Switch竟然会报空指针异常，学到了！
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前言
前几天重新看 《阿里巴巴Java开发手册》有一条这样的规约：
出于好奇，打算研究一下！，强迫症，没办法！
我们先用一个案例测试一下：
显而易见，如果switch传入空值，会抛空指针！
看到这，我们先可以思考下面几个问题：
switch 除了 String 还支持哪种类型?
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，否则会出现编译错误:
与 switch 语句关联的每个 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，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
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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。
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。
本文原创，未经作者允许不可转载！
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