本文大纲：

kotlin空安全字节码原理
kotlin空安全潜藏问题
空安全编程实战建议
总结反思kotlin空安全设计

在空安全 - Kotlin语言中文网中介绍了什么是Kotlin空安全，和Kotlin中可能引起NPE的场景。我们本文结合字节码来分析空安全实现原理、潜藏问题、实战建议和空安全总结。

Kotlin空安全字节码原理

参考：Kotlin刨根问底(一)：你真的了解Kotlin中的空安全吗？ - 掘金 (juejin.cn)

结论先行：

Java的类型本身是可以指向空的，Kotlin多了一个非空类型，是由于Kotlin在编译期生成了额外的注解代码和检查代码，才得以支持了Kotlin非空类型。

代码分析：

用以下5个函数来分析：

// 非空参数调用
fun test_1(str: String) = str.length
// 可空参数调用
fun test_2(str: String?) = str?.length
// 可空参数断言
fun test_3(str: String?) = str!!.length
// 可空参数强转非空参数
fun test_4(str: Any?) { str as String }
// 非空参数强转非空参数
fun test_5(str: Any?) { str as? String }

接着我们逐个分析，每个Kotlin函数都附上对应反编译的Java方法。

非空参数调用

// 非空参数调用
fun test_1(str: String) = str.length
public static final int test_1(@NotNull String str) {
   Intrinsics.checkNotNullParameter(str, "str");
   return str.length();
}

这里通过Kotlin生成了

入参的@NotNull注解。
checkNotNullParameter这个函数，检查参数是否为空，为空则抛出NPE异常。

这里会不会有什么问题？
会有问题

这个注解@NotNull是编译期注解，这个信息能被记录到class文件，但是不会在运行时被虚拟机提取，因此做运行时检查。
如果入参str真的是空指针null怎么办呢？Kotlin编译器可以保证源码和编译期间入参不是空的，但是没办法保证运行时这里传递进来的不是空的，因为有可能入参来自Java方法的调用，或者来自服务端数据的解析到的空指针变量。如果是空的，那么这里会抛异常，导致程序结束。

可空参数调用

// 可空参数调用
fun test_2(str: String?) = str?.length
@Nullable
public static final Integer test_2(@Nullable String str) {
   return str != null ? str.length() : null;
}

这里通过Kotlin生成了

入参的@Nullable注解。
返回值的@Nullable注解。

整个函数没什么问题，我们了解一下可空变量调用?.实际上在字节码里面还是生成了类似的if else语句来判断空指针变量即可。

可空参数断言

// 可空参数断言
fun test_3(str: String?) = str!!.length
public static final int test_3(@Nullable String str) {
   Intrinsics.checkNotNull(str);
   return str.length();
}

这里通过Kotlin生成了（注解前文提过，不再赘述）

checkNotNull这个函数。

这里我们要记住，Kotlin中的断言把可空变量直接变成了非空变量，并且底层是做空检查，有极大可能抛空指针异常。

可空参数强转非空参数

// 可空参数强转非空参数
fun test_4(str: Any?) { str as String }
public static final void test_4(@Nullable Object str) {
   if (str == null) {
      throw new NullPointerException("null cannot be cast to non-null type kotlin.String");
   } else {
      String var10000 = (String)str;
   }
}

可空转非空时，Kotlin会给你做一个空指针类型的转换，如果是空的，先抛空指针异常，然后再做强转。

非空参数强转非空参数

// 非空参数强转非空参数
fun test_5(str: Any?) { str as? String }
public static final void test_5(@Nullable Object str) {
   Object var10000 = str;
   if (!(str instanceof String)) {
      var10000 = null;
   }
   String var1 = (String)var10000;
}

这里有点意思，其实不会报错的，如果类型不匹配，那么直接变成空指针变量，然后再赋值给目标类型，而不是抛出类型转换失败的情况。

总结

和本小节结论一致，JVM平台上的Kotlin并不存在一个实际的非空类型，他的非空是自动生成了代码来做保护的。

Kotlin空安全潜藏问题

上述我们看到Kotlin非空类型是自动生成了检查代码来保护的。并且也提到了可能引发的问题，本节列出我们实际可能会遇到的问题。

所有问题的本质原因是：

变量为非空类型，但是实际传递过去的是空指针类型变量。那么会抛出空指针异常。

出现这种情况的场景有：

调用Java方法，返回空指针，然后用非空变量接收了。
kotlin函数的参数是非空，但是传递进去的是空指针。
从服务端解析到的数据解析结果是空指针，但是用非空变量来接收。

空安全编程实战建议

我们要有一个原则，就是一定要谨慎地使用Kotlin给我们提供的非空变量类型，少有不慎将导致程序崩溃。

我们一般在自己写的代码的地方使用非空类型变量不会出问题，一般出问题都是在和其他API交互，或者调用别人写的代码的时候出的问题。我们分两个角度来阐述：

Kotlin编写API

编写API的时候我们站在编写函数的角度考虑：

fun test(input: String?): String {
    return ""
}

你自己写的东西是确定的，但是调用方给你的东西是不确定的。并且调用方又希望你返回的东西是确定的。

提供的API的参数，要有更高的宽容度，这里你如果规定一个非空参数，但是客户在使用这个函数的时候，万一传递了一个他们自己都不知道的null进来，那么就会发生崩溃，而崩溃还是发生在你这个函数里面的，因为Kotlin会给这个参数做检查，自动生成检查的字节码。
返回的参数要有更高的精确度，可以的话，不要让客户以为你会返回一个可以是null的变量，这样会让客户方更好地使用你的函数。当然，返回非空变量的时候你自己要检查，这个一定不能是一个null，否则你把null返回去的时候，函数内部又会出错了。

总结一下：

函数参数是可空变量。
函数返回值是非空变量。

Kotlin使用API

在Kotlin使用API的时候，你自己的代码是确定的，你调用的函数就不一定是确定的。
因此，你不能用非空变量去接收变量。
例如：

// JavaTest.testA()返回的是null
val javaTestReceive: String = JavaTest.testA()
println(javaTestReceive)

这里在第二行会报空指针的错误，因为这里Kotlin生成的字节码是这样的：

String var10 = JavaTest.testA();
Intrinsics.checkNotNullExpressionValue(var10, "JavaTest.testA()");
String javaTestReceive = var10;

即当我们使用不确定的API的时候，最好用可空变量去接收。
会在以下的情况发生：

调用Java API。
解析服务端返回的数据，数据类型要是可空。

总结反思kotlin空安全设计

这是非常主观的一个想法。

空安全的设计是好的，但是没有理解到空安全的缺陷的时候，空安全是不安全的，甚至可能会给你带来额外的你不知道的危险。

Kotlin的空安全完全没有脱离Java的类型系统，并没有真正发明一个“非空类型”，所有的非空类型，都是Kotlin智能地给你生成代码做检查。

我个人理解，空指针这个东西是一定无法避免的，因为所有的语言最终运行在操作系统上，操作系统是C语言写的，C语言就有空指针。那底层是一定有空指针的，只是上层能够通过某种方式隐藏了空指针，或者避免了空指针异常带来的危害而已。

笔记和博客

Kotlin空安全原理