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2020年3月17日公布,Java正式公布了JDK 14 ,现在已经可以开放下载。在JDK 14中,共有16个新特征,本文主要来先容其中的一个特征:JEP 358: Helpful NullPointerExceptions

null何错之有?

对于Java程序员来说,null是令人头痛的器械。时常会受到空指针异常(NullPointerException)的骚扰。信赖许多程序员都稀奇畏惧泛起程序中泛起NPE,由于这种异常往往伴随着代码的非预期运行。

编程语言中,空引用(Null Reference)是一个与空指针类似的观点,是一个已宣告但其并未引用到一个有用工具的变量。

在Java 1 中就包罗了了Null引用和NPE了,然则实在,Null引用是伟大的计算机科学家Tony Hoare 早在1965年发现的,最初作为编程语言ALGOL W的一部门。

1965年,英国一位名为Tony Hoare的计算机科学家在设计ALGOL W语言时提出了null引用的想法。ALGOL W是第一批在堆上分配纪录的类型语言之一。Hoare选择null引用这种方式,“只是由于这种方式实现起来异常容易”。虽然他的设计初衷就是要“通过编译器的自动检测机制,确保所有使用引用的地方都是绝对平安的”,他照样决议为null引用开个绿灯,由于他以为这是为“不存在的值”建模最容易的方式。

然则在2009年,许多年后,他最先为自己曾经做过这样的决议而后悔不已,把它称为“一个价值十亿美元的错误”。现实上,Hoare的这段话低估了已往五十年来数百万程序员为修复空引用所花费的价值。由于在ALGOL W之后泛起的大多数现代程序设计语言,包罗Java,都采用了同样的设计方式,其缘故原由是为了与更老的语言保持兼容,或者就像Hoare曾经陈述的那样,“仅仅是由于这样实现起来加倍容易”。

信赖许多Java程序员都一样对null和NPE深恶痛绝,由于他确实会带来林林总总的问题(来自《Java 8 实战》)。如:

  • 它是错误之源。 NullPointerException是现在Java程序开发中最典型的异常。它会使你的代码膨胀。
  • 它让你的代码充斥着深度嵌套的null检查,代码的可读性糟糕透顶。
  • 它自身是毫无意义的。 null自身没有任何的语义,尤其是是它代表的是在静态类型语言中以一种错误的方式对缺失变量值的建模。
  • 它破坏了Java的哲学。 Java一直试图制止让程序员意识到指针的存在,唯一的破例是:null指针。
  • 它在Java的类型系统上开了个口子。 null并不属于任何类型,这意味着它可以被赋值给随便引用类型的变量。这会导致问题, 缘故原由是当这个变量被通报到系统中的另一个部门后,你将无法获知这个null变量最初赋值到底是什么类型。

其他语言若何解决NPE问题

我们知道,出了Java语言外,另有许多其他的面向工具语言,那么在其他的一些语言中,是若何解决NPE的问题的呢?

如在Groovy中使用平安导航操作符(Safe Navigation Operator)可以接见可能为null的变量:

def carInsuranceName = person?.car?.insurance?.name

Groovy的平安导航操作符能够制止在接见这些可能为null引用的变量时发生NullPointerException,在挪用链中的变量遭遇null时将null引用沿着挪用链通报下去,返回一个null。

实在这个功效曾经思量过增添一个类似的功效,然则厥后又被舍弃了。

另外,在Haskell和Scala也有类似的替代品,如Haskell中的Maybe类型、Scala中的Option[T]。

在 Kotlin 中,其类型系统严酷区分一个引用可以容纳 null 照样不能容纳。也就是说,一个变量是否可空必须显示声明,对于可空变量,在接见其成员时必须做空处置,否则无法编译通过:

var a: String = "abc"
a = null // 编译错误

果允许为空,可以声明一个可空字符串,写作 String?:

var b: String? = "abc" //String? 示意该 String 类型变量可为空
b = null // 编译通过

看到这个?的时刻,是不是发现和Groovy有点像?不外照样有一定区别的,这里就不展开了。

好了,书归正传,我们来看看作为一个TOIBE编程语言排行榜第一名的语言,Java语言对于NPE做出了哪些起劲!

Java做了哪些起劲

一直以来对于null和NPE的改善照样做出了一些起劲的。

首先在Java 8中提供了Optional,实在在Java 8 推出之前,Google的Guava库中就率先提供过Optional接口来使null快速失败。

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Optional在可能为null的工具上做了一层封装,Optional工具包罗了一些方式来显式地处置某个值是存在照样缺失,Optional类强制你思索值不存在的情形,这样就能制止潜在的空指针异常。

然则设计Optional类的目的并不是完全取代null,它的目的是设计更易明白的API。通过Optional,可以从方式署名就知道这个函数有可能返回一个缺失的值,这样强制你处置这些缺失值的情形。

关于Optional的用法,不是本文的重点,就不在这里详细先容了,笔者在一样平常开发中经常连系Stream一起使用Optional,照样对照好用的。

另外一个值得一提的就是最近(2020年03月17日)公布的JDK 14中对于NPE有了一个增强。那就是JEP 358: Helpful NullPointerExceptions

更有辅助的NPE

JDK 14中对于NEP有了一个增强,既然NPE暂时无法制止,那么就让他对开发者更有辅助一些。

每个Java开发人员都遇到过NullPointerExceptions (NPEs)。由于NPEs可以发生在程序的险些任何地方,试图捕捉并从它们中恢复通常是不切现实的。因此,开发人员通常依赖于JVM来确定NPE现实发生时的泉源。例如,假设在这段代码中泛起了一个NPE:

a.i = 99;

JVM将打印出导致NPE的方式、文件名和行号:

Exception in Thread "main" java.lang.NullPointerException
at Prog.main(Prog.java:5)

通过以上客栈信息,开发人员可以定位到a.i= 99这一行,并推断出a一定是null。

然则,对于更庞大的代码,若是不使用调试器,就不可能确定哪个变量是null。假设在这段代码中泛起了一个NPE:

a.b.c.i = 99;

我们基本无法确定到底是a照样b或者是c在运行时是个null值。

然则,在JDK14以后,这种逆境就有解了。

在JDK14中,当运行期,试图对一个bull工具举行应用时,JVM依然会抛出一个NullPointerException (NPE),除此之外,还会通过通过剖析程序的字节码指令,JVM将精确地确定哪个变量是null,并且在客栈信息中明确的提醒出来。

在JDK 14中,若是上文中的a.i = 99发生NPE,将会打印如下客栈:

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: 
        Cannot assign field "i" because "a" is null
    at Prog.main(Prog.java:5)

若是是a.b.c.i = 99;中的b为null导致了空指针,则会打印以下客栈信息:

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: 
        Cannot read field "c" because "a.b" is null
    at Prog.main(Prog.java:5)

可见,客栈中明确指出了到底是哪个工具为null而导致了NPE,这样,一旦应用中发生NPE,开发者可以通过客栈信息第一时间定位到到底是代码中的谁人工具为null导致的。

这算是JDK的一个小小的改善,然则这个改善对于开发者来说确实是异常友好的。真的希望这些小而美的改动可以在JDK中越来越多。

参考资料:

https://openjdk.java.net/jeps/358

《Java 8 In Action》

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