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作者 Sotirios-Efstathios (Stathis) Maneas
译者 smallclover
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java.lang.NullPoinerException – 怎么处理空指针异常

在java中，null是一个特殊的值，它能够被赋值给对象的引用。表示该对象的值不确定。当一个应用试图使用或者访问一个引用为null的对象时，一个NullPointerException 会被抛出。以下列举的几种情况将会抛出该异常：

• 通过一个 null 对象调用 方法

• 访问或者修改一个null 对象的字段

• 获取null的长度，比如，一个引用值为null的数组

• 访问或修改一个null对象，比如 一个引用值为null的数组。

• 抛出 NullPointException

• 当你试图同步一个null对象的时候。

NullPointerException是一个RuntimeException，并且javac编译器将不会强制你使用try-catch代码块处理NullPointerException。

为什么我们需要null值？

正如前面所提到的那样，在java null值是一个特殊的值。Null值经常被使用在一些设计模式中，如Null Object Pattern 和 Singleton Pattern。前者，提供一个对象来代替当该类型的对象缺失的时候；后者确保该类有且仅有一个类的实例被创建。目的是为了提供一个该对象的全局唯一访问点。

例如，生成一个类的唯一实例的一般方法是：声明所有的构造函数为私有，然后创建一个公有的方法返回该类的唯一一个实例

TestSingleton.java:

01    import java.util.UUID;
02     
03    class Singleton {
04     
05         private static Singleton single = null;
06         private String ID = null;
07     
08         private Singleton() {
09              /* Make it private, in order to prevent the creation of new instances of
10               * the Singleton class. */
11     
12              ID = UUID.randomUUID().toString(); // Create a random ID.
13         }
14     
15         public static Singleton getInstance() {
16              if (single == null)
17                   single = new Singleton();
18     
19              return single;
20         }
21     
22         public String getID() {
23              return this.ID;
24         }
25    }
26     
27    public class TestSingleton {
28         public static void main(String[] args) {
29              Singleton s = Singleton.getInstance();
30              System.out.println(s.getID());
31         }
32    }

在上面的这个例子中，我们声明了一个Singleton类的静态实例，该静态实例在getInstance内部执行最多一次的初始化。注意，这里使用null值，使得唯一的实例被创建。

怎样避免NullPointerException

为了避免出现NullPointerException，在你使用该对象之前确保所有的对象被正常的初始化。注意，当你声明了一个引用变量,你就真的创建了一个指向对象的指针。在你通过这个对象请求方法或者属性时你必须确保这个指针不是null。

另外，如果该异常被抛出，请灵活的使用堆栈跟踪中的信息，通过JVM提供的堆栈跟踪，我们能够调试应用。查找exception发生的方法以及位于该方法的多少行，然后判断指定的那一行中哪一个引用等于null。在剩余的章节，我们将具体的描述一些处理上述异常情况的技术，然而它们也并不能完全消除NullPointerException的问题，所以程序员还是应该在编写应用的时候仔细一些。

1. String与字符串常量作比较

在一个应用中经常会编写涉及到比较String变量和字符串常量的代码。这个字符串常量可能是String类型或者是Enum的一个元素。我们应该考虑使用字符串常量调用equals方法来代替使用null对象调用该方法。例如观察一下案例：

1    String str = null;
2    if(str.equals("Test")) {
3         /* The code here will not be reached, as an exception will be thrown. */
4    }

上面的代码片段将会抛出NullPointerException。然而如果我们通过字符串常量来调用equals方法，执行流程会正常进行：

1    String str = null;
2    if("Test".equals(str)) {
3         /* Correct use case. No exception will be thrown. */
4    }

2. 检查方法的参数

在执行方法的方法体之前，务必对方法的参数进行null值检查。只有在在确保属性被检查之后再继续执行函数。另外，在传递的参数有错误的时候你可以抛出一个IllegalArgumentException通知调用者。
例如：

1    public static int getLength(String s) {
2         if (s == null)
3              throw new IllegalArgumentException("The argument cannot be null");
4     
5         return s.length();
6    }

3. 使用String.valueOf()方法代替toString()

当你的应用代码需要获得一个对象的字符串的表示形式，请避免使用这个对象的toString方法，如果你的对象的引用等于null，将会导致NullPointerException被抛出。我们可以考虑使用静态的String.valueOf方法，该方法不会抛出任何异常，当函数的参数为null时会打印一个“null”字符串。

译注：这里只是一个建议，具体使用什么方法还是需要对应具体的生产环境

4. 使用三元运算符

三元运算符对于我们避开NullPointerException是非常有用的。该操作符格式如下：

1    boolean expression ? value1 : value2;

首先一个boolean表达式将会被判断，如果表达式为true，value1的值将会被返回，否则，value2的值会被返回。我们使用三元表达式处理空指针，如下图所示

1    String message = (str == null) ? "" : str.substring(0, 10);

在str的引用值为null的时候message变量的值为空，否则，如果str指向实际的数据，message将会获取它前10个字符。

5. 创建一个返回空的集合的方法来代替null。

一个非常好的技巧就是创建一个能返回空集合的方法来代替null值。你的应用代码能够迭代这个空集合并且可以使用它的方法和属性，而不用担心抛出NullPointerException。例如

Example.java
01    public class Example {
02         private static List<Integer> numbers = null;
03     
04         public static List<Integer> getList() {
05              if (numbers == null)
06                   return Collections.emptyList();
07              else
08                   return numbers;
09         }
10    }

6. 使用Apache的StringUtils类

apache的Commons Lang类库提供操作java.lang ApI的实用工具类，比如提供很多操作字符串的方法的类StringUtils.java，可以处理值为null的字符串。
你能使用诸如 StringUtils.isNotEmpty、StringUtils.IsEmpty和StringUtils.equals方法，为了减少NullPointerException。举个例子：

1    if (StringUtils.isNotEmpty(str)) {
2         System.out.println(str.toString());
3    }

7. 使用contains(),containsKey(),containsValue()方法

如果你的应用使用集合，例如Maps,那你应该考虑使用contains(),containsKey(),containsValue()方法，在你确定value存在于map的时候你可以根据指定的key来获取值。

1    Map<String, String> map = …
2    …
3    String key = …
4    String value = map.get(key);
5    System.out.println(value.toString()); // An exception will be thrown, if the value is null.

上面的代码片段，我们没有检查是否这个key存在于map中，所以可能会返回null值，最安全的做法如下述代码所示：

1    Map<String, String> map = …
2    …
3    String key = …
4    if(map.containsKey(key)) {
5         String value = map.get(key);
6         System.out.println(value.toString()); // No exception will be thrown.
7    }

8. 检查外部方法的返回值

使用第三方库在我们的日常开发中是十分常见的。当这些libraries包含的方法返回引用的时候，确保方法返回的引用不是null。另外，应该认真的阅读方法的Javadoc，为了更好的理解它的功能以及它的返回值。

9. 使用断言

当你在测试代码时使用断言是十分有用的，为了避免执行的代码片段抛出NullPointerException。Java断言通过关键字assert来执行的并且在断言出错时会抛出AssertionError。
注意你必须明确的启用断言标志在JVM中，通过执行参数-ea.否则，断言将会被完全忽略。
下面代码是一个使用断言的例子：

1    public static int getLength(String s) {
2         /* Ensure that the String is not null. */
3         assert (s != null);
4     
5         return s.length();
6    }

如果你执行以上的代码片段并且传递给getLength方法一个值为null的参数，然后会有如下的错误信息被打印出来：

1    Exception in thread "main" java.lang.AssertionError

10. 单元测试

当你在测试代码的功能性和正确性的时候单元测试是极其有用的。当你的应用代码出现特定的执行流程的时候，花一些时间写一些测试案例来验证该流程不会抛出NullPointerException。
Existing NullPointerException safe methods

现有的NullPointerException异常安全的方式

1. 访问一个类的静态成员变量或者方法

当你的代码试图访问一个类的静态的变量和方法的时候，记事这个对象的引用为null，JVM也不会抛出NullPointerException。这是由于java编译器会在特别的地方存储静态的变量和字段。因此，静态字段和静态方法并不会关联到对象，而是与类的名字有关联。

例如，下述代码不会抛出NullPointerException。

TestStatic.java :

01    class SampleClass {
02     
03         public static void printMessage() {
04              System.out.println("Hello from Java Code Geeks!");
05         }
06    }
07     
08    public class TestStatic {
09         public static void main(String[] args) {
10              SampleClass sc = null;
11              sc.printMessage();
12         }
13    }

注意，尽管SampleClass对象的引用值为null，但是方法还是将被正确的执行。然而，当我们提到静态方法和静态字段时，最好的访问方式仍然是静态的访问方式（通过类名来访问），如SampleClass.printMessage().

2. Instanceof 操作

即使对象的引用值为null，instanceof操作也能被使用。Instanceof操作在引用的值为null的时候会返回false并且不会抛出NullPointerException。请思考一下代码片段：

1    String str = null;
2    if(str instanceof String)
3         System.out.println("It's an instance of the String class!");
4    else
5         System.out.println("Not an instance of the String class!");

执行的结果不出所料：

1    Not an instance of the String class!