getAddress)
            .map(Address::getCity)
            .map(City::getName)
            .orElse("Unknown");
}

另一個實例：處理方法返回值

假設有一個方法findUserById，可能返回一個User對象或null。使用Optional可以優雅地處理返回值。

public Optional findUserById(String userId) {
    User user = userRepository.findById(userId); // 可能返回null
    return Optional.ofNullable(user);
}

調用方可以這樣使用：

findUserById("12345")
    .map(User::getAddress)
    .map(Address::getCity)
    .map(City::getName)
    .ifPresent(cityName -> System.out.println("User city: " + cityName));

如果User不存在或其地址、城市信息為null，上述代碼不會執行ifPresent中的打印操作，避免了NPE的風險。

總結

通過合理使用Java 8的Optional類，我們開發者可以有效減少NullPointerException的發生，提高代碼的健壯性和可維護性。然而，Optional并非萬能，需結合具體場景合理使用。掌握Optional的使用技巧和最佳實踐，將有助于編寫更安全、優雅的Java代碼，真正做到“善用Optional，告別NPE”。

審核編輯 黃宇