怎么利用Either和Option进行函数式错误处理

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在 Java 中，错误的处理在传统上由异常以及创建和传播异常的语言支持进行。但是，如果不存在结构化异常处理又如何呢？许多函数式语言不支持异常范式，所以它们必须找到表达错误条件的替代方式。在本文中，我将演示 Java 中类型安全的错误处理机制，该机制绕过正常的异常传播机制（并通过 Functional Java 框架的一些示例协助说明）。

函数式错误处理

如果您想在 Java 中不使用异常来处理错误，最根本的障碍是语言的限制，因为方法只能返回单个值。但是，当然，方法可以返回单个 Object（或子类）引用，其中可包含多个值。那么，我可以使用一个 Map 来启用多个返回值。请看看清单 1 中的 pide() 方法：

清单 1. 使用 Map 处理多个返回值

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;}

在清单 1 中，我创建了一个 Map，以 String 为键，并以 Object 为值。在 pide() 方法中，我输出 exception 来表示失败，或者输出 answer 来表示成功。清单 2 中对两种模式都进行了测试：

清单 2. 使用 Map 测试成功与失败

@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());}

在清单 2 中，maps_success 测试验证在返回的 Map 中是否存在正确的条目。maps_failure 测试检查异常情况。

这种方法有一些明显的问题。首先，Map 中的结果无论如何都不是类型安全的，它禁用了编译器捕获特定错误的能力。键的枚举可以略微改善这种情况，但效果不大。其次，该方法调用器并不知道方法调用是否成功，这加重了调用程序的负担，它要检查可能结果的词典。第三，没有什么能阻止这两个键都有值，这使得结果模棱两可。

我需要的是一种让我能够以类型安全的方式返回两个（或多个）值的机制。

Either 类

返回两个不同值的需求经常出现在函数式语言中，用来模拟这种行为的一个常用数据结构是 Either 类。在 Java 中，我可以使用泛型创建一个简单的 Either 类，如清单 3 所示：

清单 3. 通过 Either 类返回两个（类型安全的）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);}}

在清单 3中，Either 旨在保存一个 left 或 right 值（但从来都不会同时保存这两个值）。该数据结构被称为不相交并集。一些基于 C 的语言包含 union 数据类型，它可以保存含若干种不同类型的一个实例。不相交并集的槽可以保存两种类型，但只保存其中一种类型的一个实例。Either 类有一个 private 构造函数，使构造成为静态方法 left(A a) 或 right(B b) 的责任。在类中的其他方法是辅助程序，负责检索和调研类的成员。

利用 Either，我可以编写代码来返回异常或一个合法结果（但从来都不会同时返回两种结果），同时保持类型安全。常见的函数式约定是 Either 类的 left 包含异常（如有），而 right 包含结果。

解析罗马数字

我有一个名为 RomanNumeral 的类（我将其实现留给读者去想象）和一个名为 RomanNumeralParser 的类，该类调用 RomanNumeral 类。parseNumber() 方法和说明性测试如清单 4 所示：

清单 4. 解析罗马数字

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());}

在清单 4 中，parseNumber() 方法执行一个验证（用于显示错误），将错误条件放置在 Either 的 left 中，或将结果放在它的 right中。单元测试中显示了这两种情况。

比起到处传递 Map，这是一个很大的改进。我保持类型安全（请注意，我可以按自己喜欢使异常尽量具体）；在通过泛型的方法声明中，错误是明显的；返回的结果带有一个额外的间接级别，可以解压 Either 的结果（是异常还是答案）。额外的间接级别支持惰性。

惰性解析和 Functional Java

Either 类出现在许多函数式算法中，并且在函数式世界中如此之常见，以致 Functional Java 框架（参阅参考资料）也包含了一个 Either 实现，该实现将在清单 3 和清单 4 的示例中使用。但它的目的就是与其他 Functional Java 构造配合使用。因此，我可以结合使用 Either 和 Functional Java 的 P1 类来创建惰性错误评估。惰性表达式是一个按需执行的表达式（参阅参考资料）。

在 Functional Java 中，P1 类是一个简单的包装器，包括名为 _1() 的方法，该方法不带任何参数。（其他变体：P2 和 P3 等，包含多种方法。）P1 在 Functional Java 中用于传递一个代码块，而不执行它，使您能够在自己选择的上下文中执行代码。

在 Java 中，只要您 throw 一个异常，异常就会被实例化。通过返回一个惰性评估的方法，我可以将异常创建推迟到以后。请看看清单 5 中的示例及相关测试：