1 引导语

话不多说，先看手册指引的规范

手册已经帮助我们总结了常见问题场景，但我们还需要深入研究空指针问题，才能做到发过程中得心应手。

2 问世间空指针为何物

2.1 官方解析

应用需要一个对象时却传入了 null，包含如下场景：

1. 调用 null 对象的实例方法
2. 访问或者修改 null 对象的属性
3. 获取值为 null 的数组的长度
4. 访问或者修改值为 null 的二维数组的列时
5. 把 null 当做 Throwable 对象抛出时。

比如说手册中提到的

可归类于 case4

如《手册》中的：

可归类于 case1，因为每一层都可能得到 null。

因此，当在开发中遇到这些场景时，务必注意代码处理，防止空指针。

2.2 继承图

可以清晰地看到 NPE 继承自 RuntimeException ，又属 Exception 的子类。

3. 空指针案例展示

3.1 基本的 bug 生产场景

 @Test public void test() { Assertions.assertThrows(NullPointerException.class, () -> { List<UserDTO> users = new ArrayList<>(); users.add(new UserDTO(1L, 3)); users.add(new UserDTO(2L, null)); users.add(new UserDTO(3L, 3)); send(users); }); } // 第 1 处 private void send(List<UserDTO> users) { for (UserDTO userDto : users) { doSend(userDto); } } private static final Integer SOME_TYPE = 2; private void doSend(UserDTO userDTO) { String target = "default"; // 第 2 处 if (!userDTO.getType().equals(SOME_TYPE)) { target = getTarget(userDTO.getType()); } System.out.println(String.format("userNo:%s, 发送到%s成功", userDTO, target)); } private String getTarget(Integer type) { return type + "号基地"; }

• 在第 1 处，如果集合为 null 则抛NPE
• 在第 2 处，如果 type 属性为 null 则抛NPE

大家可能觉得这个例子太简单了，看到输入的参数有 null 自己肯定会考虑空指针问题，但你自己写对外接口时，可并不知道外部传来的参数是否为 null 哦。

3.2 固步自封地返回对象

为了避免空指针或避免检查到 null 参数抛异常，直接返回一个空参构造函数创建的对象：

/** * 根据订单编号查询订单 * * @param orderNo 订单编号 * @return 订单 */ public Order getByOrderNo(String orderNo) { if (StringUtils.isEmpty(orderNo)) { return new Order(); } // 查询order return doGetByOrderNo(orderNo); }

单数据的查询接口，参数检查不符时会抛异常或者返回 null。
少有上述的写法，因为外部调用者的习惯是看到结果不为 null 就直接使用其中的字段。

外部调用判断返回值不为 null , 外部就会大胆得调用实例函数，导致NPE。

3.3 @NonNull 属性反序列化

有一订单更新的 RPC 接口，该接口有一个 OrderUpdateParam 参数，之前有两个属性一个是 id 一个是 name 。
在某个需求时，新增了一个 extra 属性，且该字段不能为 null 。

采用 lombok 的 @NonNull 注解来避免空指针：

import lombok.Data; import lombok.NonNull; import java.io.Serializable; @Data public class OrderUpdateParam implements Serializable { private static final long serialVersionUID = 3240762365557530541L; private Long id; private String name; // 其它属性 // 新增的属性 @NonNull private String extra; }

上线后导致没有使用最新 jar 包的服务对该接口的 RPC 调用报错。

我们来分析一下原因，在 IDEA 的 target - classes 目录下找到 DEMO 编译后的 class 文件，IDEA 会自动帮我们反编译：

public class OrderUpdateParam implements Serializable { private static final long serialVersionUID = 3240762365557530541L; private Long id; private String name; @NonNull private String extra; public OrderUpdateParam(@NonNull final String extra) { if (extra == null) { throw new NullPointerException("extra is marked non-null but is null"); } else { this.extra = extra; } } @NonNull public String getExtra() { return this.extra; } public void setExtra(@NonNull final String extra) { if (extra == null) { throw new NullPointerException("extra is marked non-null but is null"); } else { this.extra = extra; } } // 其他代码 }

还可以使用反编译工具：JD-GUI 对编译后的 class 文件进行反编译，查看源码。

由于调用方调用的是不含 extra 属性的 jar 包，并且序列化编号是一致的，反序列化时会抛出 NPE。

Caused by: java.lang.NullPointerException: extra ​ at com.xxx.OrderUpdateParam.<init>(OrderUpdateParam.java:21)

RPC 参数新增 lombok 的 @NonNull 注解时，要考虑调用方是否及时更新 jar 包，避免出现空指针。

3.4 自动拆箱

案例 1

@Data /** * 我们自己服务的对象 */ public class GoodCreateDTO { private String title; private Long price; private Long count; } @Data /** * 我们调用服务的参数对象 */ public class GoodCreateParam implements Serializable { private static final long serialVersionUID = -560222124628416274L; private String title; private long price; private long count; }

GoodCreateDTO 的 count 字段在我们的系统中是非必传参数，在本系统内可能为 null。
如果我们没有拉取源码的习惯，直接通过前面的转换工具类去转换。我们会潜意识地认为外部接口的对象类型也都是包装类型，这时候很容易因为转换出现 NPE。

• 转换工具类

public class GoodCreateConverter { public static GoodCreateParam convertToParam(GoodCreateDTO goodCreateDTO) { if (goodCreateDTO == null) { return null; } GoodCreateParam goodCreateParam = new GoodCreateParam(); goodCreateParam.setTitle(goodCreateDTO.getTitle()); goodCreateParam.setPrice(goodCreateDTO.getPrice()); goodCreateParam.setCount(goodCreateDTO.getCount()); return goodCreateParam; } }

当转换器执行到 goodCreateParam.setCount(goodCreateDTO.getCount()); 会自动拆箱会报NPE

当 GoodCreateDTO 的 count 属性为 null 时，自动拆箱将报NPE

案例 2

调用如下的二方服务接口：

public Boolean someRemoteCall();

然后自以为对方肯定会返回 TRUE 或 FALSE，然后直接拿来作为判断条件或者转为基本类型，如果返回的是 null，则会报NPE。

if (someRemoteCall()) { // 业务代码 }

3.5 分批调用合并结果时空指针

因为某些批量查询的二次接口在数据较大时容易超时，因此可以分为小批次调用。

下面封装一个将 List 数据拆分成每 size 个一批数据，去调用 function RPC 接口，然后将结果合并。

设想如果某个批次请求无数据，不是返回空集合而是 null，会怎样？
很不幸，又一个NPE向你飞来 …

此时要根据具体业务场景来判断如何处理这里可能产生的 NPE

如果在某个场景中，返回值为 null 是一定不允许的行为，可以在 function 函数中对结果进行检查，如果结果为 null，可抛异常。

如果是允许的，在调用 map 后，可以过滤 null :

// 省略前面代码 .map(function) .filter(Objects::nonNull) // 省略后续代码

4 预防指南

4.1 接口开发者

4.1.1 返回空集合

如果参数不符合要求直接返回空集合，底层的函数也使用一致的方式：

public List<Order> getByOrderName(String name) { if (StringUtils.isNotEmpty(name)) { return doGetByOrderName(name); } return Collections.emptyList(); }

4.1.2 使用 Optional

Optional 是 Java 8 引入的特性，返回一个 Optional 则明确告诉使用者结果可能为空：

public Optional<Order> getByOrderId(Long orderId) { return Optional.ofNullable(doGetByOrderId(orderId)); }

如果大家感兴趣可以进入 Optional 的源码，结合前面介绍的 codota 工具进行深入学习，也可以结合《Java 8 实战》的相关章节进行学习。

4.1.3 使用空对象设计模式

该设计模式为了解决 NPE 产生原因的case1，经常需要先判空再继续执行方法：

public void doSomeOperation(Operation operation) { int a = 5; int b = 6; if (operation != null) { operation.execute(a, b); } }

《设计模式之禅》（第二版）554 页在拓展篇讲述了 “空对象模式”。

可以构造一个 NullXXX 类拓展自某个接口， 这样这个接口需要为 null 时，直接返回该对象即可：

public class NullOperation implements Operation { @Override public void execute(int a, int b) { // do nothing } }

这样上面的判空操作就不再有必要， 因为我们在需要出现 null 的地方都统一返回 NullOperation，而且对应的对象方法都是有的：

public void doSomeOperation(Operation operation) { int a = 5; int b = 6; operation.execute(a, b); }

4.2 接口调用者

4.2.1 null 检查

正如 clean code 所说

可以进行参数检查，对不满足的条件抛出异常。

直接在使用前对不能为 null 的和不满足业务要求的条件进行检查，是一种最简单最常见的做法。

通过防御性参数检测，可以极大降低出错的概率，提高程序的健壮性：

@Override public void updateOrder(OrderUpdateParam orderUpdateParam) { checkUpdateParam(orderUpdateParam); doUpdate(orderUpdateParam); } private void checkUpdateParam(OrderUpdateParam orderUpdateParam) { if (orderUpdateParam == null) { throw new IllegalArgumentException("参数不能为空"); } Long id = orderUpdateParam.getId(); String name = orderUpdateParam.getName(); if (id == null) { throw new IllegalArgumentException("id不能为空"); } if (name == null) { throw new IllegalArgumentException("name不能为空"); } }

• JDK线程池方法
  
• Spring 中的AbstractApplicationContext#assertBeanFactoryActive
  

4.2.2 使用 Objects

可以使用 Java 7 引入的 Objects 类，来简化判空抛出空指针的代码。

使用方法如下：

private void checkUpdateParam2(OrderUpdateParam orderUpdateParam) { Objects.requireNonNull(orderUpdateParam); Objects.requireNonNull(orderUpdateParam.getId()); Objects.requireNonNull(orderUpdateParam.getName()); }

• 原理很简单，我们看下源码
  

4.2.3 使用 commons 工具包

4.2.3.1 字符串工具类：org.apache.commons.lang3.StringUtils

public void doSomething(String param) { if (StringUtils.isNotEmpty(param)) { // 使用param参数 } }

4.2.3.2 校验工具类：org.apache.commons.lang3.Validate

public static void doSomething(Object param) { Validate.notNull(param,"param must not null"); } public static void doSomething2(List<String> parms) { Validate.notEmpty(parms); }

该校验工具类支持多种类型的校验，支持自定义提示文本等。

public static <T extends Collection<?>> T notEmpty(final T collection, final String message, final Object... values) { if (collection == null) { throw new NullPointerException(String.format(message, values)); } if (collection.isEmpty()) { throw new IllegalArgumentException(String.format(message, values)); } return collection; }

该如果集合对象为 null 则会抛NPE 如果集合为空则抛出 IllegalArgumentException。

4.2.4 集合工具类：org.apache.commons.collections4.CollectionUtils

public void doSomething(List<String> params) { if (CollectionUtils.isNotEmpty(params)) { // 使用params } }

4.2.5 使用 guava 包

可以使用 guava 包的 com.google.common.base.Preconditions 前置条件检测类。

同样看源码，源码给出了一个范例。原始代码如下：

public static double sqrt(double value) { if (value < 0) { throw new IllegalArgumentException("input is negative: " + value); } // calculate square root }

使用 Preconditions 后，代码可以简化为：

public static double sqrt(double value) { checkArgument(value >= 0, "input is negative: %s", value); // calculate square root }

Spring 例子：

• org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext#register
  
• org.springframework.util.Assert#notEmpty(java.lang.Object[], java.lang.String)
  

虽然使用的具体工具类不一样，核心的思想都是一致的。

4.2.6 自动化 API

4.2.6.1 lombok # @Nonnull

 public void doSomething5(@NonNull String param) { // 使用param proccess(param); }

编译后的代码：

 public void doSomething5(@NonNull String param) { if (param == null) { throw new NullPointerException("param is marked non-null but is null"); } else { this.proccess(param); } }

4.2.6.2 IntelliJ IDEA# @NotNull && @Nullable

maven 依赖如下：

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.jetbrains/annotations --> <dependency> <groupId>org.jetbrains</groupId> <artifactId>annotations</artifactId> <version>17.0.0</version> </dependency>

@NotNull 在参数上的用法和上面的例子非常相似。

public static void doSomething(@NotNull String param) { // 使用param proccess(param); }

5. 总结

本节主要讲述空指针的含义，空指针常见的中枪姿势，以及如何避免空指针异常。下一节将为你揭秘 当 switch 遇到空指针，又会发生什么奇妙的事情。

参考

• 《 阿里巴巴Java 开发手册 1.5.0：华山版》
• 《Java Language Specification: Java SE 8 Edition》
• 码出规范：《阿里巴巴Java开发手册》详解