Java - LinkedList：奇怪的NullPointerException

Question

我对一个NullPointerException有些困惑，不太理解它的原因。

我的代码运行24/7，表现良好，但是这个异常会在应用程序启动后的1天到1周内随机出现。

以下是堆栈跟踪：

java.lang.NullPointerException
at java.util.LinkedList.get(LinkedList.java:477)
at com.ch4process.acquisition.ScenarioWorker.eventHandling(ScenarioWorker.java:97)
at com.ch4process.acquisition.ScenarioWorker.call(ScenarioWorker.java:79)
at com.ch4process.acquisition.ScenarioWorker.call(ScenarioWorker.java:1)
at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:266)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1142)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:617)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

正如您所看到的，这个异常是在一个线程中引发的。

以下是简化后的代码：

public class ScenarioWorker implement Callable<Integer>
{
List<SignalValueEvent> eventList = new LinkedList<>();

boolean busy = false;

@Override
public Integer call() throws Exception
{
    try
    {
        while (true)
        {
            eventHandling();
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
    catch (Exception ex)
    {
        // Redirects the exception to a custom class
    }
}

private void eventHandling()
{
    if (! busy)
    {
        while (eventList.size() > 0)
        {       
            SignalValueEvent event = eventList.get(0); // NullPointerException here according to stacktrace

            if(event.isTriggered()))
            {
                busy = true;
                doScenario(event);
            }
            deleteEvent();
        }
    }
}


private void deleteEvent()
{
    try
    {
        eventList.remove(0);
    }
    catch (Exception ex)
    {
        // Redirects the exception to custom class
    }
    finally
    {
        busy = false;
    }
}


@Override
public void SignalValueChanged(SignalValueEvent event)
{
    if (event.isValid())
    {
        eventList.add(event);
    }
}

}

[编辑：堆栈跟踪中的第97行是说SignalValueEvent event = eventList.get(0);]

这个类实现了一个接口，允许另一个类通过调用SignalValueChanged方法来通知它。

因此，基本上我的LinkedList在类的初始化时被创建，在外部类需要将事件放入列表时被填充，而调用方法循环遍历列表以查看是否有任何内容。如果有，就会处理它并删除事件。

我已经测试过了，唯一可能导致NPException的原因是我的列表等于null...但我在代码中没有这样做...

正如我所说，这段代码全天候工作，我在启动应用程序后的一周半左右才发现了这个错误。我是否漏掉了什么显而易见的东西？

非常感谢您阅读这篇文章，如果您能帮助我，我将不胜感激 :)

- Caerbannog

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1. 第 97 行是哪一行？ScenarioWorker.java:97
2. 现在每次运行都会失败吗？还是出现间歇性问题？
3. 如果是间歇性的，那么这可能是一个并发问题。你确定你的代码是线程安全的吗？

- Hovercraft Full Of Eels

我也认为这是一个并发问题，因为出现了不规则的失败。 - AhmadWabbi

《Java并发编程实战》https://www.amazon.co.uk/d/Books/Java-Concurrency-Practice-Brian-Goetz/0321349601/ref=sr_1_1?s=books&ie=UTF8&qid=1483365378&sr=1-1&keywords=java+concurrency+in+practice - 一定要拿到这本书并深入学习。如果不这样做，你将永远生活在痛苦的世界中。 - mike rodent

请注意，NPE并不是因为您的列表为空 - 如果是这样，您的异常根源将在ScenarioWorker.java第97行。相反，代码正在进入LinkedList的内部，这表明LinkedList实现中的某些内部问题出了问题 - 这是并发问题的一个巨大的警示标志。至于为什么会出现这种情况，可能是一个线程在同时调用SignalValueChanged和另一个线程调用eventHandling造成了竞争。 - jacobm

@KevinEsche：这绝对不是你发布的那个问题的重复，因为NPE与变量为空无关，而是一个并发问题。通常的NPE调试技术在这里不起作用。请看jacobm的评论以了解原因。 - Hovercraft Full Of Eels

Answer 1

NPE并不是因为您的列表为空--如果是这样，那么异常的根源将在ScenarioWorker.java的第97行。相反，代码正在进入LinkedList的内部，这表明LinkedList实现中的某些内部问题正在被搞砸--这是并发问题的一个巨大红旗。至于原因，可能是一个线程调用SignalValueChanged，另一个线程调用eventHandling同时出现了竞争。

您可以通过同步对eventList的所有访问来解决它。最简单的方法可能就是将SignalValueChanged和eventHandling方法标记为synchronized。

- jacobm

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是的...很好发现。正如我之前提到的，第477行（堆栈跟踪）还显示（如果您查看LinkedList、Java 8、_091的源代码），"索引检查"已经通过了...也就是说，这不是因为空列表而导致越界的问题（当然，这将产生不同的异常）。 - mike rodent

Answer 2

我认为这也与线程同步有关。解决方法：将eventList封装在一个带有synchronized方法的对象中。只通过调用这些同步方法从所有线程访问eventList。

- AhmadWabbi

Answer 3

请阅读LinkedList的JavaDoc：

注意，这个实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个链表，并且其中至少一个线程在结构上修改了列表，则必须在外部进行同步。（结构上的修改是添加或删除一个或多个元素的任何操作；仅设置元素的值不是结构上的修改。）这通常通过对自然封装列表的某个对象进行同步来完成。如果不存在这样的对象，则应使用Collections.synchronizedList方法“包装”列表。最好在创建时完成此操作，以防止意外的未同步访问列表：

List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

- Markus Mitterauer

Answer 4

如Hovercraft Full Of Eels在上面所建议的那样，我猜测这是一个并发问题。很可能，在您调用eventList.get(0)的时候，尽管刚刚测试过列表不为空，但是另一个并发线程通过将该列表变为null或空来使其为空。编辑：如问题评论中所讨论的那样，NullPointerException是从LinkedList的内部工作中抛出的，这意味着它绝对是一个并发问题。使您的对象线程安全，就可以解决问题。

- shiri

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如果列表为空，我应该有一个IndexOutOfBound异常，而不是NullPointerException。而且我从来没有销毁过那个列表或将其设置为null，所以我不知道为什么会这样。 - Caerbannog

@Caerbannog 除了你使用的是 LinkedList 而不是 ArrayList。 - Code-Apprentice

@Code-Apprentice，严格来说@Caerbannog是正确的。LinkedList也会抛出IndexOutOfBounds异常。https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/LinkedList.html#get(int)这意味着NPE更可能是由于列表本身被设置为null，但不清楚为什么会发生这种情况。如果可能的话，我会添加一个针对空列表的测试，以查看该条件是否在运行时翻转。我仍然怀疑并发问题。 - shiri

不！正如jacobm在其他評論中指出的那樣，異常是由LinkedList的內部引發的，而不是eventList.get(...)！！！ - mike rodent