Java开发笔记（八十三）利用注解技术检查空指针

注解属于比较高级的Java开发技术，前面介绍的内置注解专用于编译器检查代码，另外一些注解则由各大框架定义与调用，像Web开发常见的Spring框架、Mybatis框架，Android开发常见的ButterKnife框架等等，都使用了大量的注解。为了更好地弄清注解的应用原理，接下来不妨尝试自定义注解，并在实际开发中对自定义的注解加以运用。
之前介绍异常预防的时候，为了避免出现空指针异常，可谓是八仙过海各显神通，一路试验了多项新技术。其中校验某个字段非空尤其是个难点，案例中的苹果类共有四个字段，包括名称、颜色、重量、价格等，倘若要求这些字段均非空值才算有效记录的话，就得四个字段一一判断过去。那么采取for循环进行非空检查的常规代码示例如下：

	// 常规的for循环校验，对每个对象及其每个属性都进行空指针判断
	private static void getRedAppleByFor(List<Apple> list) {
		List<Apple> redAppleList = new ArrayList<Apple>();
		if (list != null) { // 判断清单非空
			for (Apple item : list) {
				// 对每个字段依次进行空指针判断
				if (item!=null && item.getName()!=null && item.getColor()!=null 
						&& item.getWeight()!=null && item.getPrice()!=null) {
					if (item.isRedApple()) { // 判断是否为红苹果
						redAppleList.add(item);
					}
				}
			}
		}
		System.out.println("常规的For循环校验之后的红苹果清单=" + redAppleList.toString());
	}

 

从以上代码可见，对每个字段依次进行空指针判断，这里的条件语句拖得老长。倘若给苹果类新增一个字段，那么此处的条件语句还得补上新字段的非空校验。即使采用Java8引入的可选器Optional，也没有更好的办法，如此窘境简直叫人束手无策。
如今有了注解技术，号称可以自动检查代码，总算出现解决问题的一缕曙光。具体的处理过程大致分为四个步骤：自定义新的非空注解、给非空字段添加非空注解、利用反射机制校验被非空注解修饰了的所有字段、在业务需要的地方调用校验方法，下面分别进行详细描述。

1、自定义新的非空注解
首先定义一个名叫“NotNull”的注解，并规定它用于在程序运行过程中检查字段是否为空。这里有两点值得特别关注：第一点，该注解的生效期间位于程序运行过程当中，意味着需要将它保留至运行阶段；第二点，该注解用于检查字段是否为空，意味着它的作用目标正好是字段。据此可编写如下所示的注解定义代码：

import java.lang.annotation.*;

@Documented // 该注解纳入到Java开发手册
@Target({ ElementType.FIELD }) // 该注解的作用目标是字段（属性）
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) // 该注解保留至运行阶段，这样能够通过反射机制调用
//定义了一个注解，在interface前面加上符号“@”，表示这是个注解
public @interface NotNull {}

　　

2、给非空字段添加非空注解
接着修改苹果类的定义代码，在每个不能为空的字段上方添加注解“@NotNull”，表示这是个特殊字段，它必须有值而不允许是空指针，简而言之，该字段必须是非空字段。修改后的苹果类代码片段示例如下：

//定义一个苹果类
public class Apple {
	@NotNull // 通过注解声明该字段不可为空
	private String name; // 名称
	@NotNull // 通过注解声明该字段不可为空
	private String color; // 颜色
	@NotNull // 通过注解声明该字段不可为空
	private Double weight; // 重量
	@NotNull // 通过注解声明该字段不可为空
	private Double price; // 价格

	// 此处省略苹果类的剩余代码定义
}

　　

3、利用反射机制校验被非空注解修饰了的所有字段
然后还要通过反射技术去检查非空字段，这里才是整个流程的关键之处。在进行反射调用的时候，又可分为主要的三个步骤：首先调用Class对象的getDeclaredFields方法，获得该类中声明的所有字段；其次依次遍历这些字段，并调用字段对象的isAnnotationPresent方法，判断当前字段是否存在非空注解；再次，倘若存在非空注解，则调用字段对象的get方法，获得对应的字段值并判断该字段是否为空指针。如此一来，某个添加了非空注解的字段，要是它的字段值被检查出为空指针，马上就能断定包含该字段的对象是个无效记录。
按照如上所述的反射调用步骤，编写而来的非空校验代码如下所示：

//演示如何利用注解进行字段为空的校验
public class NullCheck {

	// 对指定对象进行空指针校验。返回true表示该对象跟它的每个字段都非空，返回false表示对象为空或者至少一个字段为空
	public static boolean isValid(Object obj) {
		if (obj == null) {
			System.out.println("校验对象为空");
			return false;
		}
		Class cls = obj.getClass(); // 获得对象实例的基因类型
		// 声明一个字符串清单，用来保存非空校验失败的无效字段名称
		List<String> invalidList = new ArrayList<String>();
		try {
			// 获取对象的所有属性（如果使用getFields，就无法获取到private的属性）
			Field[] fields = cls.getDeclaredFields();

			for (Field field : fields) { // 依次遍历每个对象属性
				// 如果该属性声明了NotNull注解，就进行字段非空的校验
				if (field.isAnnotationPresent(NotNull.class)) {
					if (field != null) {
						field.setAccessible(true); // 将该字段设置为允许访问
						Object value = field.get(obj); // 获取某实例的字段值
						if (value == null) { // 如果发现该字段为空
							// 就把该字段的名称添加到无效清单中
							invalidList.add(field.getName());
						}
					}
				}
			}
		} catch (Exception e) { // 捕捉到了任何一种异常（错误除外）
			e.printStackTrace();
		}
		if (invalidList.size() > 0) { // 无效清单非空，表示至少有一个字段没通过非空校验
			String desc = String.format("%s类非空校验不通过的字段有：%s",
					cls.getName(), invalidList.toString());
			System.out.println(desc);
			return false;
		} else {
			return true;
		}
	}
}

为了方便程序员寻找非法字段，上面的代码特意将未通过非空校验的所有字段都打印出来，比起普通的空指针判断要智能许多。

下面来个简单的例子，验证一下加了注解的非空校验是否正常运行。实验用的苹果对象除了名称字段有值，其余三个字段均为null，完整的实验代码见下：

	// 通过注解检查某个对象内部字段的空指针
	private static void testSingle() {
		Apple apple = new Apple("苹果", null, null, null);
		// NullCheck的isValid方法通过注解与反射技术来校验空指针
		boolean isValid = NullCheck.isValid(apple);
		System.out.println("apple isValid="+isValid);
	}

 

运行以上的实验代码，观察到以下的日志信息，果然找到了三个空指针字段：

com.addition.annotation.Apple类非空校验不通过的字段有：[color, weight, price]

　　

4、在业务需要的地方调用校验方法
最后把原来for循环那条冗长的空指针判断语句改为调用新的校验方法，改写后的红苹果挑选代码变成了这样：

	// 把for循环内部的空指针校验改为通过注解校验
	private static void getRedAppleByForWithNullCheck(List<Apple> list) {
		List<Apple> redAppleList = new ArrayList<Apple>();
		if (list != null) { // 判断清单非空
			for (Apple item : list) {
				// NullCheck的isValid方法通过注解与反射技术来校验空指针
				if (NullCheck.isValid(item)) {
					if (item.isRedApple()) { // 判断是否为红苹果
						redAppleList.add(item);
					}
				}
			}
		}
		System.out.println("For循环，非空校验之后的红苹果清单=" + redAppleList.toString());
	}

 

瞧瞧，原本长长的一条if语句，现在缩短为“if (NullCheck.isValid(item))”，看上去真是清爽宜人。更加重要的是，假如以后苹果类增加了新的非空字段，那也只需修改苹果类的代码，不必修改此处的校验代码了。
不但采取for循环的处理代码得以优化，而且采取流式处理的新式代码派上用场，不过是挑选非空校验通过的正常苹果么，只要在原代码中补充形如“.filter(NullCheck::isValid)”的过滤方法就行了，补充过滤之后的流式代码示例如下：

	// 联合运用Optional校验、流式处理，以及注解校验
	private static void getRedAppleByStreamWithNullCheck(List<Apple> list) {
		List<Apple> redAppleList = new ArrayList<Apple>();
		// ifPresent表示list非空时候的处理
		Optional.ofNullable(list).ifPresent(apples -> {
			// 从原始清单中筛选出红苹果清单。注意“NullCheck::isValid”为静态方法引用的写法
			redAppleList.addAll(apples.stream().filter(NullCheck::isValid).filter(Apple::isRedApple).collect(Collectors.toList()));
		});
		System.out.println("流式处理，非空校验之后的红苹果清单=" + redAppleList.toString());
	}

 

乖乖，改进之后的流式代码不得了了，短短几行代码竟然同时运用了多项黑科技，包括但不限于：可选器、Lambda表达式、流式处理、方法引用、反射技术、注解技术。要是能熟练掌握这些开发技能，想必你的Java编码水准已经达到了相当的高度。

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