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NPE风险(空指针异常)

1. 前言

对于 Java 开发者来说,​​null​​ 是一个令人头疼的类型,一不小心就会发生 NPE (空指针) 问题。也是 Java 语言为人诟病的一个重要原因之一。在我们消除可恶的 NPE 问题之前我们要回顾一下 Java 中 null 的概念。

2. Java 中的 null

翻译自 Oracle Java 文档[1]

Java 语言中有两种类型,一种是 基本类型 ,另一种是 引用类型。
还有一种没有名字的特殊类型,即表达式 null 。
由于 null 类型没有名称,所以不可能声明为 null 类型的变量或者转换为 null 类型。
null 引用是null 类型表达式唯一可能的值。
null 引用可以转换为任意引用类型。
事实上,程序员可以忽略null类型,可以认为null仅仅是一个可以成为任何引用类型的特殊符号。

从上面的描述我们可以了解到,其实 null 仅仅是一个关键字标识量,既不是一种类型也不算对象,无法直接声明 null 和被转换为 null,仅仅只能被引用,null 可以转换为任何引用类型。当一个 Java 引用类型对象被引用为 null 时代表当前对象不引用对象,并没有为其分配内存。 这也是我们在没有引用的对象上调用方法出现空指针的根本原因。大多数情况下 Java 开发者使用 ​​null​​ 是为了表示某种不存在的意思。

3. NPE 问题的解决

很多时候我们对数据是否存在有自己的期望,但是这种期望并不能直接被我们掌控,一个返回值为 null 所表达的意思并不明确过于模糊,往往通过是否判断为 ​​null​​​ 来规避空指针问题。于是 Google 工程师在他们的 ​​Guava​​​ 工具类库中设计了 ​​Optional<T>​​​ 来解决 ​​null​​​ 不可控的问题。让你在不得不使用 ​​null​​​ 的时候,可以更加简便明确的使用 ​​null​​​ 并帮助你避免直接使用 ​​null​​ 带来的问题。Java 8 将此设计吸收。我们可以直接使用 Java 提供的 ​​Optional​​ 来解决空指针问题。接下来我们来研究一下 Java 8 中的 ​​Optional​​ 。

4. Java 8 中的 Optional

Java 8 中的 ​​Optional​​ 是一个可选值的包装类。它的意义不仅仅帮我们简化了 NPE 问题的处理,同时也是 Java 函数式编程的一个重要辅助。我们接下来将对其 API 进行讲解以帮助你在实际开发中使用他们。

4.1 Optional 声明

​Optional​​ 只能通过静态方法来声明。它提供了三个静态方法:

empty() 返回一个值为 ​​null​​​ 的 ​​Optional​​ 实例

Optional empty = Optional.empty();

of(T) 返回一个值不为 ​​null​​​ 的 ​​Optional​​ 实例

Optional nonNull = Optional.of("Felordcn");

ofNullable() 返回一个值可能为 ​​null​​​ 的 ​​Optional​​ 实例

// value 值来自其它不确定的来源
String value = SomeApi.source();
// 可能为 null
Optional nullable = Optional.ofNullable(value);
// 也可能不为 null
Optional hasValue = Optional.ofNullable(value);

ifPresent(Consumer) 如果值存在则该值被消费函数 ​​Consumer​​​ 消费 , 否则不做任何事情。​​isPresent()​​ 加强版

//  非空打印出字符串
nullable.ifPresent(System.out::println);

//等同于
if (nullable.isPresent()) {
System.out.println(nonNull);
}

filter(Predicate) 如果值满足断言函数 ​​Predicate​​​ 则返回该 ​​Optional​​​,否则返回 ​​Optional.empty()​

Optional nonNull = Optional.of("Felordcn");
Optional felord = nonNull.filter(s -> s.startsWith("Felord"));
// str = "Felordcn"
String str = felord.get();

map(Function) 获取元素某个属性的 ​​Optional​​​ 。如果该属性为 ​​null​​​ 返回 ​​Optional.empty()​​​ ,否则返回对应值的 ​​Optional​

Optional userOpt = Optional.ofNullable(user);
// username 为空 则为 空 Optional
Optional usernameOpt = userOpt.map(User::getUsername);

flatMap(Function) 有时候我们会返回 ​​Optional<Optional<T>>​​ 非常不便于处理,我们需要将元素展开,可使用该方法处理,参考 Stream Api 中的相关方法

orElse(other) 如果 ​​Optional​​​ 的值存在,返回 ​​Optional​​​, 否则指定一个 ​​Optional​

orElseGet(Supplier) 如果 ​​Optional​​​ 的值存在,返回 ​​Optional​​​, 否则指定一个执行 ​​Supplier​​ 函数来获取值

orElseThrow(Supplier<? extends Throwable>) 如果 ​​Optional​​​ 的值存在,返回 ​​Optional​​​, 否则抛出一个指定 ​​Supplier​​ 函数提供的异常

4.3 Java 9 中的新 API

or(Supplier)​orElseGet​​​ 的改进类型。不单单返回具体的值,而可以函数式的返回 ​​Optional​

stream() 将 ​​Optional​​​ 和 ​​Stream​​ 打通

ifPresentOrElse(Consumer)​ifPresent​​​ 方法提供了有值后的消费逻辑而没有值的逻辑没有提供入口。新方法 ​​ifPresentOrElse​​ 弥补了这一缺陷

5. Optional 的使用误区

​Optional​​​ 很香但是也不能滥用。一个危险的举动就是将 ​​Optional​​​ 作为入参传递给方法。因为入参是不可控的,你无法保证入参中的 ​​Optional​​​ 是否为 ​​null​​​。这恰恰违背了 ​​Optional​​​ 的本意。所以尽量在表达式中使用 ​​Optional​​​ 或者在返回值中使用,而不是在方法的参数中使用 ​​Optional​​ 。

6. 总结

今天对 ​​Optional​​​ 进行讲解。从 ​​Optional​​​ 的设计本意到其常用的方法。我们也对 ​​Optional​​ 在 Java 9 中的新 API 进行了介绍。另外 ​​Optional​​ 也不是万能的,合理的使用才能发挥其优势。希望今天的文章对你有用。

参考资料

[1]

Oracle Java 文档: ​​https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-4.html#jls-4.1​​

​​Java 是如何优雅地处理NPE问题的 - 云+社区 - 腾讯云 (tencent.com)​​


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