如何优雅的处理Java异常？

墨蓝 2023-10-14 14:49 14阅读 0赞

在编写 Java 程序的过程中，有一种异常几乎每个开发者都会遇到——空指针异常（`NullPointerException`）。这个问题可能会让一些新手菜鸟感到困扰，甚至一些经验丰富的开发者也会不时地遇到这个问题。

那么我们应该如何有效且优雅的处理空指针异常呢? 下面了不起将详细的介绍这个处理方案。

#### 1、什么是空指针异常？ ####

空指针异常在 Java 中是一个运行时错误，它发生在当我们试图访问一个 `null` 引用的成员时，例如调用一个 `null` 对象的方法或访问其字段。这种情况下，JVM 会抛出 `NullPointerException`。例如：

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

在这个例子中，我们试图调用 `str` 的 `length()` 方法，但是 `str` 是 `null`，所以 JVM 抛出了 `NullPointerException`。

#### 2、为什么会出现空指针异常？ ####

在 Java 中，对象是通过引用来访问的。当我们声明一个对象变量时，只是创建了一个引用，并没有创建实际的对象。在使用对象之前，需要通过 `new` 关键字来创建实际的对象，将其赋给引用。但是，如果我们没有创建实际的对象，或者已经将对象置为 `null`，那么再试图使用这个引用，就会导致空指针异常。这是因为这个引用没有指向任何实际的对象，我们不能通过它来访问任何成员。

例如，下面的代码会导致空指针异常，因为我们试图访问 `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);  // 抛出 NullPointerException
        }
    }

#### 3、如何预防空指针异常？ ####

在我们开始处理空指针异常之前，我们需要首先学会如何预防它。以下是一些预防空指针异常的常见策略：

*  **使用 `Objects.requireNonNull()` 确认对象不为 `null`**

Java 7 引入了一个很有用的工具类 `Objects`，它提供了一个 `requireNonNull()` 方法，这个方法可以用来检查一个对象是否为 `null`。如果对象是 `null`，它会抛出 `NullPointerException`。这可以帮助我们在早期发现和处理空指针问题。

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");  // 抛出 NullPointerException
        }
    }

*  **在方法中对参数进行非 `null` 校验**

当我们编写一个方法并期望其参数不为 `null` 时，应当在方法开始处对参数进行非 `null` 校验。如果参数为 `null`，应当立即抛出 `NullPointerException` 或 `IllegalArgumentException`。这样可以尽早地发现问题，并避免错误的进一步传播。

例如：

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

*  **使用 `Optional` 类来更优雅地处理可能为 `null` 的情况**

Java 8 引入了一个新的类 `Optional`，它是一个可以包含也可以不包含值的容器对象。`Optional` 提供了一种更优雅、更安全的方式来处理可能为 `null` 的情况，而无需显式地进行 `null` 检查。我们会在后面的部分详细讨论 `Optional` 的使用。

*  **编程最佳实践**

除了上述技术之外，也有一些通用的编程最佳实践可以帮助我们避免空指针异常。例如，我们应当尽量减少 `null` 的使用，尽量不要返回 `null`，可以考虑使用空对象或默认对象。在对输入参数进行处理时，我们应当总是假设输入可能为 `null` 并进行相应的处理。

#### 4、如何捕获和处理空指针异常？ ####

虽然我们已经知道了如何预防空指针异常，但是在某些情况下，我们可能还是需要捕获和处理这个异常。Java 提供了 `try/catch` 语句来捕获和处理异常，包括空指针异常。

下面是一个例子：

public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            try {
                String str = null;
                System.out.println(str.length());  // 会抛出 NullPointerException
            } catch (NullPointerException e) {
                System.out.println("Caught a NullPointerException.");
                // 我们可以在这里处理异常，例如提供一个默认值
                // ...
            }
        }
    }

在这个例子中，我们使用 `try` 块包围了可能抛出空指针异常的代码。如果 `try` 块中的代码抛出了空指针异常，那么控制流就会立即转到 `catch` 块，我们可以在 `catch` 块中处理这个异常。

虽然 `try/catch` 是一个强大的工具，但是我们应当谨慎使用它。不应该用 `try/catch` 来替代良好的编程实践和合理的 `null` 检查。过度使用 `try/catch` 可能会使代码变得混乱，难以阅读和维护，也可能会隐藏真正的问题。

#### 5、Java 8 Optional 类的使用 ####

如前所述，Java 8 引入了 `Optional` 类来帮助开发者更优雅地处理可能为 `null` 的情况。`Optional`是一个可以包含也可以不包含值的容器对象。当我们期望一个方法可能返回 `null` 时，可以考虑让它返回 `Optional` 对象，这样调用者就可以更方便地检查返回值是否为 `null`。

下面是一个例子：

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();  // 返回一个不包含值的 Optional
        }
    }

在这个例子中，`getOptional()` 方法返回一个 `Optional<String>`。调用者可以使用 `isPresent()`方法来检查 `Optional` 是否包含值，然后使用 `get()` 方法来获取值。这样就可以避免了空指针异常。

#### 6、编程最佳实践 ####

下面是了不起给大家整理的处理空指针异常的最佳编程实践。

*  **对输入参数进行校验**
    
    在处理方法参数之前，总是检查其是否为 `null`。如果方法不接受 `null` 参数，应该立即返回或抛出异常。
 *  **尽量避免返回 `null` 值**
    
    如果方法可能返回 `null`，考虑返回 `Optional` 类型，或者返回一个空对象或默认对象。这样可以避免调用者直接处理 `null`。
 *  **鼓励使用空对象或默认对象，而非 `null`**
    
    空对象（也称为 Null 对象）或默认对象是一种设计模式，可以在没有数据的情况下提供默认的行为。使用空对象或默认对象可以简化代码，避免需要检查 `null`。
 *  **尽可能减少 `null` 的使用**
    
    尽管 `null` 在 Java 中是不可避免的，但是我们应当尽量减少 `null` 的使用。过度使用 `null` 会导致代码难以理解和维护，并增加出错的可能性。