如何避免在java中檢查null語句(多種解決方案)

1. 概述

通常，null的變量、引用和集合在Java代碼中很難處理。它們不僅很難辯別，而且處理起來也很複雜.

事實上，在編譯時無法識別處理null的任何錯誤，並在運行時導致NullPointerException異常.

在本教程中，我們將瞭解在Java中檢查處理null的必要性，以及幫助我們避免在代碼中檢查處理null的各種替代方法.

2. 什麼是NullPointerException(NPE)?

根據Javadoc對於NullPointerException的定義,當應用程序在需要對象的地方對象爲null時被拋出，例如:

1. 調用null對象的實例方法
2. 訪問或修改null對象的字段
3. 當它是一個數組時取null的長度
4. 訪問或修改null[]
5. 像拋出Throwable一樣拋出null

讓我們快速看幾個導致這種異常的Java代碼示例:
示例1:

public void doSomething() {
    String result = doSomethingElse();
    if (result.equalsIgnoreCase("Success")) 
        // 處理邏輯
    }
}
 
private String doSomethingElse() {
    return null;
}

這裏的result爲null,在第3行中拋出NPE異常

示例2:

public void doSomething() {
    User user = getUser();
    if ("konastin".equalsIgnoreCase(user.getUsername())) 
        // 處理邏輯
    }
}
 
private User getUser() {
    return null;
}

第二行中的我們在獲取user對象可能會獲取null,第三行中拋出NPE異常

示例3:

public static void main(String[] args) {
    findMax(null);
}
 
private static void findMax(int[] arr) {
    int max = arr[0];
    //check other elements in loop
}

這個例子第6行中拋出NPE異常

因此，訪問null對象的任何字段、方法或索引都會導致NullPointerException，從上面的示例中看到這些.

避免NullPointerException的一種常見方法是檢查null:

public void doSomething() {
    User user = getUser();
    if (user!=null&&"konastin".equalsIgnoreCase(user.getUsername())) 
        // 處理邏輯
    }
}
 
private User getUser() {
    return null;
}

這裏第三行進行null檢查.

在真是開發中，程序員很難確定哪些對象爲null.**一個非常安全的策略是爲每個對象檢查null.然而，這將導致大量冗餘的null檢查，並降低代碼的可讀性.**下面我們將通過Java中的一些替代方法來避免這種冗餘.

3. 通過API規則來提示NullPointerException可能出現的情況

正如上一節所討論的，訪問null對象的方法或變量會導致NullPointerException。我們還討論了在訪問對象之前對其進行null檢查可以消除NullPointerException的可能性

然而，通常有一些api可以處理空值。例如:

public void print(Object param) {
    System.out.println("Printing " + param);
}
 
public Object process() throws Exception {
    Object result = doSomething();
    if (result == null) {
        throw new Exception("Processing fail. Got a null response");
    } else {
        return result;
    }
}

print()方法調用只會打印“null”，但不會拋出異常。類似地，process()在其響應中永遠不會返回null。它會拋出異常。

因此，對於訪問上述api的客戶機代碼，不需要進行null檢查。

但是，這些api必須在它們的規則中明確表示。api發佈此類規則的常見位置是JavaDoc。

然而，這並沒有給出API規則的明確指示，因此依賴於客戶機代碼開發人員來確保其遵從。

4. 自動化API規則來提示NullPointerException可能出現的情況

4.1. 使用 Static Code Analysis

Static code analysis 工具可以極大地提高代碼質量. 一些這樣的工具還允許開發人員維護null規則。FindBugs就是一個例子。

FindBugs通過@Nullable和@NonNull註釋幫助管理空規則。我們可以對任何方法、字段、局部變量或參數使用這些註釋。這使得帶註釋的類型是否可以爲空對客戶機代碼顯式。我們來看一個例子:

public void accept(@Nonnull Object param) {
    System.out.println(param.toString());
}

這裏@NonNull清楚地表明，參數不能爲空。如果客戶機代碼調用此方法而沒有檢查null參數，FindBugs將在編譯時生成警告。

4.2. 使用 IDE 支持

開發人員通常依賴IDE編寫Java代碼。而諸如智能代碼完成和有用的警告(比如可能沒有分配變量)等特性，肯定在很大程度上有所幫助。

一些IDE還允許開發人員管理API規則，從而消除了對靜態代碼分析工具的需求。IntelliJ IDEA提供了@NonNull和@Nullable註解。要在IntelliJ中添加對這些註解的支持，我們必須添加以下Maven依賴:

<dependency>
    <groupId>org.jetbrains</groupId>
    <artifactId>annotations</artifactId>
    <version>16.0.2</version>
</dependency>

IntelliJ將生成一個警告，如果缺少null檢查，就像我們上一個例子中那樣。

IntelliJ還爲處理複雜的API規則提供了一個規則註解。

5. 斷言功能(Assertions)

到目前爲止，我們只討論了從客戶機代碼中刪除null檢查的必要性。但是，這在實際應用中很少適用。

現在，假設我們使用的API不能接受null參數，或者能夠返回必須由客戶機處理的null響應。這就需要檢查參數或null值的響應。

在這裏，我們可以使用Java斷言代替傳統的null檢查條件語句:

public void accept(Object param){
    assert param != null;
    doSomething(param);
}

第2行中，我們檢查一個空參數。如果啓用斷言，這將導致AssertionError。

雖然這是斷言非空參數等先決條件的好方法，但是這種方法有兩個主要問題:

JVM中通常禁用斷言
錯誤斷言會導致無法恢復的uncheck error

因此，不建議新手程序員使用斷言檢查條件。在接下來的幾節中，我們將討論處理null檢查的其他方法。

6. 通過代碼練習如何進行Null檢查

6.1. 提前處理

當我們開發程序時,可以通過提前進行NUll檢查,當真實出現null時,這個檢查會起作用,拋出NPE異常.
下面我會提供2個版本的代碼,第一個goodAccept是較好的風格

public void goodAccept(String one, String two, String three) {
    if (one == null || two == null || three == null) {
        throw new IllegalArgumentException();
    }
 
    process(one);
    process(two);
    process(three);
}
 
public void badAccept(String one, String two, String three) {
    if (one == null) {
        throw new IllegalArgumentException();
    } else {
        process(one);
    }
 
    if (two == null) {
        throw new IllegalArgumentException();
    } else {
        process(two);
    }
 
    if (three == null) {
        throw new IllegalArgumentException();
    } else {
        process(three);
    }
}

另外，我們還可以使用Guava的先決條件來驗證API參數。

6.2. 用包裝類替換基本類型

由於int基本類型不能接收null,所以我們應該傾向於使用它的包裝類Integer

如下思考兩個函數:

public static int primitiveSum(int a, int b) {
    return a + b;
}
 
public static Integer wrapperSum(Integer a, Integer b) {
    return a + b;
}

我們在調用端調用這兩個函數:

int sum = primitiveSum(null, 2);

這將導致編譯時錯誤，因爲null不是int的有效值。

當使用包裝類的函數(API)時，我們得到一個NullPointerException:
assertThrows(NullPointerException.class, () -> wrapperSum(null, 2));

6.3. 空集合

有時候，我們需要返回一個集合作爲方法的返回值。對於這樣的方法，我們應該返回一個空集合，而不是null:

public List<String> names() {
    if (userExists()) {
        return Stream.of(readName()).collect(Collectors.toList());
    } else {
        return Collections.emptyList();
    }
}

因此，我們避免了在調用此方法時的null檢查。

7. 使用 Objects

Java 7引入的新的Objects API。這個API有幾個靜態實用程序方法，可以幫我們刪除我們代碼中大量冗餘代碼(檢查null的代碼)。讓我們來看一個這樣的方法requireNonNull():

public void accept(Object param) {
    Objects.requireNonNull(param);
    // doSomething()
}

下面測試accept() 方法:

assertThrows(NullPointerException.class, () -> accept(null));

因此，如果null作爲參數傳遞，accept()將拋出NullPointerException。

該類還具有isNull()和nonNull()方法，可以將它們用作判斷,來檢查對象是否爲null。

8. 使用Optional

Java 8在該語言中引入的一個新的可選API。與null相比，Optional爲處理NPE提供了更好的規則。讓我們看看可選如何消除null檢查的需要:

public Optional<Object> process(boolean processed) {
    String response = doSomething(processed);
 
    if (response == null) {
        return Optional.empty();
    }
 
    return Optional.of(response);
}

private String doSomething(boolean processed) {
    if (processed) {
        return "passed";
    } else {
        return null;
    }
}

通過返回一個Optional, process()方法向調用者表明，響應可以爲空，並且必須在編譯時處理。

這顯著地消除了客戶端代碼中任何空檢查的需要。空響應可以使用可選API的聲明式以不同的方式處理:

assertThrows(Exception.class, () -> process(false).orElseThrow(() -> new Exception()));

此外，它還爲API開發人員提供了更好的規則，以便向客戶端表明API可以返回空響應。

雖然我們消除了對這個API調用者進行null檢查的需要，但是我們使用它來返回一個空響應。爲了避免這種情況, Optional 提供了一個ofNullable方法 ,這個方法會返回一個指定的值或者當出現null時返回empty:

public Optional<Object> process(boolean processed) {
    String response = doSomething(processed);
    return Optional.ofNullable(response);
}

9. 使用 Libraries

9.1. 使用Lombok

Lombok是一個很6的lib庫，可以減少項目中的代碼量。它附帶了一組註解，這些註解代替了我們在Java應用程序中經常編寫的常見代碼部分，例如getter、setter和toString()等。

另外它的其中的一個註解 @NonNull.因此，如果一個項目已經使用Lombok，可以使用@NonNull代替null檢查。

在我們繼續看一些例子之前，讓我們爲Lombok添加一個Maven依賴項:

<dependency>
    <groupId>org.projectlombok</groupId>
    <artifactId>lombok</artifactId>
    <version>1.18.6</version>
</dependency>

在需要的地方使用@NonNull

public void accept(@NonNull Object param){
    System.out.println(param);
}

因此，我們只是註解了需要null檢查的對象，Lombok生成編譯後的類:

public void accept(@NonNull Object param) {
    if (param == null) {
        throw new NullPointerException("param");
    } else {
        System.out.println(param);
    }
}

如果param爲null，這個方法將拋出NullPointerException。方法必須在其按照@NonNull來顯式地實現這一點，客戶機代碼必須處理異常。

9.2. 使用StringUtils

通常，字符串驗證除了空值外，還包括對空值的檢查。因此，一個通用的驗證語句應該是:

public void accept(String param){
    if (null != param && !param.isEmpty())
        System.out.println(param);
}

如果我們必須處理許多字符串類型，這很快就會變得多餘。這就是StringUtils派上用場的地方。在看實際操作之前，讓我們爲commons-lang3添加一個Maven依賴

<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-lang3</artifactId>
    <version>3.8.1</version>
</dependency>

現在讓我們用StringUtils重構上面的代碼:

public void accept(String param) {
    if (StringUtils.isNotEmpty(param))
        System.out.println(param);
}

因此，我們用靜態實用程序方法isNotEmpty()替換了null或empty檢查。這個API提供了其他強大的實用程序方法來處理公共字符串函數.

10. 總結

在本文中，我們研究了NullPointerException的各種原因，以及它難以識別的原因。然後，我們學習了在真實開發時,如何處理NPE,以及如何避免null檢查,以此優化代碼.java新手很值得學習.

如何避免在java中檢查null語句(多種解決方案)

1. 概述

2. 什麼是NullPointerException(NPE)?

3. 通過API規則來提示NullPointerException可能出現的情況

4. 自動化API規則來提示NullPointerException可能出現的情況

4.1. 使用 Static Code Analysis

4.2. 使用 IDE 支持

5. 斷言功能(Assertions)

6. 通過代碼練習如何進行Null檢查

6.1. 提前處理

6.2. 用包裝類替換基本類型

6.3. 空集合

7. 使用 Objects

8. 使用Optional

9. 使用 Libraries

9.1. 使用Lombok

9.2. 使用StringUtils

10. 總結

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