1、什么是空指針異常？

空指針異常在 Java 中是一個(gè)運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤，它發(fā)生在當(dāng)我們試圖訪問一個(gè) null 引用的成員時(shí)，例如調(diào)用一個(gè) null 對(duì)象的方法或訪問其字段。這種情況下，JVM 會(huì)拋出 NullPointerException。例如：

?public?class?Main?{
??? ?public?static?void?main(String[]?args) {
??? ? ? ?String?str?=?null;
??? ? ? ?System.out.println(str.length()); ?// 拋出 NullPointerException
??? }
?}

在這個(gè)例子中，我們試圖調(diào)用 str 的 length() 方法，但是 str 是 null，所以 JVM 拋出了 NullPointerException。

2、為什么會(huì)出現(xiàn)空指針異常？

在 Java 中，對(duì)象是通過引用來訪問的。當(dāng)我們聲明一個(gè)對(duì)象變量時(shí)，只是創(chuàng)建了一個(gè)引用，并沒有創(chuàng)建實(shí)際的對(duì)象。在使用對(duì)象之前，需要通過 new 關(guān)鍵字來創(chuàng)建實(shí)際的對(duì)象，將其賦給引用。但是，如果我們沒有創(chuàng)建實(shí)際的對(duì)象，或者已經(jīng)將對(duì)象置為 null，那么再試圖使用這個(gè)引用，就會(huì)導(dǎo)致空指針異常。這是因?yàn)檫@個(gè)引用沒有指向任何實(shí)際的對(duì)象，我們不能通過它來訪問任何成員。

例如，下面的代碼會(huì)導(dǎo)致空指針異常，因?yàn)槲覀冊噲D訪問 person 的 name 字段，但是 person 是 null：

?public?class?Main?{
??? ?static?class?Person?{
??? ? ? ?String?name;
??? }
?
??? ?public?static?void?main(String[]?args) {
??? ? ? ?Person?person?=?null;
??? ? ? ?System.out.println(person.name); ?// 拋出 NullPointerException
??? }
?}

3、如何預(yù)防空指針異常？

在我們開始處理空指針異常之前，我們需要首先學(xué)會(huì)如何預(yù)防它。以下是一些預(yù)防空指針異常的常見策略：

• 使用 Objects.requireNonNull() 確認(rèn)對(duì)象不為 null

Java 7 引入了一個(gè)很有用的工具類 Objects，它提供了一個(gè) requireNonNull() 方法，這個(gè)方法可以用來檢查一個(gè)對(duì)象是否為 null。如果對(duì)象是 null，它會(huì)拋出 NullPointerException。這可以幫助我們在早期發(fā)現(xiàn)和處理空指針問題。

例如：

?import?java.util.Objects;
?
?public?class?Main?{
??? ?public?static?void?main(String[]?args) {
??? ? ? ?String?str?=?null;
??? ? ? ?str?=?Objects.requireNonNull(str,?"str cannot be null"); ?// 拋出 NullPointerException
??? }
?}

• 在方法中對(duì)參數(shù)進(jìn)行非 null 校驗(yàn)

當(dāng)我們編寫一個(gè)方法并期望其參數(shù)不為 null 時(shí)，應(yīng)當(dāng)在方法開始處對(duì)參數(shù)進(jìn)行非 null 校驗(yàn)。如果參數(shù)為 null，應(yīng)當(dāng)立即拋出 NullPointerException 或 IllegalArgumentException。這樣可以盡早地發(fā)現(xiàn)問題，并避免錯(cuò)誤的進(jìn)一步傳播。

例如：

?public?void?process(String?str) {
??? ?if?(str?==?null) {
??? ? ? ?throw?new?IllegalArgumentException("str cannot be null");
??? }
?
??? ?// ...
?}

• 使用 Optional 類來更優(yōu)雅地處理可能為 null 的情況

Java 8 引入了一個(gè)新的類 Optional，它是一個(gè)可以包含也可以不包含值的容器對(duì)象。Optional 提供了一種更優(yōu)雅、更安全的方式來處理可能為 null 的情況，而無需顯式地進(jìn)行 null 檢查。我們會(huì)在后面的部分詳細(xì)討論 Optional 的使用。

• 編程最佳實(shí)踐

除了上述技術(shù)之外，也有一些通用的編程最佳實(shí)踐可以幫助我們避免空指針異常。例如，我們應(yīng)當(dāng)盡量減少 null 的使用，盡量不要返回 null，可以考慮使用空對(duì)象或默認(rèn)對(duì)象。在對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行處理時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)總是假設(shè)輸入可能為 null 并進(jìn)行相應(yīng)的處理。

4、如何捕獲和處理空指針異常？

雖然我們已經(jīng)知道了如何預(yù)防空指針異常，但是在某些情況下，我們可能還是需要捕獲和處理這個(gè)異常。Java 提供了 try/catch 語句來捕獲和處理異常，包括空指針異常。

下面是一個(gè)例子：

?public?class?Main?{
??? ?public?static?void?main(String[]?args) {
??? ? ? ?try?{
??? ? ? ? ? ?String?str?=?null;
??? ? ? ? ? ?System.out.println(str.length()); ?// 會(huì)拋出 NullPointerException
??? ? ? }?catch?(NullPointerException?e) {
??? ? ? ? ? ?System.out.println("Caught a NullPointerException.");
??? ? ? ? ? ?// 我們可以在這里處理異常，例如提供一個(gè)默認(rèn)值
??? ? ? ? ? ?// ...
??? ? ? }
??? }
?}

在這個(gè)例子中，我們使用 try 塊包圍了可能拋出空指針異常的代碼。如果 try 塊中的代碼拋出了空指針異常，那么控制流就會(huì)立即轉(zhuǎn)到 catch 塊，我們可以在 catch 塊中處理這個(gè)異常。

雖然 try/catch 是一個(gè)強(qiáng)大的工具，但是我們應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎使用它。不應(yīng)該用 try/catch 來替代良好的編程實(shí)踐和合理的 null 檢查。過度使用 try/catch 可能會(huì)使代碼變得混亂，難以閱讀和維護(hù)，也可能會(huì)隱藏真正的問題。

5、Java 8 Optional 類的使用

如前所述，Java 8 引入了 Optional 類來幫助開發(fā)者更優(yōu)雅地處理可能為 null 的情況。Optional 是一個(gè)可以包含也可以不包含值的容器對(duì)象。當(dāng)我們期望一個(gè)方法可能返回 null 時(shí)，可以考慮讓它返回 Optional 對(duì)象，這樣調(diào)用者就可以更方便地檢查返回值是否為 null。

下面是一個(gè)例子：

?import?java.util.Optional;
?
?public?class?Main?{
??? ?public?static?void?main(String[]?args) {
??? ? ? ?Optional<String>?optional?=?getOptional();
??? ? ? ?if?(optional.isPresent()) {
??? ? ? ? ? ?System.out.println(optional.get());
??? ? ? }?else?{
??? ? ? ? ? ?System.out.println("No value present");
??? ? ? }
??? }
?
??? ?static?Optional<String>?getOptional() {
??? ? ? ?// ...
??? ? ? ?return?Optional.empty(); ?// 返回一個(gè)不包含值的 Optional
??? }
?}

在這個(gè)例子中，getOptional() 方法返回一個(gè) Optional<String>。調(diào)用者可以使用 isPresent() 方法來檢查 Optional 是否包含值，然后使用 get() 方法來獲取值。這樣就可以避免了空指針異常。

6、編程最佳實(shí)踐

下面是了不起給大家整理的處理空指針異常的最佳編程實(shí)踐。

• 對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行校驗(yàn)

  在處理方法參數(shù)之前，總是檢查其是否為 null。如果方法不接受 null 參數(shù)，應(yīng)該立即返回或拋出異常。

• 盡量避免返回 null 值

  如果方法可能返回 null，考慮返回 Optional 類型，或者返回一個(gè)空對(duì)象或默認(rèn)對(duì)象。這樣可以避免調(diào)用者直接處理 null。

• 鼓勵(lì)使用空對(duì)象或默認(rèn)對(duì)象，而非 null

  空對(duì)象（也稱為 Null 對(duì)象）或默認(rèn)對(duì)象是一種設(shè)計(jì)模式，可以在沒有數(shù)據(jù)的情況下提供默認(rèn)的行為。使用空對(duì)象或默認(rèn)對(duì)象可以簡化代碼，避免需要檢查 null。

• 盡可能減少 null 的使用

  盡管 null 在 Java 中是不可避免的，但是我們應(yīng)當(dāng)盡量減少 null 的使用。過度使用 null 會(huì)導(dǎo)致代碼難以理解和維護(hù)，并增加出錯(cuò)的可能性。