Java中避免空指针检查的方法

技术背景

在Java编程中，NullPointerException 是一个常见的运行时异常。为了避免该异常，开发者常常需要编写大量的 x != null 检查代码。然而，过多的空指针检查会使代码变得冗长和难以维护。因此，探索如何避免或减少空指针检查是提高Java代码质量和可维护性的重要课题。

实现步骤

1. 使用 Objects.requireNonNull

自Java 1.7起，可以使用 Objects.requireNonNull 方法。该方法用于验证参数是否为 null，如果参数为 null，则抛出 NullPointerException。

import java.util.Objects;

public class Foo {
    private Bar bar;

    public Foo(Bar bar) {
        this.bar = Objects.requireNonNull(bar);
    }
}

2. 运用注解

使用如 @Nullable 和 @NotNull 这样的注解，让编译器帮忙检查潜在的空指针问题。这些注解可以用在方法和参数上。

import org.jetbrains.annotations.NotNull;
import org.jetbrains.annotations.Nullable;

@NotNull
public static String helloWorld() {
    return "Hello World";
}

@Nullable
public static String helloWorldNullable() {
    return null;
}

3. 采用Null Object模式

当返回值可能为 null 时，可以使用Null Object模式，返回一个不做任何操作的对象，而不是 null。

public interface Action {
    void doSomething();
}

public interface Parser {
    Action findAction(String userInput);
}

public class MyParser implements Parser {
    private static Action DO_NOTHING = new Action() {
        public void doSomething() { /* do nothing */ }
    };

    public Action findAction(String userInput) {
        // ...
        if ( /* we can't find any actions */ ) {
            return DO_NOTHING;
        }
    }
}

4. 使用 Optional 类（Java 8及以上）

Optional 类是Java 8引入的，用于表示一个值可能存在或不存在。它可以提高代码的可读性，并使API的契约更加清晰。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Optional;

public class FruitFinder {
    public static Optional<Fruit> find(String name, List<Fruit> fruits) {
        for (Fruit fruit : fruits) {
            if (fruit.getName().equals(name)) {
                return Optional.of(fruit);
            }
        }
        return Optional.empty();
    }
}

5. 利用Apache Commons库

Apache Commons库提供了一些工具类，可进行空安全的操作，例如 StringUtils 类。

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;

public class StringChecker {
    public static void checkString(String foo) {
        if (StringUtils.isBlank(foo)) {
            // do something
        }
    }
}

核心代码

使用 Optional 类的示例

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Optional;

class Fruit {
    private String name;

    public Fruit(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

public class FruitFinder {
    public static Optional<Fruit> find(String name, List<Fruit> fruits) {
        for (Fruit fruit : fruits) {
            if (fruit.getName().equals(name)) {
                return Optional.of(fruit);
            }
        }
        return Optional.empty();
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Fruit> fruits = new ArrayList<>();
        fruits.add(new Fruit("apple"));
        fruits.add(new Fruit("banana"));

        Optional<Fruit> found = find("apple", fruits);
        found.ifPresent(fruit -> System.out.println(fruit.getName()));

        String nameOrFallback = find("lemon", fruits)
               .map(f -> f.getName())
               .orElse("empty-name");
        System.out.println(nameOrFallback);
    }
}

使用 Objects.requireNonNull 的示例

import java.util.Objects;

class Parent {
    private Child child;

    public Parent(Child child) {
        this.child = Objects.requireNonNull(child, "child");
    }
}

class Child {
    // 类的定义
}

最佳实践

• 设计良好的API：在设计API时，尽量避免返回 null。如果可能，返回空集合或使用 Optional 类。
• 尽早检查：在方法开始处检查参数是否为 null，如果是，则抛出异常。
• 使用注解：利用 @Nullable 和 @NotNull 注解，让编译器帮助检查潜在的空指针问题。
• 合理使用 Optional 类：在Java 8及以上版本中，对于可能返回 null 的方法，使用 Optional 类。

常见问题

1. 使用 Optional 类是否会增加代码复杂度？

使用 Optional 类可能会引入一些额外的代码，但它可以提高代码的可读性和可维护性，尤其是在处理可能为 null 的值时。

2. Null Object模式是否适用于所有情况？

并非所有情况都适合使用Null Object模式。在某些情况下，返回 null 或抛出异常可能是更好的选择。例如，当 null 表示某种特定的错误或异常情况时。

3. 注解是否能完全避免空指针异常？

注解本身不能完全避免空指针异常，但它们可以在编译时发现一些潜在的问题，帮助开发者提前解决。在运行时，仍然需要确保代码的正确性。