作者：京東物流 王亞寧

1、NPE是什么？

NPE:NullPointerException（空指針異常）。可以說(shuō)自Null的誕生以來(lái)它就讓無(wú)數(shù)的程序員為之哀嚎，也是無(wú)數(shù)系統(tǒng)Bug的來(lái)源。托尼·霍爾（Tony Hoare），Null的發(fā)明者也表示過(guò)這是他十億美元的錯(cuò)誤。當(dāng)程序試圖在空引用（null）上調(diào)用方法或訪(fǎng)問(wèn)屬性時(shí)，JVM會(huì)拋出NPE。例如：

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

1.1、NPE的常見(jiàn)原因

未初始化的對(duì)象：變量聲明后未賦值，即默認(rèn)為null。

方法返回null：方法可能返回一個(gè)對(duì)象或null，但調(diào)用者未進(jìn)行null檢查。

集合中的null元素：集合操作中插入了null，后續(xù)操作未處理。

多線(xiàn)程環(huán)境中的競(jìng)態(tài)條件：一個(gè)線(xiàn)程修改對(duì)象狀態(tài)為null，另一個(gè)線(xiàn)程未及時(shí)檢查。

1.2、NPE的影響

程序崩潰：未處理的NPE會(huì)導(dǎo)致程序終止，影響用戶(hù)體驗(yàn)。

調(diào)試?yán)щy：NPE的堆棧信息可能不直觀(guān)，定位問(wèn)題源頭耗時(shí)。

代碼質(zhì)量下降：頻繁的NPE表明代碼缺乏健壯的null處理機(jī)制。

2、Optional庫(kù)介紹

為了應(yīng)對(duì)NPE問(wèn)題，Java 8引入了Optional類(lèi)，它是一個(gè)容器對(duì)象，可以包含或不包含非null的值。通過(guò)Optional，開(kāi)發(fā)者可以顯式地表示一個(gè)值是可選的，從而強(qiáng)制進(jìn)行null檢查，減少NPE的發(fā)生。

2.1、Optional的基本用法

創(chuàng)建Optional對(duì)象
Optional optional = Optional.of("Hello"); // 創(chuàng)建包含值的Optional
Optional emptyOptional = Optional.empty(); // 創(chuàng)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(rèn)值
String value = optional.orElse("Default");

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

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

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

// 使用map()轉(zhuǎn)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(yōu)勢(shì)

明確的意圖：方法返回Optional表明返回值可能為空，增強(qiáng)代碼的可讀性。

強(qiáng)制null檢查：通過(guò)Optional的方法鏈，開(kāi)發(fā)者必須處理可能的空值，減少遺漏。

函數(shù)式編程支持：與Lambda表達(dá)式和Stream API無(wú)縫結(jié)合，簡(jiǎn)化代碼邏輯。

3、最佳實(shí)例示例

示例背景

假設(shè)有一個(gè)用戶(hù)類(lèi)User，包含一個(gè)地址類(lèi)Address，而地址類(lèi)中又包含城市信息City。在獲取用戶(hù)的城市名稱(chēng)時(shí)，存在多級(jí)空指針的風(fēng)險(xiǎn)。

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(tǒng)方式處理NPE

在沒(méi)有使用Optional的情況下，獲取城市名稱(chēng)可能需要多級(jí)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(fù)雜，且易于遺漏某一級(jí)的null檢查。并且代碼也不容易閱讀

使用Optional簡(jiǎn)化代碼

利用Optional，可以將多級(jí)null檢查轉(zhuǎn)化為鏈?zhǔn)秸{(diào)用，代碼更加簡(jiǎn)潔明了：

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

另一個(gè)實(shí)例：處理方法返回值

假設(shè)有一個(gè)方法findUserById，可能返回一個(gè)User對(duì)象或null。使用Optional可以?xún)?yōu)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(diào)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(huì)執(zhí)行ifPresent中的打印操作，避免了NPE的風(fēng)險(xiǎn)。

總結(jié)

通過(guò)合理使用Java 8的Optional類(lèi)，我們開(kāi)發(fā)者可以有效減少NullPointerException的發(fā)生，提高代碼的健壯性和可維護(hù)性。然而，Optional并非萬(wàn)能，需結(jié)合具體場(chǎng)景合理使用。掌握Optional的使用技巧和最佳實(shí)踐，將有助于編寫(xiě)更安全、優(yōu)雅的Java代碼，真正做到“善用Optional，告別NPE”。

審核編輯 黃宇