怎么利用Either和Option進行函數(shù)式錯誤處理

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在 Java 中，錯誤的處理在傳統(tǒng)上由異常以及創(chuàng)建和傳播異常的語言支持進行。但是，如果不存在結(jié)構(gòu)化異常處理又如何呢？許多函數(shù)式語言不支持異常范式，所以它們必須找到表達錯誤條件的替代方式。在本文中，我將演示 Java 中類型安全的錯誤處理機制，該機制繞過正常的異常傳播機制（并通過 Functional Java 框架的一些示例協(xié)助說明）。

函數(shù)式錯誤處理

如果您想在 Java 中不使用異常來處理錯誤，最根本的障礙是語言的限制，因為方法只能返回單個值。但是，當(dāng)然，方法可以返回單個 Object（或子類）引用，其中可包含多個值。那么，我可以使用一個 Map 來啟用多個返回值。請看看清單 1 中的 pide() 方法：

清單 1. 使用 Map 處理多個返回值

public static Map pide(int x, int y) {Map result = new HashMap();if (y == 0)result.put("exception", new Exception("p by zero"));elseresult.put("answer", (double) x / y);return result;}

在清單 1 中，我創(chuàng)建了一個 Map，以 String 為鍵，并以 Object 為值。在 pide() 方法中，我輸出 exception 來表示失敗，或者輸出 answer 來表示成功。清單 2 中對兩種模式都進行了測試：

清單 2. 使用 Map 測試成功與失敗

@Testpublic void maps_success() {Map result = RomanNumeralParser.pide(4, 2);assertEquals(2.0, (Double) result.get("answer"), 0.1);}@Testpublic void maps_failure() {Map result = RomanNumeralParser.pide(4, 0);assertEquals("p by zero", ((Exception) result.get("exception")).getMessage());}

在清單 2 中，maps_success 測試驗證在返回的 Map 中是否存在正確的條目。maps_failure 測試檢查異常情況。

這種方法有一些明顯的問題。首先，Map 中的結(jié)果無論如何都不是類型安全的，它禁用了編譯器捕獲特定錯誤的能力。鍵的枚舉可以略微改善這種情況，但效果不大。其次，該方法調(diào)用器并不知道方法調(diào)用是否成功，這加重了調(diào)用程序的負擔(dān)，它要檢查可能結(jié)果的詞典。第三，沒有什么能阻止這兩個鍵都有值，這使得結(jié)果模棱兩可。

我需要的是一種讓我能夠以類型安全的方式返回兩個（或多個）值的機制。

Either 類

返回兩個不同值的需求經(jīng)常出現(xiàn)在函數(shù)式語言中，用來模擬這種行為的一個常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是 Either 類。在 Java 中，我可以使用泛型創(chuàng)建一個簡單的 Either 類，如清單 3 所示：

清單 3. 通過 Either 類返回兩個（類型安全的）值

public class Either {private A left = null;private B right = null;private Either(A a,B b) {left = a;right = b;}public static Either left(A a) {return new Either(a,null);}public A left() {return left;}public boolean isLeft() {return left != null;}public boolean isRight() {return right != null;}public B right() {return right;}public static Either right(B b) {return new Either(null,b);}public void fold(F leftOption, F rightOption) {if(right == null)leftOption.f(left);elserightOption.f(right);}}

在清單 3中，Either 旨在保存一個 left 或 right 值（但從來都不會同時保存這兩個值）。該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被稱為不相交并集。一些基于 C 的語言包含 union 數(shù)據(jù)類型，它可以保存含若干種不同類型的一個實例。不相交并集的槽可以保存兩種類型，但只保存其中一種類型的一個實例。Either 類有一個 private 構(gòu)造函數(shù)，使構(gòu)造成為靜態(tài)方法 left(A a) 或 right(B b) 的責(zé)任。在類中的其他方法是輔助程序，負責(zé)檢索和調(diào)研類的成員。

利用 Either，我可以編寫代碼來返回異?；?一個合法結(jié)果（但從來都不會同時返回兩種結(jié)果），同時保持類型安全。常見的函數(shù)式約定是 Either 類的 left 包含異常（如有），而 right 包含結(jié)果。

解析羅馬數(shù)字

我有一個名為 RomanNumeral 的類（我將其實現(xiàn)留給讀者去想象）和一個名為 RomanNumeralParser 的類，該類調(diào)用 RomanNumeral 類。parseNumber() 方法和說明性測試如清單 4 所示：

清單 4. 解析羅馬數(shù)字

public static Either parseNumber(String s) {if (! s.matches("[IVXLXCDM]+"))return Either.left(new Exception("Invalid Roman numeral"));elsereturn Either.right(new RomanNumeral(s).toInt());}@Testpublic void parsing_success() {Either result = RomanNumeralParser.parseNumber("XLII");assertEquals(Integer.valueOf(42), result.right());}@Testpublic void parsing_failure() {Either result = RomanNumeralParser.parseNumber("FOO");assertEquals(INVALID_ROMAN_NUMERAL, result.left().getMessage());}

在清單 4 中，parseNumber() 方法執(zhí)行一個驗證（用于顯示錯誤），將錯誤條件放置在 Either 的 left 中，或?qū)⒔Y(jié)果放在它的 right中。單元測試中顯示了這兩種情況。

比起到處傳遞 Map，這是一個很大的改進。我保持類型安全（請注意，我可以按自己喜歡使異常盡量具體）；在通過泛型的方法聲明中，錯誤是明顯的；返回的結(jié)果帶有一個額外的間接級別，可以解壓 Either 的結(jié)果（是異常還是答案）。額外的間接級別支持惰性。

惰性解析和 Functional Java

Either 類出現(xiàn)在許多函數(shù)式算法中，并且在函數(shù)式世界中如此之常見，以致 Functional Java 框架（參閱參考資料）也包含了一個 Either 實現(xiàn)，該實現(xiàn)將在清單 3 和清單 4 的示例中使用。但它的目的就是與其他 Functional Java 構(gòu)造配合使用。因此，我可以結(jié)合使用 Either 和 Functional Java 的 P1 類來創(chuàng)建惰性錯誤評估。惰性表達式是一個按需執(zhí)行的表達式（參閱參考資料）。

在 Functional Java 中，P1 類是一個簡單的包裝器，包括名為 _1() 的方法，該方法不帶任何參數(shù)。（其他變體：P2 和 P3 等，包含多種方法。）P1 在 Functional Java 中用于傳遞一個代碼塊，而不執(zhí)行它，使您能夠在自己選擇的上下文中執(zhí)行代碼。

在 Java 中，只要您 throw 一個異常，異常就會被實例化。通過返回一個惰性評估的方法，我可以將異常創(chuàng)建推遲到以后。請看看清單 5 中的示例及相關(guān)測試：