作者：京东物流 王亚宁
1、NPE是什么？
NPE:NullPointerException（空指针异常）。可以说自Null的诞生以来它就让无数的程序员为之哀嚎，也是无数系统Bug的来源。托尼·霍尔（Tony Hoare），Null的发明者也表示过这是他十亿美元的错误。当程序试图在空引用（null）上调用方法或访问属性时，JVM会抛出NPE。例如：
String str = null; int length = str.length(); // 这里会抛出NPE
1.1、NPE的常见原因
未初始化的对象：变量声明后未赋值，即默认为null。
方法返回null：方法可能返回一个对象或null，但调用者未进行null检查。
集合中的null元素：集合操作中插入了null，后续操作未处理。
多线程环境中的竞态条件：一个线程修改对象状态为null，另一个线程未及时检查。
1.2、NPE的影响
程序崩溃：未处理的NPE会导致程序终止，影响用户体验。
调试困难：NPE的堆栈信息可能不直观，定位问题源头耗时。
代码质量下降：频繁的NPE表明代码缺乏健壮的null处理机制。
2、Optional库介绍
为了应对NPE问题，Java 8引入了Optional类，它是一个容器对象，可以包含或不包含非null的值。通过Optional，开发者可以显式地表示一个值是可选的，从而强制进行null检查，减少NPE的发生。
2.1、Optional的基本用法
创建Optional对象
Optional< String > optional = Optional.of("Hello"); // 创建包含值的Optional
Optional< String > emptyOptional = Optional.empty(); // 创建空的Optional
Optional< String > nullableOptional = Optional.ofNullable(null); // 可以接受null
获取值
// 使用get()获取值，如果为空则抛出NoSuchElementException
optional.get();
// 使用orElse()提供默认值
String value = optional.orElse("Default");
// 使用orElseGet()提供默认值的Supplier
String value = optional.orElseGet(() -> "Default");
// 使用orElseThrow()在值为空时抛出异常
String value = optional.orElseThrow(() -> new IllegalArgumentException("Value is null"));
处理值
// 使用ifPresent()在值存在时执行操作
optional.ifPresent(val -> System.out.println(val));
// 使用map()转换值
Optional< Integer > lengthOptional = optional.map(String::length);
// 使用flatMap()处理嵌套的Optional
Optional< Optional< String >> nestedOptional = Optional.of(Optional.of("Nested"));
Optional< String > flatOptional = nestedOptional.flatMap(opt -> opt);
2.2、Optional的优势
明确的意图：方法返回Optional表明返回值可能为空，增强代码的可读性。
强制null检查：通过Optional的方法链，开发者必须处理可能的空值，减少遗漏。
函数式编程支持：与Lambda表达式和Stream API无缝结合，简化代码逻辑。
3、最佳实例示例
示例背景
假设有一个用户类User，包含一个地址类Address，而地址类中又包含城市信息City。在获取用户的城市名称时，存在多级空指针的风险。
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;
}
}
使用传统方式处理NPE
在没有使用Optional的情况下，获取城市名称可能需要多级null检查：
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";
}
上述代码层层嵌套，逻辑复杂，且易于遗漏某一级的null检查。并且代码也不容易阅读
使用Optional简化代码
利用Optional，可以将多级null检查转化为链式调用，代码更加简洁明了：
public String getUserCityName(Optional< User > userOptional) {
return userOptional
.map(User::getAddress)
.map(Address::getCity)
.map(City::getName)
.orElse("Unknown");
}
另一个实例：处理方法返回值
假设有一个方法findUserById，可能返回一个User对象或null。使用Optional可以优雅地处理返回值。
public Optional< User > findUserById(String userId) {
User user = userRepository.findById(userId); // 可能返回null
return Optional.ofNullable(user);
}
调用方可以这样使用：
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、城市信息为null，上述代码不会执行ifPresent中的打印操作，避免了NPE的风险。
总结
通过合理使用Java 8的Optional类，我们开发者可以有效减少NullPointerException的发生，提高代码的健壮性和可维护性。然而，Optional并非万能，需结合具体场景合理使用。掌握Optional的使用技巧和最佳实践，将有助于编写更安全、优雅的Java代码，真正做到“善用Optional，告别NPE”。
审核编辑 黄宇
