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
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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OptionalOptional<String> emptyOptional = Optional.empty(); // 创建空的OptionalOptional<String> nullableOptional = Optional.ofNullable(null); // 可以接受null
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获取值// 使用get()获取值，如果为空则抛出NoSuchElementExceptionoptional.get();
// 使用orElse()提供默认值String value = optional.orElse("Default");
// 使用orElseGet()提供默认值的SupplierString 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"));
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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OptionalOptional<Optional<String>> nestedOptional = Optional.of(Optional.of("Nested"));Optional<String> flatOptional = nestedOptional.flatMap(opt -> opt);
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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; }}
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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";}
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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");}
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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);}
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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));
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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”。
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