3. 類型聲明與空安全(Void Safety)
- 2020 年 2 月 11 日
- 筆記
上一篇文章介紹了 Koltin 的聲明類型語法，但我有意避開了 Kotlin 類型系統里最重要的部分：空安全（Void Safety/Null Safety）。在 Kotlin 中，不可能為空的變數和可能為空的變數被強行分開了（Java 有 @Nullable 和 @NonNull 注釋，但只會提供警告）。那 Kotlin 為什麼要這樣設計呢？我們來看一下今天的程式碼場景：（只想看使用辦法的可以跳過這一節）
0. 場景分析
某一天你正在優雅的編寫新業務程式碼，老闆突然告訴你，有一個線上的空指針 crash，趕緊處理一下。你趕緊 git stash 了自己的程式碼，切換到出問題的那個類。
這是一個管理音頻播發的類，叫 PlayerController，用來播放用戶上傳的 ugc 音頻內容。播放是一個很基礎通用的功能，所以這個類依賴了一個播放庫 AudioPlayer，PlayerController 主要是實現業務功能。
這個類之前的維護者剛離職，你臨時接任，對裡面的結構是不夠熟悉的。這個類年代久遠，在某個初期版本就上線了，承載了無數的業務變更。裡面程式碼邏輯混亂，業務和通用程式碼耦合在了一起。你想過重構，但功能實在太多了，需要很長的時間，且現在功能也比較穩定了，重構的收益對業務增長沒有明顯幫助。那還是先打個修補程式唄。
我們來看看程式碼：
PlayerController.java:
/** * 用戶音頻 ugc 播放器。 * 如果看到奇怪的邏輯，請不要隨便刪除，那都是為了規避 * AudioPlayer 庫一些奇怪的 bug，或者是為了兼容業務做的處理。 */ public class PlayerController { private AudioPlayer mAudioPlayer; public PlayerController() { } /** 初始化，只會初始化一次 */ public void init () { // 構造播放組件 if (mAudioPlayer != null) { mAudioPlayer = AudioPlayer(); } } /** 播放前需要先初始化數據 **/ public void prepare(String audioPath) { // 設置音頻文件路徑 if (mAudioPlayer != null) { mAudioPlayer.prepare(audioPath); } } /** 開始播放 **/ public void play() { if (mAudioPlayer != null) { // 前置條件判斷 // ... mAudioPlayer.play(); } } /** 暫停 **/ public void pause() { if (mAudioPlayer != null) { mAudioPlayer.pause(); } } /** 跳轉到指定時間 **/ public void seekTo(long time) { if (mAudioPlayer != null) { mAudioPlayer.seekTo(time); } } public void stop() { if (mAudioPlayer != null) { // 數據處理 // ... mAudioPlayer.stop(); // 該行空指針錯誤了 } } public void release() { if (mAudioPlayer != null) { mAudioPlayer.release(); mAudioPlayer = null; } } }這是個很典型的依賴了底層組件的封裝類。初始化，釋放，播放，暫停這些是外部介面。裡面還充斥著很多空判斷和 proxy 的程式碼。這樣寫程式碼迅速膨脹了起來。
這個類在後面講解很多 Kotlin 特性的時候都會引用它，可以多看兩眼
開始 crash 分析。通過錯誤上報，我發現是 mAudioPlayer.stop()這行空指針錯誤了。mAudioPlayer 在init()時被賦值，release()時被釋放，且為了防止記憶體泄漏被設置為 null。再考慮到並發操作，即mAudioPlayer這個變數在任何使用的時候都可能為 null。
但外部已經有空條件判斷了，且這是最新的版本才暴露的問題，為什麼會這樣呢？
我通過 git 提交記錄排查後了解到，是mAudioPlayer.stop()之前新增了一些業務程式碼，而新增程式碼有耗時操作。這導致了在空判斷時非空，但進入 if 程式碼塊之後，執行緒被切換了，上層調用了release()，等執行緒再切回來的時候 mAudioPlayer 已經變成 null 了，再執行就出現了空指針錯誤。
那最簡單的解決辦法就是**給mAudioPlayer.stop()單獨再包一層***。雖然很醜，但很管用，大夥也很喜歡用，特別是灰度不允許大幅改動的時候。
又或者是給所有 mAudioPlayer 操作都加上鎖 synchronized。不過考慮到裡面 API 有耗時操作，這樣寫有可能會造成 UI 卡頓。
不加鎖的話也有多次調用，即破壞冪等性的風險。
總之事情就這樣暫時解決了。程式碼隨著時間的遷移，越來越多變數可能為空的地方加上了if (xxx != null)的保護程式碼，甚至可能一個類 10% 的行都是空指針保護！涉及到邏輯冗長的地方，空保護的嵌套甚至到達了 5 層以上！那畫面太美。。
這確實是我們 Java Boy 的最通用解決辦法。那麼 Kotlin Boy 可以如何優雅的解決這個問題呢？
1. Kotlin 非空類型/可空類型（NonNull/Nullable）聲明
最開始時我們提到：在 Kotlin 中，不可能為空的變數和可能為空的變數被強行分開了。具體是怎麼分開的呢？很簡單，默認的類型聲明不能為空，類型後面跟問號」?」則可以為空。我們來看下面這段程式碼：
Nullable.kt：
fun main() { var string1: String = "123" // ok string1 = "456" // ok var string2: String = null // 編譯器報錯了 var string3: String? = null // ok string3 = "456" // ok string3 = null // ok var string4 = "123" // ok，類型推斷為 String string4 = null // 編譯器報錯了 var string5 = null // ok，類型推斷為 Nothing? string5 = "123" // 編譯器報錯了 }觀察 string1，string2 我們可以得出： 當你像 Java 那樣聲明一個 String 對象的時候，他在之後的賦值也是不能被賦值為空的。這意味著如果一個變數的類型為 String，則他在任何時候都不可能為空。
觀察 string3 我們可以得出： 聲明對象為 String? 類型，可以將其設置為空。典型場景是，在你初始化這個變數的時候，還暫時無法得到其值，就必須用可空類型的聲明方法了。
觀察 string4，string5 我們可以得出： 類型推斷是完全根據初始化時的賦值來確定的。他不會根據後面的賦值作為依據來推斷這個變數的類型。所以我們需要像 string3 那樣顯式聲明為 String?。至於 Nothing 類型我們暫且不管，實際也很少用到，後面再分析。
2. Kotlin 可空（Nullable）類型的調用
聲明一個非空變數，意味著你可以隨意的調用他的方法而不用擔心空指針錯誤，相對應的，可空變數則無法保證了。Kotlin 通過不允許可空變數直接調用方法來保證不會出現空指針錯誤。那麼可空變數應該怎麼調用呢？
Kotlin 可空變數的調用方法是：調用的」.」號前加」?」或」!!」。前者的行為是，如果非空則調用，否則不調用；後者行為是，如果非空則調用，否則拋出 Illegalstateexception。來看看例子：
Nullable2.kt：
/** 很普通的一個類，有一個「成員變數」，一個返回該變數的方法 **/ class A { var code = 0 fun getMyCode(): Int { // 返回 Int 類型，就像是 Java 的 Integer 那樣 return code } } fun main() { var a1 = A() a1.code = 3 a1.getMyCode() // ok var a2: A? = A() a2.code = 3 // 編譯錯誤 a2.getMyCode() // 編譯錯誤 var a3: A? = A() a3?.getMyCode() // ok a3!!.getMyCode() // ok }生產環境不建議使用雙嘆號!!，一般只用於測試環境。使用雙嘆號可以理解為放棄 Kotlin 的空安全特性。
3. Kotlin 可空（Nullable）的傳遞性
如果一個可空對象調用了方法，因為這個方法有可能不被執行，那麼如果我們接收它的返回值，那麼返回值的類型應該是什麼呢？我們繼續使用上面A這個類，來看看這個例子：
/** 很普通的一個類，有一個「成員變數」，一個返回該變數的方法 **/ class A { var code = 0 fun getMyCode(): Int { // 返回 Int 類型，就像是 Java 的 Integer 那樣 return code } } var a4: A? = null fun main() { var myCode: Int = a4?.getMyCode() // 編譯錯誤 var myCode2: Int? = a4?.getMyCode() // ok myCode2.toFloat() // 編譯錯誤 myCode2?.toFloat() // ok var myCode3: Int? = a4!!.getMyCode() // ok myCode3.toFloat() // ok }我們可以看到，本來getMyCode()方法返回的是 Int 類型，但由於調用時 a4 為可空類型，所以 myCode 被編譯器認為是 Int? 類型。所以，可空是具有傳遞性的。
雙嘆號由於在變數為空時會拋出異常，所以它的返回值就還是為 Int，因為拋了異常的話，後面的程式碼已經不會被執行了。
這個 a4 要寫在外面的原因是，如果聲明為局部變數，即使 a4 被聲明為 A?，但由於局部變數的關係，編譯器會把 myCode 糾正為 Int，而不是 Int?。
如果鏈式調用的話，就會變成這個樣子：
myCode2?.toFloat()?.toLong()?.toByte() myCode2!!.toFloat().toLong().toByte()
看起來比較 ugly。。但不用擔心，Kotlin 有其他的特性來協助你處理可空變數，不用寫出像這樣的嘲諷程式碼（瘋狂打問號 ？？？）。請繼續期待後面的文章吧！
4. 回到場景
如果用 Kotlin 來實現場景中的程式碼，只需要將 mAudioPlayer 聲明為可空類型就可以了：
PlayerController.kt:
/** * 用戶音頻 ugc 播放器。 * 如果看到奇怪的邏輯，請不要隨便刪除，那都是為了規避 * AudioPlayer 庫一些奇怪的 bug，或者是為了兼容業務做的處理。 */ class PlayerController { private var mAudioPlayer: AudioPlayer? = null /** 初始化，只會初始化一次 */ fun init() { // 構造播放組件 if (mAudioPlayer != null) { mAudioPlayer = AudioPlayer() } } /** 播放前需要先初始化數據 */ fun prepare(audioPath: String) { // 設置音頻文件路徑 mAudioPlayer?.prepare(audioPath) } /** 開始播放 */ fun play() { // 前置條件判斷 // ... mAudioPlayer?.play() } /** 暫停 */ fun pause() { mAudioPlayer?.pause() } /** 跳轉到指定時間 */ fun seekTo(time: Long) { mAudioPlayer?.seekTo(time) } fun stop() { // 數據處理 // ... mAudioPlayer?.stop() // 不會空指針錯誤了 } fun release() { mAudioPlayer?.release() mAudioPlayer = null } }寫起來方便很多，而且少了一層嵌套，人也舒服了。
空安全特性首次出現在 F#（2005） 上，此外 Swift 和 TypeScript 等也是空安全語言。 空指針首次出現在 Algol W（1965） 上，用作者的原話說，就是：後悔，非常的後悔。。（I call it my billion-dollar mistake） 參考：https://en.wikipedia.org/wiki/Void_safety 版權所有，轉載請註明出處： https://sickworm.com/?p=1779