メインコンテンツまでスキップ

JavaとKotlinにおけるNull許容性

Nullability（Null許容性）とは、変数が null 値を保持できる機能のことです。 変数が null を含む場合、その変数を間接参照しようとすると、NullPointerException が発生します。 null ポインタ例外が発生する可能性を最小限に抑えるために、さまざまな方法でコードを作成できます。

このガイドでは、nullable（Null許容）な変数の処理に対するJavaとKotlinのアプローチの違いについて説明します。 JavaからKotlinへの移行を支援し、本格的なKotlinスタイルでコードを作成するのに役立ちます。

このガイドの最初の部分では、最も重要な違いである、Kotlinでのnullable（Null許容）型（null-safety）のサポートと、KotlinがJavaコードからの型をどのように処理するかについて説明します。 2番目の部分である関数呼び出しの結果の確認からは、特定の違いを説明するために、いくつかの具体的なケースを検証します。

Kotlinのnull safety（Null安全性）についてさらに詳しく

nullable（Null許容）型のサポート​

KotlinとJavaの型システムの最も重要な違いは、Kotlinがnullable（Null許容）型を明示的にサポートしていることです。 これは、どの変数が null 値を保持できる可能性があるかを示す方法です。 変数が null になる可能性がある場合、NullPointerException が発生する可能性があるため、その変数でメソッドを呼び出すのは安全ではありません。 Kotlinはコンパイル時にそのような呼び出しを禁止し、それによって発生する可能性のある多くの例外を防ぎます。 実行時には、nullable（Null許容）型とnon-nullable（Null非許容）型のオブジェクトは同じように扱われます。 nullable（Null許容）型はnon-nullable（Null非許容）型のラッパーではありません。すべてのチェックはコンパイル時に実行されます。 つまり、Kotlinでnullable（Null許容）型を扱うためのランタイムオーバーヘッドはほとんどありません。

注記

組み込み (intrinsic) のチェックが生成されますが、オーバーヘッドは最小限です。

Javaでは、nullチェックを記述しない場合、メソッドは NullPointerException をスローする可能性があります。

// Java
int stringLength(String a) {
    return a.length();
}

void main() {
    stringLength(null); // Throws a `NullPointerException`
}

この呼び出しでは、次の出力が得られます。

java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "a" is null
    at test.java.Nullability.stringLength(Nullability.java:8)
    at test.java.Nullability.main(Nullability.java:12)
    at java.base/java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1511)
    at java.base/java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1511)

Kotlinでは、明示的にnullable（Null許容）としてマークしない限り、すべての通常の型はデフォルトでnon-nullable（Null非許容）です。 a が null になることを予期しない場合は、stringLength() 関数を次のように宣言します。

// Kotlin
fun stringLength(a: String) = a.length

パラメータ a は String 型を持ちますが、Kotlinでは、これは常に String インスタンスを含む必要があり、null を含むことはできないことを意味します。 Kotlinのnullable（Null許容）型は、疑問符 ? でマークされます（例：String?）。 コンパイラは stringLength() のすべての引数が null でないという規則を強制するため、a が String の場合、ランタイムでの NullPointerException の状況は不可能です。

null 値を stringLength(a: String) 関数に渡そうとすると、コンパイル時エラー「Null can not be a value of a non-null type String（Nullはnon-null型のStringの値になることはできません）」が発生します。

Passing null to a non-nullable function error

null を含むすべての引数でこの関数を使用する場合は、引数型の後に疑問符 String? を使用し、関数の本体内で引数の値が null でないことを確認します。

// Kotlin
fun stringLength(a: String?): Int = if (a != null) a.length else 0

チェックが正常に渡されると、コンパイラは、コンパイラがチェックを実行するスコープ内で、変数をnon-nullable（Null非許容）型 String であるかのように扱います。

このチェックを実行しないと、次のメッセージでコンパイルに失敗します。 「safe (?.) または non-nullable asserted (!!.) callsのみが、String?型のnullable receiverで許可されます。」

safe-call operator（セーフコール演算子） ?. (If-not-null shorthand)を使用して、同じことをより短く記述できます。 これにより、nullチェックとメソッド呼び出しを1つの操作に組み合わせることができます。

// Kotlin
fun stringLength(a: String?): Int = a?.length ?: 0

Platform types（プラットフォーム型）​

Javaでは、変数が null になるかどうかを示すアノテーションを使用できます。 このようなアノテーションは標準ライブラリの一部ではありませんが、個別に追加できます。 たとえば、JetBrainsのアノテーション @Nullable および @NotNull（org.jetbrains.annotationsパッケージから）、またはEclipseからのアノテーション（org.eclipse.jdt.annotation）を使用できます。 Kotlinは、KotlinコードからJavaコードを呼び出すときにこのようなアノテーションを認識し、それらのアノテーションに従って型を扱います。

Javaコードにこれらのアノテーションがない場合、KotlinはJava型を platform types（プラットフォーム型） として扱います。 ただし、Kotlinにはそのような型のnullability（Null許容性）情報がないため、コンパイラはそれらに対するすべての操作を許可します。 nullチェックを実行するかどうかを決定する必要があります。なぜなら：

  • Javaと同様に、null で操作を実行しようとすると、NullPointerException が発生します。
  • コンパイラは、non-nullable（Null非許容）型の値に対してnull-safe（Null安全）な操作を実行する場合に通常行うような、冗長なnullチェックを強調表示しません。

null safety（Null安全性）と platform types（プラットフォーム型）に関して、KotlinからJavaを呼び出すの詳細をご覧ください。

Support for definitely non-nullable types（非null型）のサポート​

Kotlinで、引数として @NotNull を含むJavaメソッドをオーバーライドする場合、Kotlinの非null型が必要です。

たとえば、Javaで次の load() メソッドを考えてみましょう。

import org.jetbrains.annotations.*;

public interface Game<T> {
  public T save(T x) {}
  @NotNull
  public T load(@NotNull T x) {}
}

Kotlinで load() メソッドを正常にオーバーライドするには、T1 を非null型（T1 & Any）として宣言する必要があります。

interface ArcadeGame<T1> : Game<T1> {
  override fun save(x: T1): T1
  // T1 is definitely non-nullable
  override fun load(x: T1 & Any): T1 & Any
}

非null型であるジェネリック型の詳細をご覧ください。

Checking the result of a function call（関数呼び出しの結果の確認）​

null をチェックする必要がある最も一般的な状況の1つは、関数呼び出しから結果を取得するときです。

次の例では、Order クラスと Customer クラスの2つのクラスがあります。 Order は Customer のインスタンスへの参照を持ちます。 findOrder() 関数は、Order クラスのインスタンスを返すか、注文が見つからない場合は null を返します。 目的は、取得した注文のcustomerインスタンスを処理することです。

Javaのクラスを以下に示します。

//Java
record Order (Customer customer) {}

record Customer (String name) {}

Javaで、関数を呼び出し、結果に対してif-not-nullチェックを実行して、必要なプロパティの間接参照に進みます。

// Java
Order order = findOrder();

if (order != null) {
    processCustomer(order.getCustomer());
}

上記のJavaコードをKotlinコードに直接変換すると、次のようになります。

// Kotlin
data class Order(val customer: Customer)

data class Customer(val name: String)

val order = findOrder()

// Direct conversion
if (order != null){
    processCustomer(order.customer)
}

標準ライブラリのスコープ関数のいずれかと組み合わせて、safe-call operator（セーフコール演算子）?. (If-not-null shorthand)を使用します。 let 関数は通常これに使用されます。

// Kotlin
val order = findOrder()

order?.let {
    processCustomer(it.customer)
}

同じものの短いバージョンを次に示します。

// Kotlin
findOrder()?.customer?.let(::processCustomer)

Default values instead of null（nullの代わりにデフォルト値）​

null のチェックは、nullチェックが成功した場合にデフォルト値を設定することと組み合わせて使用されることがよくあります。

nullチェックを使用したJavaコード：

// Java
Order order = findOrder();
if (order == null) {
    order = new Order(new Customer("Antonio"))
}

Kotlinで同じことを表現するには、Elvis operator（エルビス演算子） (If-not-null-else shorthand)を使用します。

// Kotlin
val order = findOrder() ?: Order(Customer("Antonio"))

Functions returning a value or null（値またはnullを返す関数）​

Javaでは、リスト要素を扱うときは注意が必要です。 要素を使用する前に、常にインデックスに要素が存在するかどうかを確認する必要があります。

// Java
var numbers = new ArrayList<Integer>();
numbers.add(1);
numbers.add(2);

System.out.println(numbers.get(0));
//numbers.get(5) // Exception!

Kotlin標準ライブラリは、null 値を返す可能性があるかどうかを示す名前の関数を提供することがよくあります。 これは、コレクションAPIで特に一般的です。

fun main() {

    // Kotlin
    // The same code as in Java:
    val numbers = listOf(1, 2)
    
    println(numbers[0])  // Can throw IndexOutOfBoundsException if the collection is empty
    //numbers.get(5)     // Exception!

    // More abilities:
    println(numbers.firstOrNull())
    println(numbers.getOrNull(5)) // null

}

Aggregate operations（集約操作）​

最大の要素を取得するか、要素がない場合は null を取得する必要がある場合、JavaではStream APIを使用します。

// Java
var numbers = new ArrayList<Integer>();
var max = numbers.stream().max(Comparator.naturalOrder()).orElse(null);
System.out.println("Max: " + max);

Kotlinでは、集約操作を使用します。

// Kotlin
val numbers = listOf<Int>()
println("Max: ${numbers.maxOrNull()}")

JavaとKotlinのコレクションの詳細をご覧ください。

Casting types safely（型を安全にキャストする）​

型を安全にキャストする必要がある場合、Javaでは instanceof 演算子を使用し、その動作を確認します。

// Java
int getStringLength(Object y) {
    return y instanceof String x ? x.length() : -1;
}

void main() {
    System.out.println(getStringLength(1)); // Prints `-1`
}

Kotlinで例外を回避するには、safe cast operator（安全なキャスト演算子） as? を使用します。これは、失敗した場合は null を返します。

// Kotlin
fun main() {
    println(getStringLength(1)) // Prints `-1`
}

fun getStringLength(y: Any): Int {
    val x: String? = y as? String // null
    return x?.length ?: -1 // Returns -1 because `x` is null
}
注記

上記のJavaの例では、関数 getStringLength() はプリミティブ型 int の結果を返します。 null を返すようにするには、boxed（ボックス化された）型 Integer を使用できます。 ただし、そのような関数が負の値を返し、その値をチェックする方がリソース効率が高くなります。 いずれにしてもチェックを実行しますが、追加のボックス化は実行されません。

What's next?（次に何をしますか？）​

お気に入りのイディオムがある場合は、プルリクエストを送信して、ぜひ共有してください。