Java切换到Kotlin，Crash率上升了？
前言
最近对一个Java写的老项目进行了部分重构，测试过程中波澜不惊，顺利上线后几天通过APM平台查看发现Crash率上升了，查看堆栈定位到NPE类型的Crash，大部分发生在Java调用Kotlin的函数里，本篇将会分析具体的场景以及规避方式。
通过本篇文章，你将了解到：
- NPE(空指针 NullPointerException)的本质
- Java 如何预防NPE？
- Kotlin NPE检测
- Java/Kotlin 混合调用
- 常见的Java/Kotlin互调场景
1. NPE(空指针 NullPointerException)的本质
变量的本质
val name: String = "fish"
name是什么？
对此问题你可能嗤之以鼻：
不就是变量吗？更进一步说如果是在对象里声明，那就是成员变量(属性)，如果在方法(函数)里声明，那就是局部变量，如果是静态声明的，那就是全局变量。
回答没问题很稳当。
那再问为什么通过变量就能找到对应的值呢？
答案：变量就是地址，通过该地址即可寻址到内存里真正的值
无法访问的地址
如上图，若是name=“fish”，表示的是name所指向的内存地址里存放着"fish"的字符串。
若是name=null，则说明name没有指向任何地址，当然无法通过它访问任何有用的信息了。
无论C/C++亦或是Java/Kotlin，如果一个引用=null，那么这个引用将毫无意义，无法通过它访问任何内存信息，因此这些语言在设计的过程中会将通过null访问变量/方法的行为都会显式(抛出异常)提醒开发者。
2. Java 如何预防NPE？
运行时规避
先看Demo：
public class TestJava {
public static void main(String args[]) {
(new TestJava()).test();
}
void test() {
String str = getString();
System.out.println(str.length());
}
String getString() {
return null;
}
}
执行上述代码将会抛出异常，导致程序Crash：
我们有两种解决方式：
- try…catch
- 对象判空
try…catch 方式
public class TestJava {
public static void main(String args[]) {
(new TestJava()).testTryCatch();
}
void testTryCatch() {
try {
String str = getString();
System.out.println(str.length());
} catch (Exception e) {
}
}
String getString() {
return null;
}
}
NPE被捕获，程序没有Crash。
对象判空
public class TestJava {
public static void main(String args[]) {
(new TestJava()).testJudgeNull();
}
void testJudgeNull() {
String str = getString();
if (str != null) {
System.out.println(str.length());
}
}
String getString() {
return null;
}
}
因为提前判空，所以程序没有Crash。
编译时检测
在运行时再去做判断的缺点：
无法提前发现NPE问题，想要覆盖大部分的场景需要随时try…catch或是判空
总有忘记遗漏的时候，发布到线上就是个生产事故
那能否在编译时进行检测呢？
答案是使用注解。
public class TestJava {
public static void main(String args[]) {
(new TestJava()).test();
}
void test() {
String str = getString();
System.out.println(str.length());
}
@Nullable String getString() {
return null;
}
}
在编写getString()方法时发现其可能为空，于是给方法加上一个"可能为空"的注解：@Nullable
当调用getString()方法时，编译器给出如下提示：
意思是访问的getString()可能为空，最后访问String.length()时可能会抛出NPE。
看到编译器的提示我们就知道此处有NPE的隐患，因此可以针对性的进行处理(try…catch或是判空)。
当然此处的注解仅仅只是个"弱提示"，你即使没有进行针对性的处理也能编译通过，只是问题最后都流转到运行时更难挽回了。
有"可空"的注解，当然也有"非空"的注解：
@Nonnull 注解修饰了方法后，若是检测到方法返回null，则会提示修改，当然也是"弱提示"。
3. Kotlin NPE检测
编译时检测
Kotlin 核心优势之一：
空安全检测，变量分为可空型/非空型，能够在编译期检测潜在的NPE，并强制开发者确保类型一致，将问题在编译期暴露并解决
先看非空类型的变量声明：
class TestKotlin {
fun test() {
val str = getString()
println("${str.length}")
}
private fun getString():String {
return "fish"
}
}
fun main() {
TestKotlin().test()
}
此种场景下，我们能确保getString()函数的返回一定非空，因此在调用该函数时无需进行判空也无需try…catch。
你可能会说，你这里写死了"fish"，那我写成null如何？
编译期直接提示不能这么写，因为我们声明getString()的返回值为String，是非空的String类型，既然声明了非空，那么就需要言行一致，返回的也是非空的。
有非空场景，那也得有空的场景啊：
class TestKotlin {
fun test() {
val str = getString()
println("${str.length}")
}
private fun getString():String? {
return null
}
}
fun main() {
TestKotlin().test()
}
此时将getString()声明为非空，因此可以在函数里返回null。
然而调用之处就无法编译通过了：
意思是既然getString()可能返回null，那么就不能直接通过String.length访问，需要改为可空方式的访问：
class TestKotlin {
fun test() {
val str = getString()
println("${str?.length}")
}
private fun getString():String? {
return null
}
}
str?.length 意思是：如果str==null，就不去访问其成员变量/函数，若不为空则可以访问，于是就避免了NPE问题。
由此可以看出：
Kotlin 通过检测声明与实现，确保了函数一定要言行一致（声明与实现），也确保了调用者与被调用者的言行一致
因此，若是用Kotlin编写代码，我们无需花太多时间去预防和排查NPE问题，在编译期都会有强提示。
4. Java/Kotlin 混合调用
回到最初的问题：既然Kotlin都能在编译期避免了NPE，那为啥使用Kotlin重构后的代码反而导致Crash率上升呢？
原因是：项目里同时存在了Java和Kotlin代码，由上可知两者在NPE的检测上有所差异导致了一些兼容问题。
Kotlin 调用 Java
调用无返回值的函数
Kotlin虽然有空安全检测，但是Java并没有，因此对于Java方法来说，不论你传入空还是非空，在编译期我都没法检测出来。
public class TestJava {
void invokeFromKotlin(String str) {
System.out.println(str.length());
}
}
class TestKotlin {
fun test() {
TestJava().invokeFromKotlin(null)
}
}
fun main() {
TestKotlin().test()
}
如上无论是Kotlin调用Java还是Java之间互调，都没法确保空安全，只能由被调用者(Java)自己处理可能的异常情况。
调用有返回值的函数
public class TestJava {
public String getStr() {
return null;
}
}
class TestKotlin {
fun testReturn() {
println(TestJava().str.length)
}
}
fun main() {
TestKotlin().testReturn()
}
如上，Kotlin调用Java的方法获取返回值，由于在编译期Kotlin无法确定返回值，因此默认把它当做非空处理，若是Java返回了null，那么将会Crash。
Java 调用 Kotlin
调用无返回值的函数
先定义Kotlin类：
class TestKotlin {
fun testWithoutNull(str: String) {
println("len:${str.length}")
}
fun testWithNull(str: String?) {
println("len:${str?.length}")
}
}
有两个函数，分别接收可空/非空参数。
在Java里调用，先调用可空函数：
public class TestJava {
public static void main(String args[]) {
(new TestKotlin()).testWithNull(null);
}
}
因为被调用方是Kotlin的可空函数，因此即使Java传入了null，也不会有Crash。
再换个方式，在Java里调用非空函数：
public class TestJava {
public static void main(String args[]) {
(new TestKotlin()).testWithoutNull(null);
}
}
却发现Crash了！
为什么会Crash呢？反编译查看Kotlin代码：
public final class TestKotlin {
public final void testWithoutNull(@NotNull String str) {
Intrinsics.checkNotNullParameter(str, "str");
String var2 = "len:" + str.length();
System.out.println(var2);
}
public final void testWithNull(@Nullable String str) {
String var2 = "len:" + (str != null ? str.length() : null);
System.out.println(var2);
}
}
对于非空的函数来说，会有检测代码：
Intrinsics.checkNotNullParameter(str, “str”)：
public static void checkNotNullParameter(Object value, String paramName) {
if (value == null) {
throwParameterIsNullNPE(paramName);
}
}
private static void throwParameterIsNullNPE(String paramName) {
throw sanitizeStackTrace(new NullPointerException(createParameterIsNullExceptionMessage(paramName)));
}
可以看出：
- Kotlin对于非空的函数参数，先判断其是否为空，若是为空则直接抛出NPE
- Kotlin对于可空的函数参数，没有强制检测是否为空
调用有返回值的函数
Java 本身就没有空安全，只能在运行时进行处理。
小结
很容看出来：
- Java 调用Kotlin的非空函数有Crash的风险，编译器无法检查到传入的参数是否为空
- Java 调用Kotlin的可空函数没有Crash风险，Kotlin编译期检查空安全
- Kotlin 调用Java的函数有Crash风险，由Java代码规避风险
- Kotlin 调用Java有返回值的函数有Crash风险，编译器无法检查到返回值是否为空
回到文章的标题，我们已经大致知道了Java切换到Kotlin，为啥Crash就升上了的原因了，接下来再详细分析。
5. 常见的Java/Kotlin互调场景
Android里的Java代码分布
在Kotlin出现之前，Java就是Android开发的唯一语言，Android Framework、Androidx很多是Java代码编写的，因此现在依然有很多API是Java编写的。
而不少的第三方SDK因为稳定性、迁移代价的考虑依然使用的是Java代码。
我们自身项目里也因为一些历史原因存在Java代码。
以下讨论的前提是假设现有Java代码我们都无法更改。
Kotlin 调用Java获取返回值
由于编译期无法判定Java返回的值是空还是非空，因此若是确认Java函数可能返回空，则可以通过在Kotlin里使用可空的变量接收Java的返回值。
class TestKotlin {
fun testReturn() {
val str: String? = TestJava().str
println(str?.length)
}
}
fun main() {
TestKotlin().testReturn()
}
Java 调用Kotlin函数
LiveData Crash的原因与预防
之前已经假设过我们无法改动Java代码，那么Java调用Kotlin函数的场景只有一个了：回调。
上面的有返回值场景还是比较容易防备，回调的场景就比较难发现，尤其是层层封装之后的代码。
这也是特别常见的场景，典型的例子如LiveData。
Crash原因
class TestKotlin(val lifecycleOwner: LifecycleOwner) {
val liveData: MutableLiveData<String> = MutableLiveData<String>()
fun testLiveData() {
liveData.observe(lifecycleOwner) {
println(it.length)
}
}
init {
testLiveData()
}
}
如上，使用Kotlin声明LiveData，其类型是非空的，并监听LiveData的变化。
在另一个地方给LiveData赋值：
TestKotlin(this@MainActivity).liveData.value = null
虽然LiveData的监听和赋值的都是使用Kotlin编写的，但不幸的是还是Crash了。
发送和接收都是用Kotlin编写的，为啥还会Crash呢？
看看打印：
意思是接收到的字符串是空值(null)，看看编译器提示：
原来此处的回调传入的值被认为是非空的，因此当使用it.length访问的时候编译器不会有空安全提示。
再看看调用的地方：
可以看出，这回调是Java触发的。
Crash 预防
第一种方式：
我们看到LiveData的数据类型是泛型，因此可以考虑在声明数据的时候定为非空：
class TestKotlin(val lifecycleOwner: LifecycleOwner) {
val liveData = MutableLiveData<String?>()
fun testLiveData() {
liveData.observe(lifecycleOwner) {
println(it?.length)
}
}
init {
testLiveData()
}
}
如此一来，当访问it.length时编译器就会提示可空调用。
第二种方式：
不修改数据类型，但在接收的地方使用可空类型接收：
class TestKotlin(val lifecycleOwner: LifecycleOwner) {
val liveData = MutableLiveData<String>()
fun testLiveData() {
liveData.observe(lifecycleOwner) {
val dataStr:String? = it
println(dataStr?.length)
}
}
init {
testLiveData()
}
}
第三种方式：
使用Flow替换LiveData。
LiveData 修改建议：
- 若是新写的API，建议使用第三种方式
- 若是修改老的代码，建议使用第一种方式，因为可能有多个地方监听LiveData值的变化，如果第一种方式的话需要写好几个地方。
其它场景的Crash预防：
与后端交互的数据结构
比如与后端交互声明的类，后端有可能返回null，此时在客户端接收时若是使用了非空类型的字段去接收，那么会发生Crash。
通常来说，我们会使用网络框架（如retrofit）接收数据，数据的转换并不是由我们控制，因此无法使用针对LivedData的第二种方式。
有两种方式解决：
- 与后端约定，不能返回null（等于白说）
- 客户端声明的类的字段声明为可空（类似针对LivedData的第一种方式）
Json序列化/反序列化
Json字符串转换为对象时，有些字段可能为空，也需要声明为可空字段。
小结
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