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：

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"
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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;
   }
}
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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：

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;
    }
}
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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;
    }
}
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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;
    }
}
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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()
}

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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()
}
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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
    }
}
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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());
    }
}
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class TestKotlin {

    fun test() {
        TestJava().invokeFromKotlin(null)
    }
}

fun main() {
    TestKotlin().test()
}
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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;
    }
}
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class TestKotlin {
    fun testReturn() {
        println(TestJava().str.length)
    }
}

fun main() {
    TestKotlin().testReturn()
}
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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}")
    }
}
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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);
    }
}
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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);
    }
}
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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);
   }
}
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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)));
    }
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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()
}
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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()
    }
}
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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
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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()
    }
}
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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()
    }
}
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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

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持续更新中，和我一起步步为营系统、深入学习Android/Kotlin

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