编辑“︁Java可选类型（Optional）”︁

{{DISPLAYTITLE:Java可选类型（Optional）}}

'''Java可选类型'''（{{code|Optional}}）是Java 8引入的一个容器类，用于更优雅地处理可能为{{code|null}}的值。它强制开发者显式处理值缺失的情况，从而减少{{code|NullPointerException}}的发生。本文将详细介绍{{code|Optional}}的设计思想、核心方法及实际应用。

== 概述 ==
{{code|Optional}}是一个泛型类，封装了一个可能存在的值。它的主要目的是：
* 明确表示某个值可能不存在，避免隐式的{{code|null}}检查。
* 提供函数式风格的方法链来处理值（如{{code|map}}、{{code|filter}}）。
* 强制调用者在编译时考虑值缺失的情况。

=== 基础示例 ===
以下代码展示如何创建和使用{{code|Optional}}：
<syntaxhighlight lang="java">
import java.util.Optional;

public class OptionalExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个包含值的Optional
        Optional<String> present = Optional.of("Hello");
        System.out.println(present.get()); // 输出: Hello

        // 创建一个空Optional
        Optional<String> absent = Optional.empty();
        System.out.println(absent.isPresent()); // 输出: false
    }
}
</syntaxhighlight>

== 核心方法 ==
=== 创建Optional ===
{| class="wikitable"
|+ 常用工厂方法
! 方法 !! 描述 !! 示例
|-
| {{code|Optional.of(value)}} || 创建非空{{code|Optional}}（值不能为{{code|null}}） || {{code|Optional.of("text")}}
|-
| {{code|Optional.ofNullable(value)}} || 允许值为{{code|null}}的创建方式 || {{code|Optional.ofNullable(null)}}
|-
| {{code|Optional.empty()}} || 返回空实例 || {{code|Optional.empty()}}
|}

=== 值操作 ===
{| class="wikitable"
|+ 关键操作方法
! 方法 !! 描述 !! 示例
|-
| {{code|isPresent()}} || 检查值是否存在 || {{code|opt.isPresent()}}
|-
| {{code|ifPresent(Consumer)}} || 值存在时执行操作 || {{code|opt.ifPresent(System.out::println)}}
|-
| {{code|orElse(T)}} || 值不存在时返回默认值 || {{code|opt.orElse("default")}}
|-
| {{code|orElseGet(Supplier)}} || 延迟计算的默认值 || {{code|opt.orElseGet(() -> "default")}}
|-
| {{code|orElseThrow()}} || 值不存在时抛出异常 || {{code|opt.orElseThrow(IllegalArgumentException::new)}}
|}

=== 函数式组合 ===
{{code|Optional}}支持链式操作：
<syntaxhighlight lang="java">
Optional.of(" 123 ")
    .map(String::trim)
    .filter(s -> s.length() > 0)
    .map(Integer::parseInt)
    .ifPresent(System.out::println); // 输出: 123
</syntaxhighlight>

== 实际应用案例 ==
=== 案例1：避免深层null检查 ===
传统代码：
<syntaxhighlight lang="java">
public String getStreetName(Order order) {
    if (order != null && order.getCustomer() != null 
            && order.getCustomer().getAddress() != null) {
        return order.getCustomer().getAddress().getStreet();
    }
    return "Unknown";
}
</syntaxhighlight>

使用{{code|Optional}}改进：
<syntaxhighlight lang="java">
public String getStreetName(Order order) {
    return Optional.ofNullable(order)
        .map(Order::getCustomer)
        .map(Customer::getAddress)
        .map(Address::getStreet)
        .orElse("Unknown");
}
</syntaxhighlight>

=== 案例2：配置项读取 ===
<syntaxhighlight lang="java">
Optional.ofNullable(System.getProperty("config.timeout"))
    .map(Integer::parseInt)
    .filter(timeout -> timeout > 0)
    .ifPresent(timeout -> setRequestTimeout(timeout));
</syntaxhighlight>

== 设计原则与注意事项 ==
* '''不要'''将{{code|Optional}}用于：
  ** 类字段（应使用普通{{code|null}}检查）
  ** 方法参数（会增加调用复杂度）
  ** 集合元素（集合本身应处理空值）
* '''最佳实践'''：
  ** 始终优先使用{{code|orElseGet}}而非{{code|orElse}}（避免不必要的计算）
  ** 在返回值可能为{{code|null}}时使用{{code|Optional}}作为返回类型

== 性能考虑 ==
{{code|Optional}}会引入轻微的性能开销（额外对象分配），但在大多数场景下可忽略不计。关键路径代码可通过直接返回{{code|null}}优化，但需明确记录在文档中。

== 进阶：与Stream API结合 ==
{{code|Optional}}可以转换为{{code|Stream}}实现更复杂的操作：
<syntaxhighlight lang="java">
List<String> names = List.of("Alice", null, "Bob");
List<String> validNames = names.stream()
    .map(Optional::ofNullable)
    .flatMap(Optional::stream)
    .toList(); // 结果: ["Alice", "Bob"]
</syntaxhighlight>

== 可视化流程 ==
<mermaid>
graph TD
    A[开始] --> B{值存在?}
    B -->|是| C[执行操作]
    B -->|否| D[返回默认/抛异常]
    C --> E[结束]
    D --> E
</mermaid>

== 数学表示 ==
Optional可视为一个单元素集合：
<math>
\text{Optional}(T) = \{\emptyset\} \cup \{t | t \in T\}
</math>

其中：
* <math>\emptyset</math> 表示空Optional
* <math>\{t\}</math> 表示包含值的Optional

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