Java切换到Kotlin,Crash率上升了?

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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:

  1. NPE(空指针 NullPointerException)的本质
  2. Java 如何预防NPE?
  3. Kotlin NPE检测
  4. Java/Kotlin 混合调用
  5. 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

在这里插入图片描述

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:

在这里插入图片描述

我们有两种解决方式:

  1. try...catch
  2. 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:

在这里插入图片描述

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:

在这里插入图片描述

@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?

在这里插入图片描述

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:

在这里插入图片描述

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!

在这里插入图片描述

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:

  1. 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
  2. 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:

  1. 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
  2. Java 调用Kotlin的可空函数没有Crash风险,Kotlin编译期检查空安全
  3. Kotlin 调用Java的函数有Crash风险,由Java代码规避风险
  4. 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

在这里插入图片描述

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:

在这里插入图片描述

意思是接收到的字符串是空值(null),看看编译器提示:

在这里插入图片描述

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:

在这里插入图片描述

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:

  1. 若是新写的API,建议使用第三种方式
  2. 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:

  1. 与后端约定,不能返回null(等于白说)
  2. 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

在这里插入图片描述

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