为什么 NULL 是你代码中的无声杀手？
为什么 NULL 是你代码中的无声杀手？
在软件开发领域，很少有问题像NULL值一样普遍存在且危害巨大。这个看似无害的占位符可能会给代码库带来重大问题，造成难以发现的漏洞，并损害数据完整性。尽管 NULL 有其用途，但处理不当且不了解其含义可能会导致严重问题。我们将在这篇详尽的博客文章中探讨 NULL 被称为代码中的无声杀手的原因，提供代码示例来展示其后果，并讨论减轻其负面影响的方法。
1. 简介
NULL 是一个看似简单的概念，表示没有值。尽管 NULL 很简单，但它却因在软件应用程序中引起大量问题而臭名昭著。Tony Hoare 于 1965 年引入了 NULL 引用的概念，他经常将其称为“十亿美元的错误”。这篇文章旨在探讨 NULL 为何如此成问题，并为开发人员提供有效处理它的实用解决方案。
2. NULL 的概念
NULL 是编程中用于表示变量没有值的特殊标记。它不同于零、空字符串或任何其他“假”值。NULL 的存在可能表示未初始化的变量、缺失的数据或可选字段。
NULL 的问题
NULL 的根本问题是它的歧义性。它可能意味着：
- 值未知。
- 值不存在。
- 值不适用。
这种模糊性可能会导致混乱和错误，尤其是在没有充分检查或处理 NULL 值时。
3. NULL 导致的常见问题
空指针异常
与 NULL 相关的最臭名昭著的问题之一是 NULL 指针异常 (NPE)。当程序尝试使用预期为对象但实际上为 NULL 的引用时，就会发生这种情况。在许多编程语言中，取消引用 NULL 指针会导致运行时错误，从而导致程序崩溃。
Java 示例：
public class NullPointerExample {
public static void main(String[] args) {
String str = null;
try {
System.out.println(str.length());
} catch (NullPointerException e) {
System.out.println("Caught a NullPointerException");
}
}
}
数据不一致
数据库中的 NULL 值可能会导致查询出现不一致和意外结果。例如，涉及 NULL 值的聚合和连接可能无法按预期运行。
SQL 示例：
SELECT AVG(salary) FROM employees WHERE department_id = 10;
从员工中选择AVG （薪水） ，其中部门 ID = 10 ；如果某些工资值为空，则平均值计算可能会排除这些条目，从而导致结果偏差。
额外绩效开销
处理 NULL 值通常需要在代码中进行额外的检查和分支，这会带来性能开销。这在性能至关重要的应用程序中尤其成问题，因为每微秒都至关重要。
4. 真实世界的代码示例
Java 中的 NULL
Java 开发人员经常遇到与 NULL 相关的问题，主要是 NULL 指针异常。Java 的类型系统允许将 NULL 分配给任何对象引用，这很容易引入错误。
例子：
public class Employee {
private String name;
private Integer age;
public Employee(String name, Integer age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public Integer getAge() {
return age;
}
}
public class NullExample {
public static void main(String[] args) {
Employee emp = new Employee(null, null);
try {
System.out.println(emp.getName().toUpperCase());
} catch (NullPointerException e) {
System.out.println("Caught a NullPointerException");
}
}
}
Python 中的 NULL
Python 使用关键字处理 NULL 值None。虽然 Python 是动态类型的，这降低了一些风险，但如果处理不当，NULL 值仍然会导致运行时错误。
例子：
def print_length(s):
try:
print(len(s))
except TypeError:
print("Caught a TypeError because the input was None")
print_length(None)
SQL 中的 NULL
SQL 数据库使用 NULL 来表示缺失或未知值。但是，涉及 NULL 的运算可能会产生意外结果，尤其是在相等和聚合方面。
例子：
SELECT * FROM employees WHERE manager_id = NULL; --不会返回任何 rows
SELECT * FROM employees WHERE manager_id IS NULL; -- 检查NULL的正确方法
5. 处理 NULL 的策略
使用可选类型
许多现代语言都提供可选或可空类型，以明确处理值的存在或不存在。这种方法鼓励开发人员考虑 NULL 的可能性并进行适当处理。
Java 示例（使用Optional）：
import java.util.Optional;
public class Employee {
private Optional<String> name;
private Optional<Integer> age;
public Employee(Optional<String> name, Optional<Integer> age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public Optional<String> getName() {
return name;
}
public Optional<Integer> getAge() {
return age;
}
}
public class OptionalExample {
public static void main(String[] args) {
Employee emp = new Employee(Optional.of("John Doe"), Optional.empty());
emp.getName().ifPresent(name -> System.out.println(name.toUpperCase()));
emp.getAge().ifPresentOrElse(
age -> System.out.println("Age: " + age),
() -> System.out.println("Age not available")
);
}
}
默认值和保护
设置默认值并使用保护可以帮助避免与 NULL 相关的问题。这在配置和可选字段中特别有用。
Python 中的示例：
def get_employee_name(employee):
return employee.get('name', 'Unknown')
employee = {}
print(get_employee_name(employee)) # Outputs 'Unknown'NULL 对象模式
NULL 对象模式涉及创建一个表示默认行为的对象，而不是使用 NULL。这可以帮助避免 NULL 检查并使代码更具可读性。
Java 示例：
public interface Employee {
String getName();
}
public class RealEmployee implements Employee {
private String name;
public RealEmployee(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String getName() {
return name;
}
}
public class NullEmployee implements Employee {
@Override
public String getName() {
return "No Name Available";
}
}
public class NullObjectPatternExample {
public static void main(String[] args) {
Employee emp = getEmployee(false);
System.out.println(emp.getName());
}
public static Employee getEmployee(boolean isReal) {
if (isReal) {
return new RealEmployee("John Doe");
} else {
return new NullEmployee();
}
}
}
数据库约束和默认值
使用数据库约束和默认值可以防止将 NULL 插入不适当的字段。这确保了数据库级别的数据完整性。
SQL 示例：
CREATE TABLE employees (
id INT PRIMARY KEY,
name VARCHAR(100) NOT NULL,
salary DECIMAL(10, 2) DEFAULT 0.00
);
INSERT INTO employees (id, name) VALUES (1, 'John Doe'); -- salary will default to 0.00
6.结论
NULL 通常是代码中的隐形杀手，会导致微妙的错误、崩溃和数据不一致。通过了解它可能引起的问题并实施强大的策略来处理它，开发人员可以显著提高其应用程序的可靠性和可维护性。无论是通过使用可选类型、设置默认值、采用 NULL 对象模式还是强制执行数据库约束，都有许多方法可以减轻与 NULL 相关的风险。 采用这些最佳实践不仅有助于编写更安全、更可预测的代码，还可以提高软件系统的整体质量。请记住，解决问题的第一步是识别问题，对于任何旨在构建弹性和健壮应用程序的开发人员来说，承认 NULL 的潜在陷阱都至关重要。