编程的智慧（二）
编程的智慧（一）
正确处理错误
使用有两个分支的if语句，只是我的代码可以达到无懈可击的其中一个原因。这样写if语句的思路，其实包含了使代码可靠的一种通用思想：穷举所有的情况，不漏掉任何一个。
程序的绝大部分功能，是进行信息处理。从一堆纷繁复杂，模棱两可的信息中，排除掉绝大部分“干扰信息”，找到自己需要的那一个。正确地对所有的“可能性”进行推理，就是写出无懈可击代码的核心思想。这一节我来讲一讲，如何把这种思想用在错误处理上。
错误处理是一个古老的问题，可是经过了几十年，还是很多人没搞明白。Unix的系统API手册，一般都会告诉你可能出现的返回值和错误信息。比如，Linux的系统调用手册里面有如下内容：
RETURN VALUE On success, the number of bytes read is returned... On error, -1 is returned, and errno is set appropriately.ERRORS EAGAIN, EBADF, EFAULT, EINTR, EINVAL, ...
很多初学者，都会忘记检查read的返回值是否为-1，觉得每次调用read都得检查返回值真繁琐，不检查貌似也相安无事。这种想法其实是很危险的。如果函数的返回值告诉你，要么返回一个正数，表示读到的数据长度，要么返回-1，那么你就必须要对这个-1作出相应的，有意义的处理。千万不要以为你可以忽视这个特殊的返回值，因为它是一种“可能性”。代码漏掉任何一种可能出现的情况，都可能产生意想不到的灾难性结果。
对于Java来说，这相对方便一些。Java的函数如果出现问题，一般通过异常（exception）来表示。你可以把异常加上函数本来的返回值，看成是一个“union类型”。比如：
String foo() throws MyException {
...
}这里MyException是一个错误返回。你可以认为这个函数返回一个union类型：{String, MyException}。任何调用foo的代码，必须对MyException作出合理的处理，才有可能确保程序的正确运行。Union类型是一种相当先进的类型，目前只有极少数语言（比如Typed Racket）具有这种类型，我在这里提到它，只是为了方便解释概念。掌握了概念之后，你其实可以在头脑里实现一个union类型系统，这样使用普通的语言也能写出可靠的代码。
由于Java的类型系统强制要求函数在类型里面声明可能出现的异常，而且强制调用者处理可能出现的异常，所以基本上不可能出现由于疏忽而漏掉的情况。但有些Java程序员有一种恶习，使得这种安全机制几乎完全失效。每当编译器报错，说“你没有catch这个foo函数可能出现的异常”时，有些人想都不想，直接把代码改成这样：
try {
foo();
} catch (Exception e) {}或者最多在里面放个log，或者干脆把自己的函数类型上加上throws Exception，这样编译器就不再抱怨。这些做法貌似很省事，然而都是错误的，你终究会为此付出代价。
如果你把异常catch了，忽略掉，那么你就不知道foo其实失败了。这就像开车时看到路口写着“前方施工，道路关闭”，还继续往前开。这当然迟早会出问题，因为你根本不知道自己在干什么。
catch异常的时候，你不应该使用Exception这么宽泛的类型。你应该正好catch可能发生的那种异常A。使用宽泛的异常类型有很大的问题，因为它会不经意的catch住另外的异常（比如B）。你的代码逻辑是基于判断A是否出现，可你却catch所有的异常（Exception类），所以当其它的异常B出现的时候，你的代码就会出现莫名其妙的问题，因为你以为A出现了，而其实它没有。这种bug，有时候甚至使用debugger都难以发现。
如果你在自己函数的类型加上throws Exception，那么你就不可避免的需要在调用它的地方处理这个异常，如果调用它的函数也写着throws Exception，这毛病就传得更远。我的经验是，尽量在异常出现的当时就作出处理。否则如果你把它返回给你的调用者，它也许根本不知道该怎么办了。
另外，try { ... } catch里面，应该包含尽量少的代码。比如，如果foo和bar都可能产生异常A，你的代码应该尽可能写成：
try {
foo();
} catch (A e) {...}
try {
bar();
} catch (A e) {...}而不是
try {
foo();
bar();
} catch (A e) {...}第一种写法能明确的分辨是哪一个函数出了问题，而第二种写法全都混在一起。明确的分辨是哪一个函数出了问题，有很多的好处。比如，如果你的catch代码里面包含log，它可以提供给你更加精确的错误信息，这样会大大地加速你的调试过程。
正确处理null指针
穷举的思想是如此的有用，依据这个原理，我们可以推出一些基本原则，它们可以让你无懈可击的处理null指针。
首先你应该知道，许多语言（C，C++，Java，C#，……）的类型系统对于null的处理，其实是完全错误的。这个错误源自于最早的设计，Hoare把这个错误称为自己的“”，因为由于它所产生的财产和人力损失，远远超过十亿美元。
这些语言的类型系统允许null出现在任何对象（指针）类型可以出现的地方，然而null其实根本不是一个合法的对象。它不是一个String，不是一个Integer，也不是一个自定义的类。null的类型本来应该是NULL，也就是null自己。根据这个基本观点，我们推导出以下原则：
尽量不要产生null指针。尽量不要用null来初始化变量，函数尽量不要返回null。如果你的函数要返回“没有”，“出错了”之类的结果，尽量使用Java的异常机制。虽然写法上有点别扭，然而Java的异常，和函数的返回值合并在一起，基本上可以当成union类型来用。比如，如果你有一个函数find，可以帮你找到一个String，也有可能什么也找不到，你可以这样写：
public String find() throws NotFoundException { if (...) { return ...; } else { throw new NotFoundException(); } }Java的类型系统会强制你catch这个NotFoundException，所以你不可能像漏掉检查null一样，漏掉这种情况。Java的异常也是一个比较容易滥用的东西，不过我已经在上一节告诉你如何正确的使用异常。
Java的try...catch语法相当的繁琐和蹩脚，所以如果你足够小心的话，像
find这类函数，也可以返回null来表示“没找到”。这样稍微好看一些，因为你调用的时候不必用try...catch。很多人写的函数，返回null来表示“出错了”，这其实是对null的误用。“出错了”和“没有”，其实完全是两码事。“没有”是一种很常见，正常的情况，比如查哈希表没找到，很正常。“出错了”则表示罕见的情况，本来正常情况下都应该存在有意义的值，偶然出了问题。如果你的函数要表示“出错了”，应该使用异常，而不是null。不要catch NullPointerException。有些人写代码很nice，他们喜欢“容错”。首先他们写一些函数，这些函数里面不大小心，没检查null指针：
void foo() { String found = find(); int len = found.length(); ... }当foo调用产生了异常，他们不管三七二十一，就把调用的地方改成这样：
try { foo(); } catch (Exception e) { ... }这样当found是null的时候，NullPointerException就会被捕获并且得到处理。这其实是很错误的作法。首先，上一节已经提到了，
catch (Exception e)这种写法是要绝对避免的，因为它捕获所有的异常，包括NullPointerException。这会让你意外地捕获try语句里面出现的NullPointerException，从而把代码的逻辑搅得一塌糊涂。另外就算你写成
catch (NullPointerException e)也是不可以的。由于foo的内部缺少了null检查，才出现了NullPointerException。现在你不对症下药，倒把每个调用它的地方加上catch，以后你的生活就会越来越苦。正确的做法应该是改动foo，而不改调用它的代码。foo应该被改成这样：void foo() { String found = find(); if (found != null) { int len = found.length(); ... } else { ... } }在null可能出现的当时就检查它是否是null，然后进行相应的处理。
不要把null放进“容器数据结构”里面。所谓容器（collection），是指一些对象以某种方式集合在一起，所以null不应该被放进Array，List，Set等结构，不应该出现在Map的key或者value里面。把null放进容器里面，是一些莫名其妙错误的来源。因为对象在容器里的位置一般是动态决定的，所以一旦null从某个入口跑进去了，你就很难再搞明白它去了哪里，你就得被迫在所有从这个容器里取值的位置检查null。你也很难知道到底是谁把它放进去的，代码多了就导致调试极其困难。
解决方案是：如果你真要表示“没有”，那你就干脆不要把它放进去（Array，List，Set没有元素，Map根本没那个entry），或者你可以指定一个特殊的，真正合法的对象，用来表示“没有”。
需要指出的是，类对象并不属于容器。所以null在必要的时候，可以作为对象成员的值，表示它不存在。比如：
class A { String name = null; ... }之所以可以这样，是因为null只可能在A对象的name成员里出现，你不用怀疑其它的成员因此成为null。所以你每次访问name成员时，检查它是否是null就可以了，不需要对其他成员也做同样的检查。
函数调用者：明确理解null所表示的意义，尽早检查和处理null返回值，减少它的传播。null很讨厌的一个地方，在于它在不同的地方可能表示不同的意义。有时候它表示“没有”，“没找到”。有时候它表示“出错了”，“失败了”。有时候它甚至可以表示“成功了”，…… 这其中有很多误用之处，不过无论如何，你必须理解每一个null的意义，不能给混淆起来。
如果你调用的函数有可能返回null，那么你应该在第一时间对null做出“有意义”的处理。比如，上述的函数
find，返回null表示“没找到”，那么调用find的代码就应该在它返回的第一时间，检查返回值是否是null，并且对“没找到”这种情况，作出有意义的处理。“有意义”是什么意思呢？我的意思是，使用这函数的人，应该明确的知道在拿到null的情况下该怎么做，承担起责任来。他不应该只是“向上级汇报”，把责任踢给自己的调用者。如果你违反了这一点，就有可能采用一种不负责任，危险的写法：
public String foo() { String found = find(); if (found == null) { return null; } }当看到find()返回了null，foo自己也返回null。这样null就从一个地方，游走到了另一个地方，而且它表示另外一个意思。如果你不假思索就写出这样的代码，最后的结果就是代码里面随时随地都可能出现null。到后来为了保护自己，你的每个函数都会写成这样：
public void foo(A a, B b, C c) { if (a == null) { ... } if (b == null) { ... } if (c == null) { ... } ... }函数作者：明确声明不接受null参数，当参数是null时立即崩溃。不要试图对null进行“容错”，不要让程序继续往下执行。如果调用者使用了null作为参数，那么调用者（而不是函数作者）应该对程序的崩溃负全责。
上面的例子之所以成为问题，就在于人们对于null的“容忍态度”。这种“保护式”的写法，试图“容错”，试图“优雅的处理null”，其结果是让调用者更加肆无忌惮的传递null给你的函数。到后来，你的代码里出现一堆堆nonsense的情况，null可以在任何地方出现，都不知道到底是哪里产生出来的。谁也不知道出现了null是什么意思，该做什么，所有人都把null踢给其他人。最后这null像瘟疫一样蔓延开来，到处都是，成为一场噩梦。
正确的做法，其实是强硬的态度。你要告诉函数的使用者，我的参数全都不能是null，如果你给我null，程序崩溃了该你自己负责。至于调用者代码里有null怎么办，他自己该知道怎么处理（参考以上几条），不应该由函数作者来操心。
采用强硬态度一个很简单的做法是使用
Objects.requireNonNull()。它的定义很简单：public static <T> T requireNonNull(T obj) { if (obj == null) { throw new NullPointerException(); } else { return obj; } }你可以用这个函数来检查不想接受null的每一个参数，只要传进来的参数是null，就会立即触发
NullPointerException崩溃掉，这样你就可以有效地防止null指针不知不觉传递到其它地方去。使用@NotNull和@Nullable标记。IntelliJ提供了@NotNull和@Nullable两种标记，加在类型前面，这样可以比较简洁可靠地防止null指针的出现。IntelliJ本身会对含有这种标记的代码进行静态分析，指出运行时可能出现
NullPointerException的地方。在运行时，会在null指针不该出现的地方产生IllegalArgumentException，即使那个null指针你从来没有deference。这样你可以在尽量早期发现并且防止null指针的出现。使用Optional类型。Java 8和Swift之类的语言，提供了一种叫Optional的类型。正确的使用这种类型，可以在很大程度上避免null的问题。null指针的问题之所以存在，是因为你可以在没有“检查”null的情况下，“访问”对象的成员。
Optional类型的设计原理，就是把“检查”和“访问”这两个操作合二为一，成为一个“原子操作”。这样你没法只访问，而不进行检查。这种做法其实是ML，Haskell等语言里的模式匹配（pattern matching）的一个特例。模式匹配使得类型判断和访问成员这两种操作合二为一，所以你没法犯错。
比如，在Swift里面，你可以这样写：
let found = find() if let content = found { print("found: " + content) }你从
find()函数得到一个Optional类型的值found。假设它的类型是String?，那个问号表示它可能包含一个String，也可能是nil。然后你就可以用一种特殊的if语句，同时进行null检查和访问其中的内容。这个if语句跟普通的if语句不一样，它的条件不是一个Bool，而是一个变量绑定let content = found。我不是很喜欢这语法，不过这整个语句的含义是：如果found是nil，那么整个if语句被略过。如果它不是nil，那么变量content被绑定到found里面的值（unwrap操作），然后执行
print("found: " + content)。由于这种写法把检查和访问合并在了一起，你没法只进行访问而不检查。Java 8的做法比较蹩脚一些。如果你得到一个Optional类型的值found，你必须使用“函数式编程”的方式，来写这之后的代码：
Optional<String> found = find(); found.ifPresent(content -> System.out.println("found: " + content));这段Java代码跟上面的Swift代码等价，它包含一个“判断”和一个“取值”操作。ifPresent先判断found是否有值（相当于判断是不是null）。如果有，那么将其内容“绑定”到lambda表达式的content参数（unwrap操作），然后执行lambda里面的内容，否则如果found没有内容，那么ifPresent里面的lambda不执行。
Java的这种设计有个问题。判断null之后分支里的内容，全都得写在lambda里面。在函数式编程里，这个lambda叫做“”，Java把它叫做 “”，它表示“如果found不是null，拿到它的值，然后应该做什么”。由于lambda是个函数，你不能在里面写
return语句返回出外层的函数。比如，如果你要改写下面这个函数（含有null）：public static String foo() { String found = find(); if (found != null) { return found; } else { return ""; } }就会比较麻烦。因为如果你写成这样：
public static String foo() { Optional<String> found = find(); found.ifPresent(content -> { return content; // can't return from foo here }); return ""; }里面的
return a，并不能从函数foo返回出去。它只会从lambda返回，而且由于那个lambda（）的返回类型必须是void，编译器会报错，说你返回了String。由于Java里closure的自由变量是只读的，你没法对lambda外面的变量进行赋值，所以你也不能采用这种写法：public static String foo() { Optional<String> found = find(); String result = ""; found.ifPresent(content -> { result = content; // can't assign to result }); return result; }所以，虽然你在lambda里面得到了found的内容，如何使用这个值，如何返回一个值，却让人摸不着头脑。你平时的那些Java编程手法，在这里几乎完全废掉了。实际上，判断null之后，你必须使用Java 8提供的一系列古怪的：
map,flatMap,orElse之类，想法把它们组合起来，才能表达出原来代码的意思。比如之前的代码，只能改写成这样：public static String foo() { Optional<String> found = find(); return found.orElse(""); }这简单的情况还好。复杂一点的代码，我还真不知道怎么表达，我怀疑Java 8的Optional类型的方法，到底有没有提供足够的表达力。那里面少数几个东西表达能力不咋的，论工作原理，却可以扯到functor，continuation，甚至monad等高深的理论…… 仿佛用了Optional之后，这语言就不再是Java了一样。
所以Java虽然提供了Optional，但我觉得可用性其实比较低，难以被人接受。相比之下，Swift的设计更加简单直观，接近普通的过程式编程。你只需要记住一个特殊的语法
if let content = found {...}，里面的代码写法，跟普通的过程式语言没有任何差别。总之你只要记住，使用Optional类型，要点在于“原子操作”，使得null检查与取值合二为一。这要求你必须使用我刚才介绍的特殊写法。如果你违反了这一原则，把检查和取值分成两步做，还是有可能犯错误。比如在Java 8里面，你可以使用
found.get()这样的方式直接访问found里面的内容。在Swift里你也可以使用found!来直接访问而不进行检查。你可以写这样的Java代码来使用Optional类型：
Option<String> found = find(); if (found.isPresent()) { System.out.println("found: " + found.get()); }如果你使用这种方式，把检查和取值分成两步做，就可能会出现运行时错误。
if (found.isPresent())本质上跟普通的null检查，其实没什么两样。如果你忘记判断found.isPresent()，直接进行found.get()，就会出现NoSuchElementException。这跟NullPointerException本质上是一回事。所以这种写法，比起普通的null的用法，其实换汤不换药。如果你要用Optional类型而得到它的益处，请务必遵循我之前介绍的“原子操作”写法。
防止过度工程
人的脑子真是奇妙的东西。虽然大家都知道过度工程（over-engineering）不好，在实际的工程中却经常不由自主的出现过度工程。我自己也犯过好多次这种错误，所以觉得有必要分析一下，过度工程出现的信号和兆头，这样可以在初期的时候就及时发现并且避免。
过度工程即将出现的一个重要信号，就是当你过度的思考“将来”，考虑一些还没有发生的事情，还没有出现的需求。比如，“如果我们将来有了上百万行代码，有了几千号人，这样的工具就支持不了了”，“将来我可能需要这个功能，所以我现在就把代码写来放在那里”，“将来很多人要扩充这片代码，所以现在我们就让它变得可重用”……
这就是为什么很多软件项目如此复杂。实际上没做多少事情，却为了所谓的“将来”，加入了很多不必要的复杂性。眼前的问题还没解决呢，就被“将来”给拖垮了。人们都不喜欢目光短浅的人，然而在现实的工程中，有时候你就是得看近一点，把手头的问题先搞定了，再谈以后扩展的问题。
另外一种过度工程的来源，是过度的关心“代码重用”。很多人“可用”的代码还没写出来呢，就在关心“重用”。为了让代码可以重用，最后被自己搞出来的各种框架捆住手脚，最后连可用的代码就没写好。如果可用的代码都写不好，又何谈重用呢？很多一开头就考虑太多重用的工程，到后来被人完全抛弃，没人用了，因为别人发现这些代码太难懂了，自己从头开始写一个，反而省好多事。
过度地关心“测试”，也会引起过度工程。有些人为了测试，把本来很简单的代码改成“方便测试”的形式，结果引入很多复杂性，以至于本来一下就能写对的代码，最后复杂不堪，出现很多bug。
世界上有两种“没有bug”的代码。一种是“没有明显的bug的代码”，另一种是“明显没有bug的代码”。第一种情况，由于代码复杂不堪，加上很多测试，各种coverage，貌似测试都通过了，所以就认为代码是正确的。第二种情况，由于代码简单直接，就算没写很多测试，你一眼看去就知道它不可能有bug。你喜欢哪一种“没有bug”的代码呢？
根据这些，我总结出来的防止过度工程的原则如下：
先把眼前的问题解决掉，解决好，再考虑将来的扩展问题。
先写出可用的代码，反复推敲，再考虑是否需要重用的问题。
先写出可用，简单，明显没有bug的代码，再考虑测试的问题。