java.lang.NullPointerException

之前一篇文章聊过异常排名《Java异常排行榜：哪个异常最常见？》，里面谈到国外一个网站对 Java 异常进行数据分析并排名，结果是 NullPointerException 排第一，本文正好对空指针异常做一个总结，希望对各位同学有所帮助。

在本文中，我展示了一个关于如何处理空指针异常的综合示例。在Java中，null 作为一个特殊值被对象引用，用来表示该对象当前指向的是一块未知内存数据。然而NullPointerException这个异常，则是程序在使用或访问一个对象的引用时，而该对象等于null则被抛出。

那些情况会引发该异常呢？

• 被调用方法的对象为null。

• 访问或修改一个null对象的字段。

• 求一个数组为null对象的长度。

• 访问或修改一个数组为null对象中的某一个值。

• 被抛出的值是null并且是一个Throwable的子类。

• 当你用null对象进行synchronized代码块。

NullPointerException 是 RuntimeException 的子类，因此，Javac 编译器并不会强迫你使用 try-catch 代码块来捕获该异常。

一、为什么需要 null ？

如上所述，null 是 Java 的一个特殊值。它在设计模式方面编码的过程中非常有用，例如空对象模式和单例模式。空对象模式提供了一个对象作为缺少给定类型对象的代理。而单例模式可以确保只创建一个类的实例，主要用于提供一个全局访问的对象。

例如，创建单例类的示例方法是将其所有构造函数声明为private，然后创建一个返回该类的唯一实例的公共方法，如下：

在这个例子中，我们声明了一个 Singleton 类的静态实例。该实例在 getInstance 方法内最多初始化一次。注意本例使用了 null 来确保创建的是唯一实例。

二、如何避免空指针异常

为了避免这种情况 NullPointerException ，请确保在使用运行程序之前，所有对象都已正确初始化。注意，当你声明一个引用变量时，即创建了一个指向对象的指针。在向对象请求方法或字段之前，您必须验证变量「指针」是否为空。

另外，如果引发异常，请使用堆栈中的异常信息进行跟踪。堆栈跟踪是由JVM提供，便于应用程序的调试。找到发生异常的方法和代码行，然后确定哪个引用为null。

在本文的余下部分，我们将介绍一些避免空指针异常的方法。但是，这些方法并非一劳永逸，因此，同学们在编写应用程序时应格外小心。

1、String变量与文本值比较

在编码过程中，String变量与文本值之间的比较是特别常见的。一般被比较的值可以是一个字符串或枚举值。因此，我们不要从空对象调用方法进行比较，而应考虑从文字值中调用方法。如下：

上面的代码片段则会抛出一个NullPointerException。但是，如果我们从文字中调用方法，那么执行流程通常会继续：

为什么呢？去看一下 JDK 源码 java.lang.String 便明白了。

2、检查方法的参数

在执行你自己的方法的主体之前，一定要检查方法传入的参数是否为空。只有在正确检查了参数后，才能继续执行该方法的相应逻辑。否则，您可以抛出一个 IllegalArgumentException 来通知调用方法所传递的参数有问题。

例如：

3、优先使用String.valueOf() 代替toString()

当您代码中的某个对象需要用字符串的方式来表示时，请避免使用该对象的toString方法；因为若你的对象引用为null，则会抛出 NullPointerException。

相反，考虑使用静态String.valueOf方法，该方法不会抛出任何异常，若对象引用为空，则打印「null」字符串。

有的同学可能会问为什么呢？还是那句话读源码 ^_^

下面是基类 Object 的 toString() 方法：

接着，咱们再来看看 String 的 valueOf() 方法做了什么呢？

4、使用三元运算符

该操作是非常有用的，可以帮助我们避免了NullPointerException。格式如下：

上面通过布尔表达式来判断。如果表达式结果为true，则返回value1，否则返回value2。我们可以使用三元运算符来处理空指针，如下所示：

如果str的引用为空，则消息变量将为空。否则，如果str指向实际数据，则该消息将保留它的前10个字符。

这里，一直有个疑惑困扰着我，为什么 Kotlin 这门语言去掉了三元运算符呢？知道的同学欢迎留言，一起来探讨~~~

5、创建返回空集合而不是null值的方法

一个非常好的操作是创建返回一个空集合的方法，而不是一个null值。因为你的代码可以遍历空集合并使用它的方法和字段，而不会抛出一个NullPointerException 。例如：

注意：要熟悉 Collections 这个集合工具类，里面有太多好用的方法了。

6、使用Apache的StringUtils类

Apache的Commons Lang是一个为 java.lang API 提供帮助工具的库，比如字符串操作方法。提供字符串操作的示例类是 StringUtils.java，它对输入的字符串进行了 null 判断。

你可以使用 StringUtils.isNotEmpty,  StringUtils.IsEmpty 和 StringUtils.equals 等方法，来避免NullPointerException。例如：

还是老规矩，咱们来读一下相应的源码。

7、习惯用 contains(), containsKey(), containsValue() 方法

如果您的程序在使用集合，请考虑使用contains，containsKey和containsValue方法。例如，从集合中找一个特定键的值：

在上面的代码片段中，我们未检查key是否真的存在于内部Map，因此返回的值可以是 null 。最安全的方法如下：

8、请检查使用的外部方法的返回值是否为 null

在编码中使用外部库是很常见的，这些库可能包含返回引用的方法，需确保返回的值不为 null 。另外，我们要养成在开发的过程中，养成阅读 Javadoc 的习惯，以便更好地理解其功能和返回值。

9、使用断言

断言在测试代码时非常有用，并且可以被使用，以避免 NullPointerException 。Java 断言是用 assert 关键字实现的，并抛出一个 AssertionError 。

请注意，您必须显式启用 JVM 的断言标志，一般在程序启动时，使用 –ea 参数来启用断言。否则，断言将被完全忽略。

使用 Java 断言的示例如下：

如果您执行上面的代码段并传递一个空参数getLength，则会出现以下错误消息：

最后，您可以使用测试框架  JUnit 提供的类 Assert 来使用断言。

10、单元测试

在测试代码的功能和正确性时，单元测试一般非常有用。因此，建议多花一些时间编写一些测试用例，来避免程序出现 NullPointerException。目前，我司的代码覆盖率要达到 95% 以上才能通过。

三、拥有 NullPointerException 的安全方法

1、访问类的静态成员或方法

当你的代码试图访问静态变量或类的方法时，即使对象的引用等于 null，JVM 也不会抛出一个 NullPointerException 。这是由于Java编译器在编译过程中将静态方法和字段存储在方法区或者常量池。因此，静态字段和方法不与对象相关联，而与类的名称相关联。

例如，下面的代码不会抛出NullPointerException：

注意，尽管 SampleClass 等于的实例 null 将会被正确执行。但是，对于静态方法或字段，最好以静态方式访问它们，比如SampleClass.printMessage()。

2、instanceof 操作符

instanceof 即使对象的引用等于 null，也可以使用该运算符。在 instanceof 操作时，参考值等于为null，不抛出 NullPointerException，而是返回 false 。例如，下面的代码片段：

正如预期的那样，执行的结果是：

四