Java String 对 null 对象的容错处理

Java String 对 null 对象的容错处理

最近看到这样一段话：

原生类型会被自动初始化为 0，但是对象引用会被初始化为 null，如果你尝试调用该对象的方法，就会抛出空指针异常。通常，你可以打印一个 null 对象而不会抛出异常。

第一句相信大家都会容易理解，这是类型初始化的基础知识，但是第二句就让我很疑惑：为什么打印一个 null 对象不会抛出异常？带着这个疑问，我开始了解惑之旅。下面我将详细阐述我解决这个问题的思路，并且深入 JDK 源码找到问题的答案。

解决问题的过程

可以发现，其实这个问题有几种情况，所以我们分类讨论各种情况，看最后能不能得到答案。

首先，我们把这个问题分解为三个小问题，逐一解决。

1.第一种情况:

直接打印 null 的 String 对象，会得到什么结果？

String s = null;
System.out.print(s);

运行的结果是

null

果然如书上说的没有抛出异常，而是打印了null。显然问题的线索在于print函数的源码中。我们找到print的源码：

public void print(String s) {
    if (s == null) {
        s = "null";
    }
    write(s);
}

看到源码才发现原来就只是加了一句判断而已，简单粗暴，可能你对 JDK 的简单实现有点失望了。放心，第一个问题只是开胃菜而已，大餐还在后面。

2.第二种情况

打印一个 null 的非 String 对象，例如说 Integer：

Integer i = null;
System.out.print(i);

运行的结果不出意料：

null

我们再去看看print的源码：

public void print(Object obj) {
    write(String.valueOf(obj));
}

有点不一样的了，看来秘密藏在valueOf里面。

public static String valueOf(Object obj) {
    return (obj == null) ? "null" : obj.toString();
}

看到这里，我们终于发现了打印 null 对象不会抛出异常的秘密。print方法对 String 对象和非 String 对象分开进行处理。

1. String 对象：直接判断是否为 null，如果为 null 给 null 对象赋值为”null”。
2. 非 String 对象：通过调用String.valueOf方法，如果是 null 对象，就返回”null”，否则调用对象的toString方法。

通过上面的处理，可以保证打印 null 对象不会出错。

到这里，本文就应该结束了。

开玩笑啦。下面我们来探讨第三种情况。

3.第三种情况

null 对象与字符串拼接会得到什么结果？

String s = null;
s = s + "!";
System.out.print(s);

结果可能你也猜到了：

null!

为什么呢？跟踪代码运行可以发现，这回跟print没有什么关系。但是上面的代码就调用了print函数，不是它会是谁呢？+的嫌疑最大，但是+又不是函数，我们怎么看到它的源代码？这种情况，唯一的解释就是编译器动了手脚，天网恢恢，疏而不漏，找不到源代码，我们可以去看看编译器生成的字节码。

L0
 LINENUMBER 27 L0
 ACONST_NULL
 ASTORE 1
L1
 LINENUMBER 28 L1
 NEW java/lang/StringBuilder
 DUP
 INVOKESPECIAL java/lang/StringBuilder. ()V
 ALOAD 1
 INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
 LDC "!"
 INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
 INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String;
 ASTORE 1
L2
 LINENUMBER 29 L2
 GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
 ALOAD 1
 INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.print (Ljava/lang/String;)V

看了上面的字节码是不是一头雾水？这里我们就要扯开话题，来侃侃+字符串拼接的原理了。

编译器对字符串相加会进行优化，首先实例化一个StringBuilder，然后把相加的字符串按顺序append，最后调用toString返回一个String对象。不信你们看看上面的字节码是不是出现了StringBuilder。详细的解释参考这篇文章 Java细节：字符串的拼接。

再回到我们的问题，现在我们知道秘密在StringBuilder.append函数的源码中。

//针对 String 对象
public AbstractStringBuilder append(String str) {
    if (str == null)
        return appendNull();
    int len = str.length();
    ensureCapacityInternal(count + len);
    str.getChars(0, len, value, count);
    count += len;
    return this;
}
//针对非 String 对象
public AbstractStringBuilder append(Object obj) {
    return append(String.valueOf(obj));
}

private AbstractStringBuilder appendNull() {
    int c = count;
    ensureCapacityInternal(c + 4);
    final char[] value = this.value;
    value[c++] = 'n';
    value[c++] = 'u';
    value[c++] = 'l';
    value[c++] = 'l';
    count = c;
    return this;
}

现在我们恍然大悟，append函数如果判断对象为 null，就会调用appendNull，填充“null”。

总结

上面我们讨论了三个问题，由此引出 Java 中 String 对 null 对象的容错处理。上面的例子没有覆盖所有的处理情况，算是抛砖引玉。

如何让程序中的 null 对象在我们的控制之中，是我们编程的时候需要时刻注意的事情。