空指针异常主要原因以及解决方案

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空指针异常主要原因以及解决方案

2024-02-28 03:27| 来源: 网络整理| 查看: 265

空指针异常产生的主要原因如下:

（1）当一个对象不存在时又调用其方法会产生异常obj.method() // obj对象不存在（2）当访问或修改一个对象不存在的字段时会产生异常obj.method() // method方法不存在（3）字符串变量未初始化；（4)接口类型的对象没有用具体的类初始化，比如： List a；会报错 List a = new ArrayList()；则不会报错了当一个对象的值为空时，你没有判断为空的情况。你可以试着把下面的代码前加一行代码： if(rb!=null && rb!="") 改成： if(rb==null); if(rb!==null&&rb!="") 或者if((“”).equals(rb)) 空指针的解决办法：重点关注报错发生的所在行，通过空指针异常产生的两条主要原因诊断具体的错误。同时为了避免空指针的发生，最好在做判断处理时将“null”或者空值放于设定的值之前。

另： Java 中任何对象都有可能为空，当我们调用空对象的方法时就会抛出 NullPointerException 空指针异常，这是一种非常常见的错误类型。我们可以使用若干种方法来避免产生这类异常，使得我们的代码更为健壮。本文将列举这些解决方案，包括传统的空值检测、编程规范、以及使用现代 Java 语言引入的各类工具来作为辅助。

运行时检测

最显而易见的方法就是使用 if (obj == null) 来对所有需要用到的对象来进行检测，包括函数参数、返回值、以及类实例的成员变量。当你检测到 null 值时，可以选择抛出更具针对性的异常类型，如 IllegalArgumentException，并添加消息内容。我们可以使用一些库函数来简化代码，如 Java 7 开始提供的 Objects#requireNonNull 方法：

public void testObjects(Object arg) { Object checked = Objects.requireNonNull(arg, "arg must not be null"); checked.toString(); }

Guava 的 Preconditions 类中也提供了一系列用于检测参数合法性的工具函数，其中就包含空值检测：

public void testGuava(Object arg) { Object checked = Preconditions.checkNotNull(arg, "%s must not be null", "arg"); checked.toString(); }

我们还可以使用 Lombok 来生成空值检测代码，并抛出带有提示信息的空指针异常：

public void testLombok(@NonNull Object arg) { arg.toString(); }

生成的代码如下：

public void testLombokGenerated(Object arg) { if (arg == null) { throw new NullPointerException("arg is marked @NonNull but is null"); } arg.toString(); }

这个注解还可以用在类实例的成员变量上，所有的赋值操作会自动进行空值检测。

编程规范

通过遵守某些编程规范，也可以从一定程度上减少空指针异常的发生。

使用那些已经对 null 值做过判断的方法，如 String#equals、String#valueOf、以及三方库中用来判断字符串和集合是否为空的函数：

if (str != null && str.equals("text")) {} if ("text".equals(str)) {} if (obj != null) { obj.toString(); } String.valueOf(obj); // "null" // from spring-core StringUtils.isEmpty(str); CollectionUtils.isEmpty(col); // from guava Strings.isNullOrEmpty(str); // from commons-collections4 CollectionUtils.isEmpty(col);

如果函数的某个参数可以接收 null 值，考虑改写成两个函数，使用不同的函数签名，这样就可以强制要求每个参数都不为空了：

public void methodA(Object arg1) { methodB(arg1, new Object[0]); } public void methodB(Object arg1, Object[] arg2) { for (Object obj : arg2) {} // no null check }

如果函数的返回值是集合类型，当结果为空时，不要返回 null 值，而是返回一个空的集合；如果返回值类型是对象，则可以选择抛出异常。Spring JdbcTemplate 正是使用了这种处理方式：

// 当查询结果为空时，返回 new ArrayList() jdbcTemplate.queryForList("SELECT * FROM person"); // 若找不到该条记录，则抛出 EmptyResultDataAccessException jdbcTemplate.queryForObject("SELECT age FROM person WHERE id = 1", Integer.class); // 支持泛型集合 public List testReturnCollection() { return Collections.emptyList(); }

静态代码分析

Java 语言有许多静态代码分析工具，如 Eclipse IDE、SpotBugs、Checker Framework 等，它们可以帮助程序员检测出编译期的错误。结合 @Nullable 和 @Nonnull 等注解，我们就可以在程序运行之前发现可能抛出空指针异常的代码。

但是，空值检测注解还没有得到标准化。虽然 2006 年 9 月社区提出了 JSR 305 规范，但它长期处于搁置状态。很多第三方库提供了类似的注解，且得到了不同工具的支持，其中使用较多的有：

javax.annotation.Nonnull：由 JSR 305 提出，其参考实现为 com.google.code.findbugs.jsr305； org.eclipse.jdt.annotation.NonNull：Eclipse IDE 原生支持的空值检测注解； edu.umd.cs.findbugs.annotations.NonNull：SpotBugs 使用的注解，基于 findbugs.jsr305； org.springframework.lang.NonNull：Spring Framework 5.0 开始提供； org.checkerframework.checker.nullness.qual.NonNull：Checker Framework 使用； android.support.annotation.NonNull：集成在安卓开发工具中；我建议使用一种跨 IDE 的解决方案，如 SpotBugs 或 Checker Framework，它们都能和 Maven 结合得很好。

SpotBugs 与 @NonNull、@CheckForNull

SpotBugs 是 FindBugs 的后继者。通过在方法的参数和返回值上添加 @NonNull 和 @CheckForNull 注解，SpotBugs 可以帮助我们进行编译期的空值检测。需要注意的是，SpotBugs 不支持 @Nullable 注解，必须用 @CheckForNull 代替。如官方文档中所说，仅当需要覆盖 @ParametersAreNonnullByDefault 时才会用到 @Nullable。

官方文档中说明了如何将 SpotBugs 应用到 Maven 和 Eclipse 中去。我们还需要将 spotbugs-annotations 加入到项目依赖中，以便使用对应的注解。

com.github.spotbugs spotbugs-annotations 3.1.7

以下是对不同使用场景的说明：

@NonNull private Object returnNonNull() { // 错误：returnNonNull() 可能返回空值，但其已声明为 @Nonnull return null; } @CheckForNull private Object returnNullable() { return null; } public void testReturnNullable() { Object obj = returnNullable(); // 错误：方法的返回值可能为空 System.out.println(obj.toString()); } private void argumentNonNull(@NonNull Object arg) { System.out.println(arg.toString()); } public void testArgumentNonNull() { // 错误：不能将 null 传递给非空参数 argumentNonNull(null); } public void testNullableArgument(@CheckForNull Object arg) { // 错误：参数可能为空 System.out.println(arg.toString()); }

对于 Eclipse 用户，还可以使用 IDE 内置的空值检测工具，只需将默认的注解 org.eclipse.jdt.annotation.Nullable 替换为 SpotBugs 的注解即可：

Checker Framework 与 @NonNull、@Nullable

Checker Framework 能够作为 javac 编译器的插件运行，对代码中的数据类型进行检测，预防各类问题。我们可以参照官方文档，将 Checker Framework 与 maven-compiler-plugin 结合，之后每次执行 mvn compile 时就会进行检查。Checker Framework 的空值检测程序支持几乎所有的注解，包括 JSR 305、Eclipse、甚至 lombok.NonNull。

import org.checkerframework.checker.nullness.qual.Nullable; @Nullable private Object returnNullable() { return null; } public void testReturnNullable() { Object obj = returnNullable(); // 错误：obj 可能为空 System.out.println(obj.toString()); }

Checker Framework 默认会将 @NonNull 应用到所有的函数参数和返回值上，因此，即使不添加这个注解，以下程序也是无法编译通过的：

private Object returnNonNull() { // 错误：方法声明为 @NonNull，但返回的是 null。 return null; } private void argumentNonNull(Object arg) { System.out.println(arg.toString()); } public void testArgumentNonNull() { // 错误：参数声明为 @NonNull，但传入的是 null。 argumentNonNull(null); }

Checker Framework 对使用 Spring Framework 5.0 以上的用户非常有用，因为 Spring 提供了内置的空值检测注解，且能够被 Checker Framework 支持。一方面我们无需再引入额外的 Jar 包，更重要的是 Spring Framework 代码本身就使用了这些注解，这样我们在调用它的 API 时就能有效地处理空值了。举例来说，StringUtils 类里可以传入空值的函数、以及会返回空值的函数都添加了 @Nullable 注解，而未添加的方法则继承了整个框架的 @NonNull 注解，因此，下列代码中的空指针异常就可以被 Checker Framework 检测到了：

// 这是 spring-core 中定义的类和方法 public abstract class StringUtils { // str 参数继承了全局的 @NonNull 注解 public static String capitalize(String str) {} @Nullable public static String getFilename(@Nullable String path) {} } // 错误：参数声明为 @NonNull，但传入的是 null。 StringUtils.capitalize(null); String filename = StringUtils.getFilename("/path/to/file"); // 错误：filename 可能为空。 System.out.println(filename.length());

Optional 类型

Java 8 引入了 Optional 类型，我们可以用它来对函数的返回值进行包装。这种方式的优点是可以明确定义该方法是有可能返回空值的，因此调用方必须做好相应处理，这样也就不会引发空指针异常。但是，也不可避免地需要编写更多代码，而且会产生很多垃圾对象，增加 GC 的压力，因此在使用时需要酌情考虑。

Optional opt; // 创建 opt = Optional.empty(); opt = Optional.of("text"); opt = Optional.ofNullable(null); // 判断并读取 if (opt.isPresent()) { opt.get(); } // 默认值 opt.orElse("default"); opt.orElseGet(() -> "default"); opt.orElseThrow(() -> new NullPointerException()); // 相关操作 opt.ifPresent(value -> { System.out.println(value); }); opt.filter(value -> value.length() > 5); opt.map(value -> value.trim()); opt.flatMap(value -> { String trimmed = value.trim(); return trimmed.isEmpty() ? Optional.empty() : Optional.of(trimmed); });

方法的链式调用很容易引发空指针异常，但如果返回值都用 Optional 包装起来，就可以用 flatMap 方法来实现安全的链式调用了：

String zipCode = getUser() .flatMap(User::getAddress) .flatMap(Address::getZipCode) .orElse("");

Java 8 Stream API 同样使用了 Optional 作为返回类型：

stringList.stream().findFirst().orElse("default"); stringList.stream() .max(Comparator.naturalOrder()) .ifPresent(System.out::println);

此外，Java 8 还针对基础类型提供了单独的 Optional 类，如 OptionalInt、OptionalDouble 等，在性能要求比较高的场景下很适用。

其它 JVM 语言中的空指针异常

Scala 语言中的 Option 类可以对标 Java 8 的 Optional。它有两个子类型，Some 表示有值，None 表示空。

val opt: Option[String] = Some("text") opt.getOrElse("default")

除了使用 Option#isEmpty 判断，还可以使用 Scala 的模式匹配：

opt match { case Some(text) => println(text) case None => println("default") }

Scala 的集合处理函数库非常强大，Option 则可直接作为集合进行操作，如 filer、map、以及列表解析（for-comprehension）：

opt.map(_.trim).filter(_.length > 0).map(_.toUpperCase).getOrElse("DEFAULT") val upper = for { text

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