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如何優(yōu)雅地根治null值引起的Bug?!

開(kāi)發(fā) 后端
有時(shí)候,更可怕的是系統(tǒng)因?yàn)檫@些空值的情況,會(huì)拋出空指針異常,導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題。本文總結(jié)了幾種關(guān)于空值的處理手法,分享給大家。

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 場(chǎng)主常聽(tīng)到群里開(kāi)發(fā)兄弟抱怨,實(shí)操時(shí)經(jīng)??吹巾?xiàng)目中存在到處空值判斷的情況,這些判斷,會(huì)讓人覺(jué)得摸不著頭緒,它的出現(xiàn)很有可能和當(dāng)前的業(yè)務(wù)邏輯并沒(méi)有關(guān)系。但著實(shí)頭疼。。。

有時(shí)候,更可怕的是系統(tǒng)因?yàn)檫@些空值的情況,會(huì)拋出空指針異常,導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題。本文總結(jié)了幾種關(guān)于空值的處理手法,分享給大家。

業(yè)務(wù)中的空值

場(chǎng)景

存在一個(gè) UserSearchService用來(lái)提供用戶查詢的功能:   

  1. public interface UserSearchService{  
  2.      List<User> listUser();  
  3.      User get(Integer id);  
  4.    }  

問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)

對(duì)于面向?qū)ο笳Z(yǔ)言來(lái)講,抽象層級(jí)特別的重要。尤其是對(duì)接口的抽象,它在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中占很大的比重,我們?cè)陂_(kāi)發(fā)時(shí)希望盡量面向接口編程。

對(duì)于以上描述的接口方法來(lái)看,大概可以推斷出可能它包含了以下兩個(gè)含義:

  •  listUser(): 查詢用戶列表
  •  get(Integerid): 查詢單個(gè)用戶

在所有的開(kāi)發(fā)中,XP推崇的TDD模式可以很好的引導(dǎo)我們對(duì)接口的定義,所以我們將TDD作為開(kāi)發(fā)代碼的”推動(dòng)者”。

對(duì)于以上的接口,當(dāng)我們使用TDD進(jìn)行測(cè)試用例先行時(shí),發(fā)現(xiàn)了潛在的問(wèn)題:

  •  listUser() 如果沒(méi)有數(shù)據(jù),那它是返回空集合還是null呢?
  •  get(Integerid) 如果沒(méi)有這個(gè)對(duì)象,是拋異常還是返回null呢?

深入listUser研究

我們先來(lái)討論   

  1. listUser() 

這個(gè)接口,經(jīng)??吹饺缦聦?shí)現(xiàn): 

  1. public List<User> listUser(){  
  2.       List<User> userList = userListRepostity.selectByExample(new UserExample());  
  3.       if(CollectionUtils.isEmpty(userList)){//spring util工具類  
  4.         return null;  
  5.       }  
  6.       return userList;  
  7.   } 

這段代碼返回是null,從我多年的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)來(lái)講,對(duì)于集合這樣返回值,最好不要返回null,因?yàn)槿绻祷亓薾ull,會(huì)給調(diào)用者帶來(lái)很多麻煩。你將會(huì)把這種調(diào)用風(fēng)險(xiǎn)交給調(diào)用者來(lái)控制。

如果調(diào)用者是一個(gè)謹(jǐn)慎的人,他會(huì)進(jìn)行是否為null的條件判斷。如果他并非謹(jǐn)慎,或者他是一個(gè)面向接口編程的狂熱分子(當(dāng)然,面向接口編程是正確的方向),他會(huì)按照自己的理解去調(diào)用接口,而不進(jìn)行是否為null的條件判斷,如果這樣的話,是非常危險(xiǎn)的,它很有可能出現(xiàn)空指針異常!

基于此,我們將它進(jìn)行優(yōu)化: 

  1. public List<User> listUser(){  
  2.       List<User> userList = userListRepostity.selectByExample(new UserExample());  
  3.       if(CollectionUtils.isEmpty(userList)){  
  4.         return Lists.newArrayList(); //guava類庫(kù)提供的方式  
  5.       }  
  6.       return userList;  
  7.   } 

對(duì)于接口( ListlistUser()),它一定會(huì)返回List,即使沒(méi)有數(shù)據(jù),它仍然會(huì)返回List(集合中沒(méi)有任何元素);

通過(guò)以上的修改,我們成功的避免了有可能發(fā)生的空指針異常,這樣的寫(xiě)法更安全!

深入研究get方法

對(duì)于接口 

  1. User get(Integer id) 

你能看到的現(xiàn)象是,我給出id,它一定會(huì)給我返回User.但事實(shí)真的很有可能不是這樣的。

我看到過(guò)的實(shí)現(xiàn): 

  1. public User get(Integer id){  
  2.     return userRepository.selectByPrimaryKey(id);//從數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)id直接獲取實(shí)體對(duì)象  
  3.   } 

相信很多人也都會(huì)這樣寫(xiě)。

通過(guò)代碼的時(shí)候得知它的返回值很有可能是null! 但我們通過(guò)的接口是分辨不出來(lái)的!

這個(gè)是個(gè)非常危險(xiǎn)的事情。尤其對(duì)于調(diào)用者來(lái)說(shuō)!

我給出的建議是,需要在接口明明時(shí)補(bǔ)充文檔,比如對(duì)于異常的說(shuō)明,使用注解@exception:   

  1. public interface UserSearchService{  
  2.       /**  
  3.        * 根據(jù)用戶id獲取用戶信息  
  4.        * @param id 用戶id 
  5.         * @return 用戶實(shí)體  
  6.        * @exception UserNotFoundException  
  7.        */  
  8.       User get(Integer id);  
  9.     } 

我們把接口定義加上了說(shuō)明之后,調(diào)用者會(huì)看到,如果調(diào)用此接口,很有可能拋出“UserNotFoundException(找不到用戶)”這樣的異常。

這種方式可以在調(diào)用者調(diào)用接口的時(shí)候看到接口的定義,但是,這種方式是”弱提示”的!

如果調(diào)用者忽略了注釋,有可能就對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生了風(fēng)險(xiǎn),這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)有可能導(dǎo)致一個(gè)億!

除了以上這種”弱提示”的方式,還有一種方式是,返回值是有可能為空的。那要怎么辦呢?

我認(rèn)為我們需要增加一個(gè)接口,用來(lái)描述這種場(chǎng)景.

引入jdk8的Optional,或者使用guava的Optional.看如下定義:   

  1. public interface UserSearchService{  
  2.      /**  
  3.       * 根據(jù)用戶id獲取用戶信息  
  4.       * @param id 用戶id  
  5.       * @return 用戶實(shí)體,此實(shí)體有可能是缺省值  
  6.       */  
  7.      Optional<User> getOptional(Integer id);  
  8.    } 

Optional有兩個(gè)含義: 存在 or 缺省。

那么通過(guò)閱讀接口getOptional(),我們可以很快的了解返回值的意圖,這個(gè)其實(shí)是我們想看到的,它去除了二義性。

它的實(shí)現(xiàn)可以寫(xiě)成: 

  1. public Optional<User> getOptional(Integer id){  
  2.   return Optional.ofNullable(userRepository.selectByPrimaryKey(id));  

深入入?yún)?/strong>

通過(guò)上述的所有接口的描述,你能確定入?yún)d一定是必傳的嗎?我覺(jué)得答案應(yīng)該是:不能確定。除非接口的文檔注釋上加以說(shuō)明。

那如何約束入?yún)⒛?

推薦兩種方式:

  •  強(qiáng)制約束
  •  文檔性約束(弱提示)

1.強(qiáng)制約束,我們可以通過(guò)jsr 303進(jìn)行嚴(yán)格的約束聲明:   

  1. public interface UserSearchService{  
  2.      /**  
  3.       * 根據(jù)用戶id獲取用戶信息  
  4.       * @param id 用戶id  
  5.       * @return 用戶實(shí)體  
  6.       * @exception UserNotFoundException  
  7.       */  
  8.      User get(@NotNull Integer id);  
  9.      /**  
  10.       * 根據(jù)用戶id獲取用戶信息  
  11.       * @param id 用戶id  
  12.       * @return 用戶實(shí)體,此實(shí)體有可能是缺省值  
  13.       */  
  14.      Optional<User> getOptional(@NotNull Integer id);  
  15.    } 

當(dāng)然,這樣寫(xiě),要配合AOP的操作進(jìn)行驗(yàn)證,但讓spring已經(jīng)提供了很好的集成方案,在此就不在贅述了。

2.文檔性約束

在很多時(shí)候,我們會(huì)遇到遺留代碼,對(duì)于遺留代碼,整體性改造的可能性很小。

我們更希望通過(guò)閱讀接口的實(shí)現(xiàn),來(lái)進(jìn)行接口的說(shuō)明。

jsr 305規(guī)范,給了我們一個(gè)描述接口入?yún)⒌囊粋€(gè)方式(需要引入庫(kù) com.google.code.findbugs:jsr305):

可以使用注解: @Nullable @Nonnull @CheckForNull 進(jìn)行接口說(shuō)明。比如: 

  1. public interface UserSearchService{  
  2.    /**  
  3.     * 根據(jù)用戶id獲取用戶信息  
  4.     * @param id 用戶id  
  5.     * @return 用戶實(shí)體  
  6.     * @exception UserNotFoundException  
  7.     */  
  8.    @CheckForNull  
  9.    User get(@NonNull Integer id);  
  10.    /**  
  11.     * 根據(jù)用戶id獲取用戶信息  
  12.     * @param id 用戶id  
  13.     * @return 用戶實(shí)體,此實(shí)體有可能是缺省值  
  14.     */  
  15.    Optional<User> getOptional(@NonNull Integer id);  
  16.  } 

小結(jié)

通過(guò) 空集合返回值,Optional,jsr 303,jsr 305這幾種方式,可以讓我們的代碼可讀性更強(qiáng),出錯(cuò)率更低!

  •  空集合返回值 :如果有集合這樣返回值時(shí),除非真的有說(shuō)服自己的理由,否則,一定要返回空集合,而不是null
  •  Optional: 如果你的代碼是jdk8,就引入它!如果不是,則使用Guava的Optional,或者升級(jí)jdk版本!它很大程度的能增加了接口的可讀性!
  •  jsr 303: 如果新的項(xiàng)目正在開(kāi)發(fā),不防加上這個(gè)試試!一定有一種特別爽的感覺(jué)!
  •  jsr 305: 如果老的項(xiàng)目在你的手上,你可以嘗試的加上這種文檔型注解,有助于你后期的重構(gòu),或者新功能增加了,對(duì)于老接口的理解!

空對(duì)象模式

場(chǎng)景

來(lái)看一個(gè)DTO轉(zhuǎn)化的場(chǎng)景,對(duì)象:   

  1. @Data  
  2.    static class PersonDTO{  
  3.      private String dtoName;  
  4.      private String dtoAge;  
  5.    }  
  6.    @Data  
  7.    static class Person{ 
  8.      private String name;  
  9.      private String age; 
  10.    } 

需求是將Person對(duì)象轉(zhuǎn)化成PersonDTO,然后進(jìn)行返回。

當(dāng)然對(duì)于實(shí)際操作來(lái)講,返回如果Person為空,將返回null,但是PersonDTO是不能返回null的(尤其Rest接口返回的這種DTO)。

在這里,我們只關(guān)注轉(zhuǎn)化操作,看如下代碼: 

  1. @Test  
  2.  public void shouldConvertDTO(){  
  3.    PersonDTO personDTO = new PersonDTO();  
  4.    Person person = new Person();  
  5.    if(!Objects.isNull(person)){  
  6.      personDTO.setDtoAge(person.getAge());  
  7.      personDTO.setDtoName(person.getName());  
  8.    }else{  
  9.      personDTO.setDtoAge("");  
  10.      personDTO.setDtoName("");  
  11.    }  
  12.  } 

優(yōu)化修改

這樣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化,可讀性非常差,每個(gè)字段的判斷,如果是空就設(shè)置為空字符串(“”)

換一種思維方式進(jìn)行思考,我們是拿到Person這個(gè)類的數(shù)據(jù),然后進(jìn)行賦值操作(setXXX),其實(shí)是不關(guān)系Person的具體實(shí)現(xiàn)是誰(shuí)的。

那我們可以創(chuàng)建一個(gè)Person子類: 

  1. static class NullPerson extends Person{  
  2.     @Override  
  3.     public String getAge() {  
  4.       return "";  
  5.     }  
  6.     @Override  
  7.     public String getName() {  
  8.       return "";  
  9.     }  
  10.   } 

它作為Person的一種特例而存在,如果當(dāng)Person為空的時(shí)候,則返回一些 get*的默認(rèn)行為.

所以代碼可以修改為:   

  1. @Test  
  2.     public void shouldConvertDTO(){  
  3.       PersonDTO personDTO = new PersonDTO();  
  4.       Person person = getPerson();  
  5.       personDTO.setDtoAge(person.getAge());  
  6.       personDTO.setDtoName(person.getName());  
  7.     }  
  8.     private Person getPerson(){  
  9.       return new NullPerson();   //如果Person是null ,則返回空對(duì)象 
  10.     } 

其中 getPerson()方法,可以用來(lái)根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯獲取Person有可能的對(duì)象(對(duì)當(dāng)前例子來(lái)講,如果Person不存在,返回Person的的特例NUllPerson),如果修改成這樣,代碼的可讀性就會(huì)變的很強(qiáng)了。

使用Optional可以進(jìn)行優(yōu)化

空對(duì)象模式,它的弊端在于需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)特例對(duì)象,但是如果特例的情況比較多,我們是不是需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)特例對(duì)象呢,雖然我們也使用了面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)特性,但是,業(yè)務(wù)的復(fù)雜性如果真的讓我們創(chuàng)建多個(gè)特例對(duì)象,我們還是要再三考慮一下這種模式,它可能會(huì)帶來(lái)代碼的復(fù)雜性。

對(duì)于上述代碼,還可以使用Optional進(jìn)行優(yōu)化。   

  1. @Test  
  2.       public void shouldConvertDTO(){  
  3.         PersonDTO personDTO = new PersonDTO();  
  4.         Optional.ofNullable(getPerson()).ifPresent(person -> {  
  5.           personDTO.setDtoAge(person.getAge());  
  6.           personDTO.setDtoName(person.getName());  
  7.         });  
  8.       }  
  9.       private Person getPerson(){  
  10.         return null;  
  11.       } 

Optional對(duì)空值的使用,我覺(jué)得更為貼切,它只適用于”是否存在”的場(chǎng)景。

如果只對(duì)控制的存在判斷,我建議使用Optional。

Optioanl的正確使用

Optional如此強(qiáng)大,它表達(dá)了計(jì)算機(jī)最原始的特性(0 or 1),那它如何正確的被使用呢!

Optional不要作為參數(shù)

如果你寫(xiě)了一個(gè)public方法,這個(gè)方法規(guī)定了一些輸入?yún)?shù),這些參數(shù)中有一些是可以傳入null的,那這時(shí)候是否可以使用Optional呢?

給的建議是: 一定不要這樣使用!

舉個(gè)例子:   

  1. public interface UserService{  
  2.       List<User> listUser(Optional<String> username);  
  3.     } 

這個(gè)例子的方法 listUser,可能在告訴我們需要根據(jù)username查詢所有數(shù)據(jù)集合,如果username是空,也要返回所有的用戶集合.

當(dāng)我們看到這個(gè)方法的時(shí)候,會(huì)覺(jué)得有一些歧義:

 “如果username是absent,是返回空集合嗎?還是返回全部的用戶數(shù)據(jù)集合?”

Optioanl是一種分支的判斷,那我們究竟是關(guān)注 Optional還是Optional.get()呢?

給大家的建議是,如果不想要這樣的歧義,就不要使用它!

如果你真的想表達(dá)兩個(gè)含義,就給它拆分出兩個(gè)接口: 

  1. public interface UserService{  
  2.     List<User> listUser(String username);  
  3.     List<User> listUser();  
  4.   } 

我覺(jué)得這樣的語(yǔ)義更強(qiáng),并且更能滿足 軟件設(shè)計(jì)原則中的 “單一職責(zé)”。

如果你覺(jué)得你的入?yún)⒄娴挠斜匾赡軅鱪ull,那請(qǐng)使用jsr 303或者jsr 305進(jìn)行說(shuō)明和驗(yàn)證!

請(qǐng)記住! Optional不能作為入?yún)⒌膮?shù)!

Optional作為返回值

當(dāng)個(gè)實(shí)體的返回

那Optioanl可以做為返回值嗎?

其實(shí)它是非常滿足是否存在這個(gè)語(yǔ)義的。

你如說(shuō),你要根據(jù)id獲取用戶信息,這個(gè)用戶有可能存在或者不存在。

你可以這樣使用: 

  1. public interface UserService{  
  2.    Optional<User> get(Integer id);  
  3.  } 

當(dāng)調(diào)用這個(gè)方法的時(shí)候,調(diào)用者很清楚get方法返回的數(shù)據(jù),有可能不存在,這樣可以做一些更合理的判斷,更好的防止空指針的錯(cuò)誤!

當(dāng)然,如果業(yè)務(wù)方真的需要根據(jù)id必須查詢出User的話,就不要這樣使用了,請(qǐng)說(shuō)明,你要拋出的異常.

只有當(dāng)考慮它返回null是合理的情況下,才進(jìn)行Optional的返回

集合實(shí)體的返回

不是所有的返回值都可以這樣用的!如果你返回的是集合: 

  1. public interface UserService{  
  2.   Optional<List<User>> listUser();  

這樣的返回結(jié)果,會(huì)讓調(diào)用者不知所措,是否我判斷Optional之后,還用進(jìn)行isEmpty的判斷呢?

這樣帶來(lái)的返回值歧義!我認(rèn)為是沒(méi)有必要的。

我們要約定,對(duì)于List這種集合返回值,如果集合真的是null的,請(qǐng)返回空集合(Lists.newArrayList);

使用Optional變量   

  1. Optional<User> userOpt = ... 

如果有這樣的變量userOpt,請(qǐng)記住 :

  •  一定不能直接使用get ,如果這樣用,就喪失了Optional本身的含義 ( 比如userOp.get() )
  •  不要直接使用getOrThrow ,如果你有這樣的需求:獲取不到就拋異常。那就要考慮,是否是調(diào)用的接口設(shè)計(jì)的是否合理

getter中的使用

對(duì)于一個(gè)java bean,所有的屬性都有可能返回null,那是否需要改寫(xiě)所有的getter成為Optional類型呢?

給大家的建議是,不要這樣濫用Optional.

即便 我java bean中的getter是符合Optional的,但是因?yàn)閖ava bean 太多了,這樣會(huì)導(dǎo)致你的代碼有50%以上進(jìn)行Optinal的判斷,這樣便污染了代碼。(我想說(shuō),其實(shí)你的實(shí)體中的字段應(yīng)該都是由業(yè)務(wù)含義的,會(huì)認(rèn)真的思考過(guò)它存在的價(jià)值的,不能因?yàn)镺ptional的存在而濫用)

我們應(yīng)該更關(guān)注于業(yè)務(wù),而不只是空值的判斷。

不要在getter中濫用Optional.

小結(jié)

可以這樣總結(jié)Optional的使用:

  •  當(dāng)使用值為空的情況,并非源于錯(cuò)誤時(shí),可以使用Optional!
  •  Optional不要用于集合操作!
  •  不要濫用Optional,比如在java bean的getter中! 

 

責(zé)任編輯:龐桂玉 來(lái)源: 養(yǎng)碼場(chǎng)
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