1、什么是空指针异常？

空指针异常在 Java 中是一个运行时错误，它发生在当我们试图访问一个 null 引用的成员时，例如调用一个 null 对象的方法或访问其字段。这种情况下，JVM 会抛出 NullPointerException。例如：

 public class Main {
     public static void main(String[] args) {
         String str = null;
         System.out.println(str.length());  // 抛出 NullPointerException
    }
 }

在这个例子中，我们试图调用 str 的 length() 方法，但是 str 是 null，所以 JVM 抛出了 NullPointerException。

2、为什么会出现空指针异常？

在 Java 中，对象是通过引用来访问的。当我们声明一个对象变量时，只是创建了一个引用，并没有创建实际的对象。在使用对象之前，需要通过 new 关键字来创建实际的对象，将其赋给引用。但是，如果我们没有创建实际的对象，或者已经将对象置为 null，那么再试图使用这个引用，就会导致空指针异常。这是因为这个引用没有指向任何实际的对象，我们不能通过它来访问任何成员。

例如，下面的代码会导致空指针异常，因为我们试图访问 person 的 name 字段，但是 person 是 null：

 public class Main {
     static class Person {
         String name;
    }
 
     public static void main(String[] args) {
         Person person = null;
         System.out.println(person.name);  // 抛出 NullPointerException
    }
 }

3、如何预防空指针异常？

在我们开始处理空指针异常之前，我们需要首先学会如何预防它。以下是一些预防空指针异常的常见策略：

• 使用 Objects.requireNonNull() 确认对象不为 null

Java 7 引入了一个很有用的工具类 Objects，它提供了一个 requireNonNull() 方法，这个方法可以用来检查一个对象是否为 null。如果对象是 null，它会抛出 NullPointerException。这可以帮助我们在早期发现和处理空指针问题。

例如：

 import java.util.Objects;
 
 public class Main {
     public static void main(String[] args) {
         String str = null;
         str = Objects.requireNonNull(str, "str cannot be null");  // 抛出 NullPointerException
    }
 }

• 在方法中对参数进行非 null 校验

当我们编写一个方法并期望其参数不为 null 时，应当在方法开始处对参数进行非 null 校验。如果参数为 null，应当立即抛出 NullPointerException 或 IllegalArgumentException。这样可以尽早地发现问题，并避免错误的进一步传播。

例如：

 public void process(String str) {
     if (str == null) {
         throw new IllegalArgumentException("str cannot be null");
    }
 
     // ...
 }

• 使用 Optional 类来更优雅地处理可能为 null 的情况

Java 8 引入了一个新的类 Optional，它是一个可以包含也可以不包含值的容器对象。Optional 提供了一种更优雅、更安全的方式来处理可能为 null 的情况，而无需显式地进行 null 检查。我们会在后面的部分详细讨论 Optional 的使用。

• 编程最佳实践

除了上述技术之外，也有一些通用的编程最佳实践可以帮助我们避免空指针异常。例如，我们应当尽量减少 null 的使用，尽量不要返回 null，可以考虑使用空对象或默认对象。在对输入参数进行处理时，我们应当总是假设输入可能为 null 并进行相应的处理。

4、如何捕获和处理空指针异常？

虽然我们已经知道了如何预防空指针异常，但是在某些情况下，我们可能还是需要捕获和处理这个异常。Java 提供了 try/catch 语句来捕获和处理异常，包括空指针异常。

下面是一个例子：

 public class Main {
     public static void main(String[] args) {
         try {
             String str = null;
             System.out.println(str.length());  // 会抛出 NullPointerException
        } catch (NullPointerException e) {
             System.out.println("Caught a NullPointerException.");
             // 我们可以在这里处理异常，例如提供一个默认值
             // ...
        }
    }
 }

在这个例子中，我们使用 try 块包围了可能抛出空指针异常的代码。如果 try 块中的代码抛出了空指针异常，那么控制流就会立即转到 catch 块，我们可以在 catch 块中处理这个异常。

虽然 try/catch 是一个强大的工具，但是我们应当谨慎使用它。不应该用 try/catch 来替代良好的编程实践和合理的 null 检查。过度使用 try/catch 可能会使代码变得混乱，难以阅读和维护，也可能会隐藏真正的问题。

5、Java 8 Optional 类的使用

如前所述，Java 8 引入了 Optional 类来帮助开发者更优雅地处理可能为 null 的情况。Optional 是一个可以包含也可以不包含值的容器对象。当我们期望一个方法可能返回 null 时，可以考虑让它返回 Optional 对象，这样调用者就可以更方便地检查返回值是否为 null。

下面是一个例子：

 import java.util.Optional;
 
 public class Main {
     public static void main(String[] args) {
         Optional<String> optional = getOptional();
         if (optional.isPresent()) {
             System.out.println(optional.get());
        } else {
             System.out.println("No value present");
        }
    }
 
     static Optional<String> getOptional() {
         // ...
         return Optional.empty();  // 返回一个不包含值的 Optional
    }
 }

在这个例子中，getOptional() 方法返回一个 Optional<String>。调用者可以使用 isPresent() 方法来检查 Optional 是否包含值，然后使用 get() 方法来获取值。这样就可以避免了空指针异常。

6、编程最佳实践

下面是了不起给大家整理的处理空指针异常的最佳编程实践。

• 对输入参数进行校验

  在处理方法参数之前，总是检查其是否为 null。如果方法不接受 null 参数，应该立即返回或抛出异常。

• 尽量避免返回 null 值

  如果方法可能返回 null，考虑返回 Optional 类型，或者返回一个空对象或默认对象。这样可以避免调用者直接处理 null。

• 鼓励使用空对象或默认对象，而非 null

  空对象（也称为 Null 对象）或默认对象是一种设计模式，可以在没有数据的情况下提供默认的行为。使用空对象或默认对象可以简化代码，避免需要检查 null。

• 尽可能减少 null 的使用

  尽管 null 在 Java 中是不可避免的，但是我们应当尽量减少 null 的使用。过度使用 null 会导致代码难以理解和维护，并增加出错的可能性。