Switch竟然会报空指针异常，学到了！

本文转载自微信公众号「月伴飞鱼」，学到了作者日常加油站 。针异转载本文请联系月伴飞鱼公众号。学到了

前言

前几天重新看 《阿里巴巴Java开发手册》有一条这样的针异规约：

出于好奇，打算研究一下!，学到了强迫症，针异没办法!

我们先用一个案例测试一下：

public class Test {      public static void main(String[] args) {          String param = null;         switch (param) {              case "null":                 System.out.println("匹配null字符串");                 break;             default:                 System.out.println("进入default");         }     } } 

显而易见，学到了如果switch传入空值，针异会抛空指针!

看到这，学到了我们先可以思考下面几个问题：

switch 除了 String 还支持哪种类型?针异 为什么《阿里巴巴Java开发手册》规定String类型参数要先进行 null 判断? 为什么可能会抛出空指针异常?

下面开始对上面的问题进行分析

问题分析

首先参考官方文档对swtich 语句相关描述。

翻译如下：

switch 的学到了表达式必须是 char, byte, short, int, Character, Byte, Short, Integer, String, 或者 enum 类型，否则会发生编译错误

同时switch 语句必须满足以下条件，针异否则会出现编译错误:

与 switch 语句关联的学到了每个 case 都必须和 switch 的表达式的类型一致; 如果 switch 表达式是枚举类型，case 常量也必须是针异枚举类型; 不允许同一个 switch 的两个 case 常量的值相同; 和 switch 语句关联的常量不能为 null ; 一个 switch 语句最多有一个 default 标签。

翻译如下：

switch 语句执行的学到了时候，首先将执行 switch 的表达式。如果表达式为 null, 则会抛出 NullPointerException，整个 switch 语句的执行将被中断。

另外从《Java虚拟机规范》这本书，高防服务器我们可以学习到：

总结一下就是：

1.编译器使用 tableswitch 和 lookupswitch 指令生成 switch 语句的编译代码。

2.Java 虚拟机的 tableswitch 和 lookupswitch 指令只能支持 int 类型的条件值。如果 swich 中使用其他类型的值，那么就必须转化为 int 类型。

所以可以了解到空指针出现的根源在于：虚拟机为了实现 switch 的语法，将参数表达式转换成 int。而这里的参数为 null， 从而造成了空指针异常。

下面对官方文档的内容采用反汇编方式进一步分析下

不熟悉字节码的，推荐看看美团的这篇文章：https://tech.meituan.com/2019/09/05/java-bytecode-enhancement.html

下面开始硬货!

反汇编看看

一个例子：

public class Test {      public static void main(String[] args) {          String param = "月伴飞鱼";         switch (param) {              case "月伴飞鱼1":                 System.out.println("月伴飞鱼1");                 break;             case "月伴飞鱼2":                 System.out.println("月伴飞鱼2");                 break;             case "月伴飞鱼3":                 System.out.println("月伴飞鱼3");                 break;             default:                 System.out.println("default");         }     } } 

反汇编代码得到：

Compiled from "Test.java" public class com.zhou.Test {    public zhou.Test();     Code:        0: aload_0        1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V        4: return   public static void main(java.lang.String[]);     Code:        0: ldc           #2                  // String 月伴飞鱼        2: astore_1        3: aload_1        4: astore_2        5: iconst_m1        6: istore_3        7: aload_2        8: invokevirtual #3                  // Method java/lang/String.hashCode:()I       11: tableswitch   {  // -768121881 to -768121879             -768121881: 36             -768121880: 50             -768121879: 64                default: 75           }       36: aload_2       37: ldc           #4                  // String 月伴飞鱼1       39: invokevirtual #5                  // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z       42: ifeq          75       45: iconst_0       46: istore_3       47: goto          75       50: aload_2       51: ldc           #6                  // String 月伴飞鱼2       53: invokevirtual #5                  // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z       56: ifeq          75       59: iconst_1       60: istore_3       61: goto          75       64: aload_2       65: ldc           #7                  // String 月伴飞鱼3       67: invokevirtual #5                  // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z       70: ifeq          75       73: iconst_2       74: istore_3       75: iload_3       76: tableswitch   {  // 0 to 2                      0: 104                      1: 115                      2: 126                default: 137           }      104: getstatic     #8                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;      107: ldc           #4                  // String 月伴飞鱼1      109: invokevirtual #9                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V      112: goto          145      115: getstatic     #8                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;      118: ldc           #6                  // String 月伴飞鱼2      120: invokevirtual #9                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V      123: goto          145      126: getstatic     #8                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;      129: ldc           #7                  // String 月伴飞鱼3      131: invokevirtual #9                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V      134: goto          145      137: getstatic     #8                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;      140: ldc           #10                 // String default      142: invokevirtual #9                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V      145: return } 

先介绍一下下面会用到的字节码指令

invokevirtual：调用实例方法 istore_0 将int类型值存入局部变量0 istore_1 将int类型值存入局部变量1 istore_2 将int类型值存入局部变量2 istore_3 将int类型值存入局部变量3 aload_0 从局部变量0中装载引用类型值 aload_1 从局部变量1中装载引用类型值 aload_2 从局部变量2中装载引用类型值

我们继续看汇编代码：

先看偏移为 8 的指令，调用了参数的 hashCode() 函数来获取字符串 "月伴飞鱼" 的哈希值。

8: invokevirtual #3                  // Method java/lang/String.hashCode:()I 

接下来我们看偏移为 11 的指令处:

tableswitch 是跳转引用列表， 如果值小于其中的最小值-768121881 或者大于其中的最大值-768121879，跳转到 default 语句。源码下载

11: tableswitch   {  // -768121881 to -768121879             -768121881: 36             -768121880: 50             -768121879: 64                default: 75           } 

其中 -768121881 为键，36 为对应的目标语句偏移量。

hashCode 和 tableswitch 的键相等，则跳转到对应的目标偏移量，"月伴飞鱼"的哈希值806505866不在最小值-768121881和最大值-768121879之间，因此跳转到 default 对应的语句行(即偏移量为 75 的指令处执行)。

月伴飞鱼的hash值计算：("月伴飞鱼").hashCode();

从 36 到 75 行，根据哈希值相等跳转到判断是否相等的指令。

然后调用java.lang.String#equals判断 switch 的字符串是否和对应的 case 的字符串相等。

如果相等则分别根据第几个条件得到条件的索引，然后每个索引对应下一个指定的代码行数。

继续从偏移量75行往下看：

76: tableswitch   {  // 0 to 2                0: 104                1: 115                2: 126          default: 137     } 

default 语句对应 137 行，打印 “default” 字符串，然后执行 145 行 return 命令返回。

通过 tableswitch 判断执行哪一行打印语句。

总结就是整个流程是先计算字符串参数的服务器托管哈希值，判断哈希值的范围，然后哈希值相等再判断对象是否相等，然后执行对应的代码块。

这种先判断 hash 值是否相等(有可能是同一个对象/两个对象有可能相等)，再通过 equals 比较 对象是否相等 的做法，在 Java 的很多 JDK 源码中和其他框架中也非常常见的。

分析空指针问题

反汇编前言中的代码：

public class Test {      public static void main(String[] args) {          String param = null;         switch (param) {              case "null":                 System.out.println("匹配null字符串");                 break;             default:                 System.out.println("进入default");         }     } }  public class com.zhou.Test {    public com.zhou.Test();     Code:        0: aload_0        1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V        4: return   public static void main(java.lang.String[]);     Code:        0: aconst_null        1: astore_1        2: aload_1        3: astore_2        4: iconst_m1        5: istore_3        6: aload_2        7: invokevirtual #2                  // Method java/lang/String.hashCode:()I       10: lookupswitch  {  // 1                3392903: 28                default: 39           }       28: aload_2       29: ldc           #3                  // String null       31: invokevirtual #4                  // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z       34: ifeq          39       37: iconst_0       38: istore_3       39: iload_3       40: lookupswitch  {  // 1                      0: 60                default: 71           }       60: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;       63: ldc           #6                  // String 匹配null字符串       65: invokevirtual #7                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V       68: goto          79       71: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;       74: ldc           #8                  // String 进入default       76: invokevirtual #7                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V       79: return } 

可以猜测3392903 应该是 "null" 字符串的哈希值。

10: lookupswitch  {  // 1                3392903: 28                default: 39           } 

我们可以打印其哈希值去印证:System.out.println(("null").hashCode());

总结整体流程：

String param = null; int hashCode = param.hashCode(); if(hashCode == ("null").hashCode() && param.equals("null")){   System.out.println("null");  }else{   System.out.println("default");  } 

因此空指针的原因就一目了然了：调用了 null 对象的实例方法。