Dart 健全的空安全: 技术预览版 2

作者 / Michael Thomsen, Dart & Flutter Product Manager, Google

Dart 在 Flutter 中扮演着特别的角色——它为开发者提供了热重载等功能，并通过灵活的编译器技术实现移动、桌面和 web 端的多平台应用。我们努力使 Dart 语言能够为 Flutter 应用开发者提供最大的生产力。例如，我们添加了 UI-as-code 语言结构来优化 Dart 语法，以便于编写 Flutter widget 树。

我们于 6 月推出了 Dart 空安全的首个技术预览版。现在则是我们期待已久的另一个重要里程碑: 健全的空安全第二个技术预览版本，其中包含对 Flutter 框架的支持。

• Dart 2.10

  https://medium.com/dartlang/announcing-dart-2-10-350823952bd5

空安全是一项全新的能够提高生产力的重要特性，可帮助您避免空值异常，这是一类通常很难发现的错误。在此之外，空安全还可以带来一系列性能提升。我们非常期待听到您的使用反馈。

为什么需要空安全？

Dart 是一种类型安全的语言。即当您拿到某个类型的变量时，编译器可以保证它属于该类型。但是类型安全本身并不能保证变量不为空 (null)。

空值错误十分常见。在 GitHub 上搜索，您会看到数以千计由 Dart 代码中意外的空值导致的问题，更有成千上万的开发者在试图修复这些问题。请您试着找出下面这个应用中的空值问题 (Config 和 WeatherService 是该应用使用的后端服务):

class MyApp extends StatelessWidget {
@override
Widget build(BuildContext context) {
// Get data from services. Note: in a real application,
// these would be async calls, but we're using sync calls
// for simplicity.
final localizedAppName = Config.getAppName();
final temperatures = WeatherService.getTemperatures();
return MaterialApp(
        home: Scaffold(
            appBar: AppBar(title: Text(localizedAppName)),
            body: Padding(
                padding: const EdgeInsets.all(8.0),
                child: Column(
                    crossAxisAlignment: CrossAxisAlignment.start,
                    children: [
                        Text('Temperature next 3 days:'),
for (final t in temperatures)
                            Text(t.round().toString()),
                        ],
                    ),
                ),
            ),
        );
    }
}
class Config {
static String getAppName() { ... }
}
class WeatherService {
static List<double> getTemperatures() { ...}
}

如果 getAppName() 返回 null，则应用一定会出错；在这种情况下，我们会向 AppBar 标题中的 Text widget 传递 null。

但是，还有更多微妙的情况需要考虑: getTemperatures() 也可以返回 null。在这种情况下，for 循环将失败。或者，getTemperatures() 也可能会如预期返回一个列表，但是该列表可能包含 null 值，在这种情况下，我们对 null 调用 round()，这同样也会出错。

空安全特性可在您编写代码时就对其进行验证，从而消除这些问题:

• DartPad: 验证代码
  https://nullsafety.dartpad.cn/28f1db5ef4401d9e063375e5c58f0f86

△ 借助空安全，Dart 会在代码中发现潜在的空值错误

有了空安全，您就可以更放心地编写和使用代码。不再需要等到运行时才遭遇空引用错误，在编写代码时您就能看到静态错误提醒。

空安全设计原则

Dart 的空安全支持基于以下三个核心设计原则:

• 默认不可空。除非您明确告诉 Dart 一个变量是可空的，否则它将一概认为所有变量都不可空。我们之所以这么做，是因为我们看到不可空是 API 中最常见的选择。

• 可逐步采用。用 Dart 编写的代码数量庞大。您将可以择机且逐步地迁移至空安全。在同一项目中将可以同时包含空安全代码和非空安全代码。我们还将提供工具来帮助您进行迁移。

• 彻底健全。Dart 提供健全的空安全。这意味着我们可以信任类型系统: 如果类型系统确定某项不为空，则它一定不会为空。这样可实现编译器优化。在将整个项目和依赖都迁移到空安全之后，您将尽享健全空安全的优势: 错误会更少，二进制文件也会更小，执行速度则会更快。

让我们来详细介绍上述这些设计原则。

1. 默认非空

空安全的核心语法十分简单。以下是一些以不同方式声明的非空变量。请记住，非空是默认的，因此这些声明虽然看起来与当下的代码相同，但其含义已经发生了变化。

// 在空安全的 Dart 中，以下变量皆不可空。
var widget = Text('Hello');
final status = GetStatus();
String m = '';

Dart 将确保您无法将空值赋予上述任何变量。如果您尝试在一千行之后执行 widget = null，则会触发静态分析错误并看到红色波浪线，程序也将无法编译。

可空变量

如果您希望变量可空，则可以使用 ?，如下所示:

// 下列变量可空。
Text? t = Text('Hello');  // 之后可被赋予 null 值。
final Status? s = getStatus();  // 方法可以返回 null。
String? n;  // 初始即为 null，之后任何时间也可为 null。

您也可以在函数参数和返回值中使用 ? 语法:

// 在函数参数里使用。
void initialize(int? count) {
    // It's possible that count is null.
}
// 在函数返回值使用。
static List<double?>? getTemperatures() {
    // 可以返回 null，或者 List 里也可以含 null 项。
}

但再次强调，理想情况是您几乎不需要使用 ?。您的大多数类型均不可为空。

用空安全提高生产力

空安全并非局限于安全性。我们还希望您能借此特性提高生产力，这意味着该特性必须易于使用。例如下面的代码，其中使用 if 语句来检查是否存在空值:

void honk(int? loudness) {
    if (loudness == null) {
        // 没有给出 loudness 值时直接用最大音量告知开发者。
        _playSound('error.wav', volume: 11);
        return;
    }
    // Loudness 不为空，直接将其调整（clamp）至可接受的范围。
    _playSound('honk.wav', volume: loudness.clamp(0, 11));
}

请注意 Dart 工具在 if 语句之后就已经知道 loudness 变量不会为空。之后我们不必大费周章便能轻松调用 clamp() 方法。这种便利性是通过流程分析 (flow analysis) 来实现的: Dart 分析器会像执行代码一样检查您的代码，自动找出代码中附加的信息。

下面是另一个示例，Dart 可以确定一个变量非空，因为我们总是给它分配一个非空值:

class StatusLine extends StatelessWidget {
    final Status status;
    StatusLine({this.status: Status.failed});
    @override
    Widget build(BuildContext context) {
        // 这个本地变量不可空，只是未被初始化。
        String statusText;
        if (status == Status.ok) {
            statusText = 'Update succeeded';
        } else {
            statusText = 'Update failed';
        }
        // 运行到这里，Dart 就知道 statusText 不为空，
        // 因为我们在 if 和 else 里都对其进行了赋值。
        // 因此我们可以将其传给 Text widget（该 widget 不接受空值）并且不报错。
        return Text(statusText);
    }
}

如果您移除上述任何赋值语句 (例如，删除 statusText = 'Update failed'; 一行)，则 Dart 将无法保证 statusText 非空: 您将看到一个静态错误，且代码将无法编译。您可以在 DartPad 中体验这种空安全。

• 体验空安全

  https://nullsafety.dartpad.cn/ecc0f87fa5af5cc7ff30d8bd3e3b12e2

2. 可逐步采用

空安全对于我们的类型系统而言是一项根本性的改变，因此如果我们执意强制采用，那么势必会造成严重的混乱。我们想让开发者们自行决定采用空安全的合适时机，因此空安全将是一项可选特性: 无需强制启用空安全，您也可以使用最新版本的 Dart 和 Flutter，您可以在做好相关准备后再启用空安全。您甚至可以在尚未启用空安全的应用或 package 中依赖已启用空安全的 package。

一旦您选择采用空安全，我们强烈建议按顺序迁移代码，应首先迁移依赖关系图中的子项。例如，如果 C 依赖于 B，而 B 依赖于 A，那么应首先将 A 迁移到空安全，然后再依次迁移 B 和 C。无论 A、B 和 C 是开发库、package 还是应用，该顺序都适用。

迁移顺序为何如此重要？虽然您可以在迁移依赖项之前先处理一些代码迁移工作，但如果依赖项在迁移期间更改了其 API，那么您将面临重新执行迁移的风险。进入 beta 测试版后，我们将提供工具来帮助您确定哪些依赖项已迁移。如果您是 package 的作者，那么为了避免破坏 API，请等到所有依赖项都已迁移完毕后再发布空安全版本。

依赖项准备就绪后，您便可以使用我们的迁移工具。该工具会对您所有的现有代码执行分析。迁移工具是交互式的，因此您可以查看该工具的可空性推断结果。如果您对工具给出的结论有异议，则可以添加可空性提示以更改推断。添加迁移提示有可能大幅提升迁移质量。

△ 迁移工具可帮助您以交互的方式将代码迁移到空安全

3. 彻底健全

完全迁移后，Dart 的空安全将十分健全。这意味着 Dart 在前文的示例代码中能够万无一失地确保返回变量、列表和元素不为 null。当 Dart 分析您的代码并确定某个变量不可为空时，该变量将始终不可为空: 如果您在调试程序中检查正在运行的代码，可以看到运行时会保留不可空这一状态。相比之下，某些其他语言的空安全实现则不够健全，在许多情况下仍然需要执行运行时的空检查。Dart 与 Swift 都拥有健全的空安全，但有些编程语言在这方面仍有待改进。

Dart 空安全的健全性还暗含了另一项备受关注的优势: 这意味着您的程序可以更小、更快。由于 Dart 完全能够确定不可空的变量绝不为空，因此可以做出优化。例如，Dart 的运行前 (ahead-of-time, AOT) 编译器可以生成更小更快的原生代码，因为当其知道变量不为空时，便不再需要添加空检查了。

请注意，要获得健全的空安全，您需要将整个项目以及所有依赖项都迁移到空安全。如果您的应用或依赖项有一部分尚未迁移，那么您将获得部分空安全，这会保留大多数空安全检查，但并未得到完全优化，因此不能保证应用是完全安全的。

空安全发布时间表

空安全何时可用于生产？目前的时间表如下:

1. 通过 技术预览版 2 为 Flutter 提供实验性支持: 即这次发布的版本。由于我们已经将核心 Flutter 框架成功迁移到空安全，因此您可以尝试使用空安全，以了解新的语言特性，请使用这个简单的 Flutter 示例进行体验。如果您是 package 作者，并且使用的依赖不多且已由我们完成了空安全迁移，那么您也可以开始试着进行迁移。您需要提供实验性的参数标记 (experiment flag)，不要在生产环境中使用，也不要发布任何迁移的 package。

• Flutter 空安全示例

  https://github.com/flutter/samples/tree/master/experimental/null_safety

• 实验性的参数标记

  https://dart.cn/tools/experiment-flags

2. 使用 beta 测试版 进行 package 早期迁移: 今年晚些时候，我们将完成性能调试并进行充分的测试，以确保空安全特性可以按预期运行，并且具备优秀的向后兼容性。届时，我们将发布空安全特性的 beta 测试版，您将无需再提供实验性参数标记。我们希望 package 所有者届时着手将其 package 迁移至空安全，这将帮助我们进行最后一轮验证，确保该特性已做好发布稳定版的准备。

3. 使用 稳定版 进行生产: 接下来，我们将解决来自 beta 测试版的反馈，修复所有遗留问题，然后发布稳定版。很难为此设定一个具体的时间表，但我们正在考虑于明年年初发布。空安全特性稳定后，我们希望开发者可以广泛使用空安全，将空安全应用发布到商店，并将众多空安全 package 以稳定版本的形式发布到 pub.dev。

即刻上手体验

您可以立即体验空安全！为了帮助大家快速上手，我们准备了这个空安全版 DartPad。

• 空安全版 DartPad
  https://nullsafety.dartpad.cn/

如果您想在 VS Code、Android Studio 或终端上尝试空安全，请查看 Flutter 空安全示例应用。此应用包含执行说明以及两个版本的小型天气应用: 一个版本未使用空安全且包含一些零星的空值错误，而另一个版本则使用空安全来确保这些问题得到处理。如果您希望使用全新的 Flutter 应用进行实验，则可以运行 flutter create，然后按照实验说明来启用空安全。请注意，您需要使用 dev 渠道的 Flutter SDK (1.24.0-3.0.pre 或更高版本)，因为当前的 stable 版和 beta 版 Flutter 不支持空安全。

• Flutter 空安全示例应用

  https://github.com/flutter/samples/tree/master/experimental/null_safety

• 实验说明

  https://github.com/flutter/flutter/wiki/Experimenting-with-null-safety-in-Flutter

要详细了解空安全特性的设计，请阅读新版的《深入理解空安全》文档。如果您希望通过视频短片来了解空安全，请观看在几个月前的 Flutter Day 中的空安全演讲视频。

• 腾讯视频链接
  

  https://v.qq.com/x/page/i3126s1tjww.html

• Bilibili 视频链接

  https://www.bilibili.com/video/BV1TD4y1U7ST/

• 深入理解空安全
  https://dart.cn/null-safety/understanding-null-safety
• Flutter Day
  https://space.bilibili.com/64169458/favlist?fid=1025514958

我们非常高兴为 Dart 引入健全的空安全，它是 Dart 的一项独特特性，可帮助您减少代码中的错误并获得更好的性能。我们希望您积极尝试技术预览版中的空安全特性，并通过问题反馈页面向我们提交反馈。祝大家编程愉快！

• 体验空安全特性
  https://github.com/flutter/flutter/wiki/Experimenting-with-null-safety-in-Flutter
• 提交反馈
  https://github.com/dart-lang/sdk/issues/new?title=Null%20safety%20feedback:%20[issue%20summary]&labels=NNBD&body=Describe%20the%20issue%20or%20potential%20improvement%20in%20detail%20here

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