Null trong Dart: từ dynamic invocation đến null safety

Trong Dart, null không chỉ là ký hiệu cho absence of value. Bản thân nó là một value có type Null. Chi tiết tưởng chừng nhỏ này lại mở ra một câu chuyện thú vị về type system của Dart, cơ chế dynamic invocation và sự thay đổi của ngôn ngữ kể từ khi null safety xuất hiện.

Trong Java, null có thể được assign cho một variable có reference type. C# cũng cho phép điều tương tự khi nullable reference types chưa được enable hoặc compiler chỉ phát warning:

String value = null;
value.length(); // Throws NullPointerException.

Khi invoke một instance member thông qua null reference, Java sẽ throw NullPointerException, còn C# sẽ throw NullReferenceException. Dart trước null safety có cùng rủi ro ở runtime, nhưng type hierarchy và cách xử lý member invocation có một số điểm đáng chú ý hơn.

💠 1. Trước null safety: Null là bottom type

Trước Dart 2.12, Null được xem là bottom type, tức subtype của mọi type khác. Vì vậy, null có thể được assign cho một variable thuộc bất kỳ type nào:

String value = null;

value.toString(); // Returns "null".
value.hashCode;   // Valid.
value.length;     // Throws NoSuchMethodError.

Đoạn code vẫn pass compile-time checking vì static type của value là String, mà String có getter length. Tuy nhiên, runtime value của nó lại là null.

Class Null khai báo toString() và hashCode, nên các member access tương ứng vẫn valid ở runtime. Ngược lại, Null không có getter length. Khi member lookup không tìm thấy member này trên runtime receiver, invocation kết thúc bằng NoSuchMethodError.

Điểm mấu chốt: type system cũ cho phép null flow vào một expression có static type không phản ánh khả năng null. Vì thế, code đã pass compile-time checking vẫn có thể fail khi runtime thực hiện member lookup.

1.1. Nếu Null không implement Object, == đến từ đâu?

Trong type hierarchy của Dart, Null là class duy nhất không implement Object. Declaration hiện tại của Null trong dart:core chỉ trực tiếp khai báo hashCode và toString(), không khai báo operator ==.

Equality expression là một special case trong language semantics, không phải một method invocation luôn được dispatch đến Null.operator ==:

null == null;   // true
null == '123';  // false
'123' == null;  // false

Theo Dart Language Specification, nếu một trong hai operand là null, expression trả về true chỉ khi cả hai đều là null. Chỉ khi cả hai operand đều non-null thì Dart mới invoke operator == trên operand bên trái. Vì vậy, null == '123' trả về false mà không cần lookup operator == trên Null.

💠 2. noSuchMethod và dynamic invocation

Class Object khai báo method noSuchMethod(Invocation). Khi một dynamic invocation không resolve được member tương ứng, runtime tạo một Invocation tương ứng rồi dispatch đến noSuchMethod:

dynamic object = 42;
object.someMethod(); // Throws NoSuchMethodError.

Default implementation của Object.noSuchMethod sẽ throw NoSuchMethodError. Một class có thể override method này để handle invocation theo cách riêng. Các mocking library như Mockito và Mocktail tận dụng cơ chế này để stub và verify invocation trên mock object.

noSuchMethod thường được nhắc cùng dynamic vì member access trên receiver có static type dynamic không được check tại compile time. Ví dụ trên pass analyzer, nhưng chỉ đến runtime chương trình mới phát hiện int không có someMethod().

dynamic không disable toàn bộ type system. Nó chỉ defer một phần static checking của các expression liên quan sang runtime. Cơ chế này hữu ích khi làm việc với JSON có dynamic shape, legacy API hoặc một số interop API. Tuy vậy, application code hiện đại nên đưa data về một static type cụ thể càng sớm càng tốt.

Đây là một dấu vết cho thấy Dart từng mang nhiều đặc trưng của một dynamic language, dù bản thân nó vẫn có static type system.

💠 3. Từ Dart 2.12: nullable type và non-nullable type được tách biệt

Dart 2.12 giới thiệu sound null safety. Trong library đã opt in null safety, String không còn accept null. Một String variable có thể chứa null phải dùng type String?:

String? maybeString = null;

maybeString.length;     // Compile-time error.
maybeString.hashCode;   // Valid.
maybeString.toString(); // Valid.

length bị compiler reject vì maybeString có thể là null. Tùy intent, ta có thể narrow bằng promotion, dùng null-aware access hoặc áp dụng null assertion:

if (maybeString != null) {
  maybeString.length; // Promoted to String.
}

maybeString?.length;  // Returns int?.
maybeString!.length;  // Throws if maybeString is null.

Null assertion ! không làm code “an toàn hơn”. Nó khẳng định với runtime rằng value chắc chắn khác null và sẽ throw nếu giả định đó sai. Vì vậy, promotion hoặc ?. thường communicate intent rõ ràng hơn khi phù hợp với bài toán.

3.1. Vì sao nullable value vẫn gọi được toString()?

Tài liệu Understanding null safety mô tả String? bằng một mental model gần với union giữa String và Null:

String? ≈ String | Null

Đây chỉ là mental model, không phải syntax cho general-purpose union type trong Dart. Với một expression có type String?, compiler cho phép access trực tiếp toString() và hashCode, vì chúng vẫn valid khi value là null. Equality được xử lý riêng theo language semantics đã giải thích ở trên, nên comparison với null cũng valid.

String? maybeString = null;

maybeString.hashCode;   // Valid.
maybeString.toString(); // Valid; returns "null".
maybeString == null;    // Valid; evaluates to true.

Trong khi đó, length chỉ tồn tại trên String, nên expression sau bị reject ngay tại compile time:

maybeString.length; // Compile-time error.

Đây chính là mục tiêu của null safety: unsafe member access trên null được catch tại compile time, thay vì chờ đến runtime.

3.2. Never thay thế Null làm bottom type

Sau khi null safety được giới thiệu, Null không còn là subtype của mọi type. Nó vẫn là subtype của các nullable type như String?, nhưng không phải subtype của non-nullable type như String.

Vai trò bottom type được chuyển cho Never. Một expression có type Never không thể complete normally hoặc return một value. Ví dụ điển hình là một function luôn throw exception:

Never fail(String message) {
  throw StateError(message);
}

Nhờ đó, type hierarchy vẫn có một bottom type phục vụ type inference và flow analysis. Các non-nullable type không vì thế mà phải chấp nhận null.

💠 4. So sánh với một số ngôn ngữ khác

null trong Dart có nét tương đồng với nil của Ruby và None của Python: nil là instance duy nhất của NilClass, còn None là instance duy nhất của NoneType. Tuy nhiên, Ruby và Python là dynamically typed, nên việc handle nil và None chủ yếu diễn ra tại runtime. Null-safe Dart đưa phần lớn checking này vào static type system.

Các functional languages thường model absence of value bằng một algebraic data type (ADT) riêng:

• Scala có Option. Scala 3 còn hỗ trợ union type và có thể biểu diễn nullable type bằng String | Null khi bật Explicit Nulls.
• F# và OCaml có option.
• Haskell có Maybe.

Option và Maybe encode absence of value ngay trong type, thường được xử lý bằng pattern matching, fold hoặc combinator phù hợp. Nullable type cũng theo đuổi mục tiêu đó, dù model và API cụ thể khác nhau.

💠 5. Kết luận

Lịch sử của Null phản ánh khá rõ quá trình Dart siết chặt type system:

• Trước Dart 2.12, Null là bottom type. null có thể flow vào hầu hết mọi type và một số lỗi chỉ xuất hiện khi runtime thực hiện member lookup.
• Dart 2.12 giới thiệu sound null safety, phân biệt nullable và non-nullable type tại compile time. Never trở thành bottom type.
• dynamic, noSuchMethod, Invocation và class Null vẫn tồn tại, nhưng chúng nằm trong một type system chặt chẽ hơn.

Declaration sau trông rất ngắn:

String? maybeString = null;

Nhưng phía sau nó là cả một design choice quan trọng về nullability:

Absence of value phải được encode trong type và được handle explicitly, thay vì trở thành một runtime error bất ngờ.