Java 中避免 NullPointerException 的技巧

1. Java中的NullPointerException（NPE）是什麼？

當 Java 程式嘗試使用尚未初始化的物件參考（即指向 null）時，會發生 NullPointerException。這種情況可能發生在各種場景中，例如呼叫 null 物件的方法、存取或修改 null 物件的字段，或將 null 物件傳遞給需要非 null 參數的方法。

NullPointerException常見場景

了解 NPE 通常發生的位置可以幫助您主動避免它們。以下是一些常見場景：

• 嘗試存取未初始化物件的屬性。
• 使用可能傳回 null 的集合（例如 List、Map）。
• 無法處理函式庫或方法傳回的潛在空值。

2. 避免 NullPointerException 的有效技術

避免 NullPointerException 更多的是關於良好的程式設計實踐而不是其他任何事情。以下是一些有效的策略：

2.1 使用Java的選用類

Java 8 中引入的Optional 類別旨在處理可選值，而無需明確使用null。此方法可以透過提供包含非空值或為空的容器來防止 NullPointerException。

範例：

Optional<String> name = Optional.ofNullable(getName());
name.ifPresent(n -> System.out.println(n.toUpperCase()));

直接呼叫getName().toUpperCase()（如果getName() 回傳null 可能會導致NPE），我們使用Optional.ifPresent() 僅當存在值時才執行操作。

2.2 使用註解保證空安全

像Lombok這樣的Java庫和像Spring這樣的框架提供像@NonNull和@Nullable這樣的註釋來提供編譯時檢查並防止NPE。

範例：

public void printName(@NonNull String name) {
    System.out.println(name.toUpperCase());
}

這裡，如果將 null 傳遞給 printName() 方法，則會出現編譯時警告或錯誤，這取決於您的 IDE 設定或建置配置。

2.3 使用Objects.requireNonNull()實作空檢查

Objects.requireNonNull() 是一個實用方法，如果指定物件為 null，它會拋出 NullPointerException 以及自訂訊息。

範例：

String name = Objects.requireNonNull(getName(), "Name cannot be null");
System.out.println(name.toUpperCase());

如果 getName() 傳回 null，此程式碼將引發自訂 NullPointerException，從而防止程式碼稍後出現意外行為。

3. 使用防禦性程式技術

防禦性程式設計涉及編寫預測潛在空值並適當處理它們的程式碼。

3.1 立即初始化變數

宣告變數時始終初始化它們。這是防禦性程式設計的基本原則。

範例：

Optional<String> name = Optional.ofNullable(getName());
name.ifPresent(n -> System.out.println(n.toUpperCase()));

將名稱初始化為空列表而不是 null 可確保清單上的任何操作都不會導致 NPE。

3.2 使用三元運算子和條件檢查

您可以使用條件檢查來處理潛在的空值，而無需明確拋出異常。

範例：

public void printName(@NonNull String name) {
    System.out.println(name.toUpperCase());
}

此程式碼在將名稱轉換為大寫之前檢查名稱是否不為空，否則提供安全的後備。

4. 利用現代 Java 功能

每個 Java 版本都會引進新功能，幫助開發人員編寫更安全、更簡潔、更健壯的程式碼。

4.1 在集合中使用Map.getOrDefault()

Java 8 引入了 Map.getOrDefault() 來處理映射中可能不存在鍵的情況，傳回預設值而不是 null。

範例：

String name = Objects.requireNonNull(getName(), "Name cannot be null");
System.out.println(name.toUpperCase());

這裡，如果鍵 "host" 不存在，則該方法傳回 "localhost" 而不是 null。

4.2 使用 Stream API 和 Filter 進行空白安全性操作

Java 8 的 Stream API 允許安全的資料處理，而不必擔心空值。

範例：

List<String> names = new ArrayList<>(); // Instead of List<String> names = null;

此程式碼從清單中過濾掉空值，確保對filteredNames 的後續操作是空安全的。

5. 結論：實務與精準預防問題

防止 NullPointerException 對於編寫可靠的 Java 程式碼至關重要。透過應用這些技術（例如使用可選的防禦性程式設計、現代 Java 功能和 null 檢查），您可以大幅減少應用程式中 NPE 的發生率。

如果您對 Java 中處理 NullPointerException 有任何疑問或提示，請隨時在下面評論。我們一起討論、學習吧！

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