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【修煉內功】[Java8] 使用Optional的正確姿勢及序列化問題

Ajian / 1397人閱讀

摘要:本文已收錄修煉內功躍遷之路的為解決空的問題帶來了很多新思路,查看源碼,實現(xiàn)非常簡單,邏輯也并不復雜。

本文已收錄【修煉內功】躍遷之路

Java8的Optional為解決"空"的問題帶來了很多新思路,查看Optional源碼,實現(xiàn)非常簡單,邏輯也并不復雜。Stuart Marks在其一次演講中花了約1個小時的時間來講述如何正確的使用Optional (Optional - The Mother of All Bikesheds by Stuart Marks),也有人調侃道1 hour for Optional, you gotta be kidding me?.使用Optional不難,但用好Optional并不容易

Stuart Marks在演講中提到了Optional的基本作用

Optional is intended to provide a limited mechanism for library method return types where there is a clear need to represent "no result", and where using null for that is overwhelmingly likely to cause errors.

在以往的編程模型中,對于“沒有內容”,大多數情況需要使用null來表示,而null值總是被人忽略處理(判斷),從而在使用過程中極易引起NPE異常

Optional的出現(xiàn)并不是為了替代null,而是用來表示一個不可變的容器,它可以包含一個非null的T引用,也可以什么都不包含(不包含不等于null),非空的包含被稱作persent,而空則被稱作absent

本質上講Optional類似于異常檢查,它迫使API用戶去關注/處理Optional中是否包含內容,從而避免因為忽略null值檢查而導致的一些潛在隱患

假設有一個函數用來根據ID查詢學生信息public Student search(Long id),現(xiàn)在有一個需求,需要根據ID查詢學生姓名

public String searchName(Long id) {
    Student student = search(id);
    return student.getName();
}

注意,search函數是可能返回null的,在這種情況下searchName很有可能會拋出NPE異常

public String searchName(Long id) {
    Student student = search(id);
    return Objects.nonNull(student) ? student.getName() : "UNKNOWN";
}

除非特別明確函數的返回值不可能為null,否則一定要做null值檢查,雖然這樣寫并沒有增加太大的編碼負擔,但人總歸是懶惰的,忽略檢查的情況也總是會出現(xiàn)

如果我們改造search函數返回Optional,public Optional search(Long id),再來重寫searchName函數

public String searchName(Long id) {
    Optional student = search(id);
    return student.getName();
}

這樣的代碼是編譯不過的,它會強制讓你去檢查search返回的值是否有內容

public String searchName(Long id) {
    Optional student = search(id);
    return student.map(Student::getName).orElse("UNKNOWN");
}
Optional的使用可以參考其API文檔,以下內容假設您已了解如何使用Optional

但是否就應該消滅null,全部使用Optional來替代,回答當然是NO,null自有它的用武之地,Optional也并不是全能的

kotlin等語言,使用?.符號來解決java中if...else…... ? ... : ...的啰嗦寫法,如上問題可以使用student?.name : null,其語義為"當studen不為null時取其name屬性值,否則取null值",kotlin的語法只是簡化了編程方式,讓編程變得更"爽",但并沒有解決"人們容易忽略null值檢查"的情況

Stuart Marks從5個不同的角度詳細講述了如何使用Optional,這里不一一敘述,有興趣的可以直接跳到視頻去看,下面將從Stuart Marks提到的7個Optional使用規(guī)范,來講述如何正確使用/不要濫用Optional,最后重點解釋一下【為什么Optional不能序列化

0x00 使用規(guī)約 Rule 1: Never, ever, user null for an Optional variable or return value.

Optional也是一個引用類型(reference type),其本身也可以賦值為null,如果我們在使用Optional的時候還要多做一層null檢查,就違背了Optional的設計初衷,所以在任何時候都不要將Optional類型的變量或返回值賦值為null,我們希望的是在遇到Optional的時候不需要關心其是否為null,只需要判斷其是否有值即可

public String searchName(Long id) {
    Optional student = search(id);
    if (Objects.isNull(student)) {
      // Optional可能為null,這嚴重違背了Optional的設計初衷
      return null;
    }
    return student.map(Student::getName).orElse("UNKNOWN");
}
Rule 2: Never user Optional.get() unless you can prove that the Optional is present.

如果Optional是absent(不包含任何值)的時候使用Optional.get(),會拋出NoSuchElementException異常,該接口的設計者也承認其設計的不合理,之后的某個jdk版本中可能會將其標記為@Deprecated,但還沒有計劃將其移除

public String searchName(Long id) {
    Optional student = search(id);
    // 直接使用get(),可能會拋NoSuchElementException異常
    return student.get().getName();
}

如果確實需要在Optional無內容的時候拋出異常,也請不要使用Optional.get()方法,而要使用Optional.getOrThrow()方法,主動指定需要拋出的異常,雖然該方法并未在jdk8中設計,但已經有計劃在接下來的jdk版本中加入

Rule 3: Prefer alternatives to Optional.isPresent() and Optional.get().

如果一定要使用Optional.get(),請一定要配合isPresent(),先判斷Optional中是否有值

public String searchName(Long id) {
    Optional student = search(id);
    // 如果一定要使用Optional.get(),請一定要配合isPresent()
    return student.isPresent() ? student.get().getName() : "UNKNOWN";
}
Rule 4: It"s generally a bad idea to create an Optional for the specific purpose of chaining methods from it to get a value.

鏈式語法可以讓代碼的處理流程看起來更加清晰,但是為了鏈式而去使用Optional的話,在某些情況下并不會顯得有多優(yōu)雅

比如,本來可以使用三目運算

String process(String s) {
  return Objects.nonNull(s) ? s : "DEFAULT";
}

如果非要硬生生地使用鏈式的話

String process(String s) {
  return Optional.ofNullable(s).orElse("DEFAULT");
}

比如,本來可以使用if判斷值的有效性

BigDecimal first = getFirstValue();
BigDecimal second = getSecondeValue();

if (Objects.nonNull(first) && Objects.nonNull(second)) {
  return first.add(second.get());
} else {
    return Objects.isNull(first) ? second : first;
}

如果非要使用鏈式

Optional first = getFirstValue();
Optional second = getSecondeValue();
return Stream.of(first, second)
            .filter(Optional::isPresent)
            .map(Optional::get)
            .reduce(BigDecimal::add);

或者

Optional first = getFirstValue();
Optional second = getSecondeValue();
return first.map(b -> second.map(b::add).orElse(b))
            .map(Optional::of)
            .orElse(second);

從可讀性及可維護性上來講并沒有提升,反而會帶來一絲閱讀困難,并且上文說過,Optional本身為引用類型,創(chuàng)建的Optional會進入堆內存,如果大量的不合理的使用Optional,也會在一定程度上影響JVM的堆內存及內存回收

Rule 5: If an Optional chain has a nested Optional chain, or has an intermediate result of Optional>, it"s probably too complex.

在使用Optional的時候,一定要保證Optional的簡潔性,即Optional運算過程中所包含的類型既是最終需要的類型值,不要出現(xiàn)Optional嵌套的情況

Optional first = getFirstValue();
Optional second = getSecondeValue();

if (!first.isPresent && ! sencond.isPresent()) {
  return Optional.empty();
} else {
  return Optional.of(first.orElse(ZERO).add(second.orElse(ZERO)));
}

這樣的寫法,會對代碼的閱讀帶來很大的困擾

Rule 6: Avoid using Optional in fields, method parameters, and collections.

盡量避免將Optional用于類屬性、方法參數及集合元素中,因為以上三種情況,完全可以使用null值來代替Optional,沒有必要必須使用Optional,另外Optional本身為引用類型,大量使用Optional會出現(xiàn)類似(這樣描述不完全準確)封箱、拆箱的操作,在一定程度上會影響JVM的堆內存及內存回收

Rule 7: Avoid using identity-sensitive operations on Optionals.

首先需要解釋,什么是identity-sensitive,可以參考 object identity and equality in java

identity-sensitive operations包含以下三種操作

reference equality,也就是 ==

identity hash code

synchronization

Optional的JavaDoc中有這樣一段描述

This is a value-based class; use of identity-sensitive operations (including reference equality(==), identity hash code, or synchronization) on instances of Optional may hava unpredictable results and should be avoided.

總結下來,就是要避免使用Optional的 == equals hashCode 方法

在繼續(xù)之前,需要再解釋一下什么是 value type

value type - Project Valhalla

an "object" that has no notion of identity

"code like a class, works like an int"

we eventually want to convert Optional into a value type

vale type,首先像一個類(至少從編碼角度來講),但是卻沒有類中identity的概念,運行的時候卻又和基本類型很相似

簡單來說就是編碼的時候像類,運行的時候像基本類型

顯然,Optional目前還不是value type,而是reference type,我們查看Optional類的equalshashCode方法,并沒有發(fā)現(xiàn)有什么特別之處,但是有計劃在接下來的某個jdk版本中將Optional定義為value type

@Override
public boolean equals(Object obj) {
    if (this == obj) {
        return true;
    }

    if (!(obj instanceof Optional)) {
        return false;
    }

    Optional other = (Optional) obj;
    return Objects.equals(value, other.value);
}

@Override
public int hashCode() {
    return Objects.hashCode(value);
}

在jdk8中使用Optional的identity-sensitive operations其實并沒有太大問題,但很難保證,在今后的后一個jdk版本中將Optional定義為value type時不會出問題,所以為了兼容jdk升級程序邏輯的正確性,請避免使用Optional的identity-sensitive operations

這也引出了Optional為什么不能序列化

0x01 序列化問題

首先,需要了解jdk中序列化的一些背景

JDK rule: forward and backword serialization compatibility across releases

If Optional were serializable today, it would be serialized as an Object

it"all always be serialized as an Object, even if eventually becomes a value type

Serialization inherently depends on object identity

Consequencds of Optional being serializable

it might prevent it from being converted into a value type in the future

deserializing and Optional might result in a "boxed" value type

首先,JDK的序列化比較特殊,需要同時向前向后兼容,如在JDK7中序列化的對象需要能夠在JDK8中反序列化,同樣在JDK8中序列化的對象需要能夠在JDK7中能夠反序列化

其次,序列化需要依賴于對象的identity

有了以上兩個序列化的前提條件,我們再來看Optional,上面已將說過,雖然目前Optional是reference type的,但其被標記為value based class,有計劃在今后的某一個JDK版本中將其實現(xiàn)為value type

如果Optional可以序列化,那現(xiàn)在就有兩個矛盾點

如果Optional可以序列化,那接下來的計劃中,就沒辦法將Optional實現(xiàn)為value type,而必須是reference type

或者將value type加入identity-sensitive operations,這對于目前所有已發(fā)行的JDK版本都是相沖突的

所以,雖然現(xiàn)在Optional是reference type,但有計劃將其實現(xiàn)為value type,考慮到JDK序列化的向前向后兼容性,從一開始就將Optional定為不可序列化,應該是最合適的方案了

如果真的有在類屬性上使用Optional的需求怎么辦?這里有兩個替代方案/討論可以參考

Optional Pragmatic Approach

Nothing is better than the Optional type

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