Try 與錯(cuò)誤處理

當(dāng)你在嘗試一門新的語(yǔ)言時(shí)，可能不會(huì)過(guò)于關(guān)注程序出錯(cuò)的問(wèn)題， 但當(dāng)真的去創(chuàng)造可用的代碼時(shí)，就不能再忽視代碼中的可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤和異常了。 鑒于各種各樣的原因，人們往往低估了語(yǔ)言對(duì)錯(cuò)誤處理支持程度的重要性。

事實(shí)會(huì)表明，Scala 能夠很優(yōu)雅的處理此類問(wèn)題， 這一部分，我會(huì)介紹 Scala 基于 Try 的錯(cuò)誤處理機(jī)制，以及這背后的原因。 我將使用一個(gè)在 Scala 2.10 新引入的特性，該特性向 2.9.3 兼容， 因此，請(qǐng)確保你的 Scala 版本不低于 2.9.3。

異常的拋出和捕獲

在介紹 Scala 錯(cuò)誤處理的慣用法之前，我們先看看其他語(yǔ)言（如，Java，Ruby）的錯(cuò)誤處理機(jī)制。 和這些語(yǔ)言類似，Scala 也允許你拋出異常：

case class Customer(age: Int)
class Cigarettes
case class UnderAgeException(message: String) extends Exception(message)
def buyCigarettes(customer: Customer): Cigarettes =
  if (customer.age < 16)
    throw UnderAgeException(s"Customer must be older than 16 but was ${customer.age}")
  else new Cigarettes

被拋出的異常能夠以類似 Java 中的方式被捕獲，雖然是使用偏函數(shù)來(lái)指定要處理的異常類型。 此外，Scala 的 try/catch 是表達(dá)式（返回一個(gè)值），因此下面的代碼會(huì)返回異常的消息：

val youngCustomer = Customer(15)
try {
  buyCigarettes(youngCustomer)
  "Yo, here are your cancer sticks! Happy smokin'!"
} catch {
    case UnderAgeException(msg) => msg
}

函數(shù)式的錯(cuò)誤處理

現(xiàn)在，如果代碼中到處是上面的異常處理代碼，那它很快就會(huì)變得丑陋無(wú)比，和函數(shù)式程序設(shè)計(jì)非常不搭。 對(duì)于高并發(fā)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這也是一個(gè)很差勁的解決方式，比如， 假設(shè)需要處理在其他線程執(zhí)行的 actor 所引發(fā)的異常，顯然你不能用捕獲異常這種處理方式， 你可能會(huì)想到其他解決方案，例如去接收一個(gè)表示錯(cuò)誤情況的消息。

一般來(lái)說(shuō)，在 Scala 中，好的做法是通過(guò)從函數(shù)里返回一個(gè)合適的值來(lái)通知人們程序出錯(cuò)了。 別擔(dān)心，我們不會(huì)回到 C 中那種需要使用按約定進(jìn)行檢查的錯(cuò)誤編碼的錯(cuò)誤處理。 相反，Scala 使用一個(gè)特定的類型來(lái)表示可能會(huì)導(dǎo)致異常的計(jì)算，這個(gè)類型就是 Try。

Try 的語(yǔ)義

解釋 Try 最好的方式是將它與上一章所講的 Option 作對(duì)比。

Option[A] 是一個(gè)可能有值也可能沒(méi)值的容器， Try[A] 則表示一種計(jì)算： 這種計(jì)算在成功的情況下，返回類型為 A 的值，在出錯(cuò)的情況下，返回 Throwable 。 這種可以容納錯(cuò)誤的容器可以很輕易的在并發(fā)執(zhí)行的程序之間傳遞。

Try 有兩個(gè)子類型：

1. Success[A]：代表成功的計(jì)算。
2. 封裝了 Throwable 的 Failure[A]：代表出了錯(cuò)的計(jì)算。

如果知道一個(gè)計(jì)算可能導(dǎo)致錯(cuò)誤，我們可以簡(jiǎn)單的使用 Try[A] 作為函數(shù)的返回類型。 這使得出錯(cuò)的可能性變得很明確，而且強(qiáng)制客戶端以某種方式處理出錯(cuò)的可能。

假設(shè)，需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)頁(yè)爬取器：用戶能夠輸入想爬取的網(wǎng)頁(yè) URL， 程序就需要去分析 URL 輸入，并從中創(chuàng)建一個(gè) java.net.URL ：

import scala.util.Try
import java.net.URL
def parseURL(url: String): Try[URL] = Try(new URL(url))

正如你所看到的，函數(shù)返回類型為 Try[URL]： 如果給定的 url 語(yǔ)法正確，這將是 Success[URL]， 否則， URL 構(gòu)造器會(huì)引發(fā) MalformedURLException ，從而返回值變成 Failure[URL] 類型。

上例中，我們還用了 Try 伴生對(duì)象里的 apply 工廠方法，這個(gè)方法接受一個(gè)類型為 A 的 傳名參數(shù)， 這意味著， new URL(url) 是在 Try 的 apply 方法里執(zhí)行的。

apply 方法不會(huì)捕獲任何非致命的異常，僅僅返回一個(gè)包含相關(guān)異常的 Failure 實(shí)例。

因此， parseURL("http://danielwestheide.com") 會(huì)返回一個(gè) Success[URL] ，包含了解析后的網(wǎng)址， 而 parseULR("garbage") 將返回一個(gè)含有 MalformedURLException 的 Failure[URL]。

使用 Try

使用 Try 與使用 Option 非常相似，在這里你看不到太多新的東西。

你可以調(diào)用 isSuccess 方法來(lái)檢查一個(gè) Try 是否成功，然后通過(guò) get 方法獲取它的值， 但是，這種方式的使用并不多見(jiàn)，因?yàn)槟憧梢杂?getOrElse 方法給 Try 提供一個(gè)默認(rèn)值：

val url = parseURL(Console.readLine("URL: ")) getOrElse new URL("http://duckduckgo.com")

如果用戶提供的 URL 格式不正確，我們就使用 DuckDuckGo 的 URL 作為備用。

鏈?zhǔn)讲僮?/h4>

Try 最重要的特征是，它也支持高階函數(shù)，就像 Option 一樣。 在下面的示例中，你將看到，在 Try 上也進(jìn)行鏈?zhǔn)讲僮鳎东@可能發(fā)生的異常，而且代碼可讀性不錯(cuò)。

Mapping 和 Flat Mapping

將一個(gè)是 Success[A] 的 Try[A] 映射到 Try[B] 會(huì)得到 Success[B] 。 如果它是 Failure[A] ，就會(huì)得到 Failure[B] ，而且包含的異常和 Failure[A] 一樣。

parseURL("http://danielwestheide.com").map(_.getProtocol)
// results in Success("http")
parseURL("garbage").map(_.getProtocol)
// results in Failure(java.net.MalformedURLException: no protocol: garbage)

如果鏈接多個(gè) map 操作，會(huì)產(chǎn)生嵌套的 Try 結(jié)構(gòu)，這并不是我們想要的。 考慮下面這個(gè)返回輸入流的方法：

import java.io.InputStream
def inputStreamForURL(url: String): Try[Try[Try[InputStream]]] ` parseURL(url).map { u `>
 Try(u.openConnection()).map(conn => Try(conn.getInputStream))
}

由于每個(gè)傳遞給 map 的匿名函數(shù)都返回 Try，因此返回類型就變成了 Try[Try[Try[InputStream]]] 。

這時(shí)候， flatMap 就派上用場(chǎng)了。 Try[A] 上的 flatMap 方法接受一個(gè)映射函數(shù)，這個(gè)函數(shù)類型是 (A) => Try[B]。 如果我們的 Try[A] 已經(jīng)是 Failure[A] 了，那么里面的異常就直接被封裝成 Failure[B] 返回， 否則， flatMap 將 Success[A] 里面的值解包出來(lái)，并通過(guò)映射函數(shù)將其映射到 Try[B] 。

這意味著，我們可以通過(guò)鏈接任意個(gè) flatMap 調(diào)用來(lái)創(chuàng)建一條操作管道，將值封裝在 Success 里一層層的傳遞。

現(xiàn)在讓我們用 flatMap 來(lái)重寫先前的例子：

def inputStreamForURL(url: String): Try[InputStream] =
 parseURL(url).flatMap { u =>
   Try(u.openConnection()).flatMap(conn => Try(conn.getInputStream))
 }

這樣，我們就得到了一個(gè) Try[InputStream]， 它可以是一個(gè) Failure，包含了在 flatMap 過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常； 也可以是一個(gè) Success，包含了最后的結(jié)果。

過(guò)濾器和 foreach

當(dāng)然，你也可以對(duì) Try 進(jìn)行過(guò)濾，或者調(diào)用 foreach ，既然已經(jīng)學(xué)過(guò) Option，對(duì)于這兩個(gè)方法也不會(huì)陌生。

當(dāng)一個(gè) Try 已經(jīng)是 Failure 了，或者傳遞給它的謂詞函數(shù)返回假值，filter 就返回 Failure （如果是謂詞函數(shù)返回假值，那 Failure 里包含的異常是 NoSuchException ）， 否則的話， filter 就返回原本的那個(gè) Success ，什么都不會(huì)變：

def parseHttpURL(url: String) ` parseURL(url).filter(_.getProtocol `= "http")
parseHttpURL("http://apache.openmirror.de") // results in a Success[URL]
parseHttpURL("ftp://mirror.netcologne.de/apache.org") // results in a Failure[URL]

當(dāng)一個(gè) Try 是 Success 時(shí)， foreach 允許你在被包含的元素上執(zhí)行副作用， 這種情況下，傳遞給 foreach 的函數(shù)只會(huì)執(zhí)行一次，畢竟 Try 里面只有一個(gè)元素：

 parseHttpURL("http://danielwestheide.com").foreach(println)

當(dāng) Try 是 Failure 時(shí)， foreach 不會(huì)執(zhí)行，返回 Unit 類型。

for 語(yǔ)句中的 Try

既然 Try 支持 flatMap 、 map 、 filter ，能夠使用 for 語(yǔ)句也是理所當(dāng)然的事情， 而且這種情況下的代碼更可讀。 為了證明這一點(diǎn)，我們來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)返回給定 URL 的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容的函數(shù)：

import scala.io.Source
def getURLContent(url: String): Try[Iterator[String]] =
  for {
   url <- parseURL(url)
   connection <- Try(url.openConnection())
   is <- Try(connection.getInputStream)
   source = Source.fromInputStream(is)
  } yield source.getLines()

這個(gè)方法中，有三個(gè)可能會(huì)出錯(cuò)的地方，但都被 Try 給涵蓋了。 第一個(gè)是我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的 parseURL 方法， 只有當(dāng)它是一個(gè) Success[URL] 時(shí)，我們才會(huì)嘗試打開連接，從中創(chuàng)建一個(gè)新的 InputStream 。 如果這兩步都成功了，我們就 yield 出網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容，得到的結(jié)果是 Try[Iterator[String]] 。

當(dāng)然，你可以使用 Source#fromURL 簡(jiǎn)化這個(gè)代碼，并且，這個(gè)代碼最后沒(méi)有關(guān)閉輸入流， 這都是為了保持例子的簡(jiǎn)單性，專注于要講述的主題。

在這個(gè)例子中，Source#fromURL可以這樣用：

import scala.io.Source
def getURLContent(url: String): Try[Iterator[String]] =
  for {
    url <- parseURL(url)
    source = Source.fromURL(url)
  } yield source.getLines()

用 is.close() 可以關(guān)閉輸入流。

模式匹配

代碼往往需要知道一個(gè) Try 實(shí)例是 Success 還是 Failure，這時(shí)候，你應(yīng)該想到模式匹配， 也幸好， Success 和 Failure 都是樣例類。

接著上面的例子，如果網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容能順利提取到，我們就展示它，否則，打印一個(gè)錯(cuò)誤信息：

import scala.util.Success
import scala.util.Failure
getURLContent("http://danielwestheide.com/foobar") match {
  case Success(lines) => lines.foreach(println)
  case Failure(ex) => println(s"Problem rendering URL content: ${ex.getMessage}")
}

從故障中恢復(fù)

如果想在失敗的情況下執(zhí)行某種動(dòng)作，沒(méi)必要去使用 getOrElse， 一個(gè)更好的選擇是 recover ，它接受一個(gè)偏函數(shù)，并返回另一個(gè) Try。 如果 recover 是在 Success 實(shí)例上調(diào)用的，那么就直接返回這個(gè)實(shí)例，否則就調(diào)用偏函數(shù)。 如果偏函數(shù)為給定的 Failure 定義了處理動(dòng)作， recover 會(huì)返回 Success ，里面包含偏函數(shù)運(yùn)行得出的結(jié)果。

下面是應(yīng)用了 recover 的代碼：

import java.net.MalformedURLException
import java.io.FileNotFoundException
val content = getURLContent("garbage") recover {
  case e: FileNotFoundException => Iterator("Requested page does not exist")
  case e: MalformedURLException => Iterator("Please make sure to enter a valid URL")
  case _ => Iterator("An unexpected error has occurred. We are so sorry!")
}

現(xiàn)在，我們可以在返回值 content 上安全的使用 get 方法了，因?yàn)樗欢ㄊ且粋€(gè) Success。 調(diào)用 content.get.foreach(println) 會(huì)打印 Please make sure to enter a valid URL。

總結(jié)

Scala 的錯(cuò)誤處理和其他范式的編程語(yǔ)言有很大的不同。 Try 類型可以讓你將可能會(huì)出錯(cuò)的計(jì)算封裝在一個(gè)容器里，并優(yōu)雅的去處理計(jì)算得到的值。 并且可以像操作集合和 Option 那樣統(tǒng)一的去操作 Try。

Try 還有其他很多重要的方法，鑒于篇幅限制，這一章并沒(méi)有全部列出，比如 orElse 方法， transform 和 recoverWith 也都值得去看。

下一章，我們會(huì)探討 Either，另外一種可以代表計(jì)算的類型，但它的可使用范圍要比 Try 大的多。