我们可以把函数的运行结果分为两类。一类是预期的结果，也就是函数在正常情况下输出的结果。一类是非预期的结果，也就是函数在异常（或叫出错）情况下输出的结果。比如，在上一节课中，获取本机名的函数，在正常情况下，函数返回字符串格式的本机名；在异常情况下，获取本机名失败，函数返回UnknownHostException异常对象。
在正常情况下，函数返回数据的类型非常明确，但是，在异常情况下，函数返回的数据类型却非常灵活，有多种选择。除了刚刚提到的类似UnknownHostException这样的异常对象之外，函数在异常情况下还可以返回错误码、NULL值、特殊值（比如-1）、空对象（比如空字符串、空集合）等。
每一种异常返回数据类型，都有各自的特点和适用场景。但有的时候，在异常情况下，函数到底该返回什么样的数据类型，并不那么容易判断。比如，上节课中，在本机名获取失败的时候，ID生成器的generate()函数应该返回什么呢？是异常？空字符？还是NULL值？又或者是其他特殊值（比如null-15293834874-fd3A9KBn，null表示本机名未获取到）呢？
函数是代码的一个非常重要的编写单元，而函数的异常处理，又是我们在编写函数的时候，时刻都要考虑的。所以，今天我们就聊一聊，如何设计函数在异常情况下的返回数据类型。
话不多说，让我们正式开始今天的学习吧！
上两节课中，我们把一份非常简单的ID生成器的代码，从“能用”重构成了“好用”。最终给出的代码看似已经很完美了，但是如果我们再用心推敲一下，代码中关于出错处理的方式，还有进一步优化的空间，值得我们拿出来再讨论一下。
为了方便你查看，我将上节课的代码拷贝到了这里。
public class RandomIdGenerator implements IdGenerator {
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RandomIdGenerator.class);
@Override
public String generate() {
String substrOfHostName = getLastFiledOfHostName();
long currentTimeMillis = System.currentTimeMillis();
String randomString = generateRandomAlphameric(8);
String id = String.format("%s-%d-%s",
substrOfHostName, currentTimeMillis, randomString);
return id;
}
private String getLastFiledOfHostName() {
String substrOfHostName = null;
try {
String hostName = InetAddress.getLocalHost().getHostName();
substrOfHostName = getLastSubstrSplittedByDot(hostName);
} catch (UnknownHostException e) {
logger.warn("Failed to get the host name.", e);
}
return substrOfHostName;
}
@VisibleForTesting
protected String getLastSubstrSplittedByDot(String hostName) {
String[] tokens = hostName.split("\\.");
String substrOfHostName = tokens[tokens.length - 1];
return substrOfHostName;
}
@VisibleForTesting
protected String generateRandomAlphameric(int length) {
char[] randomChars = new char[length];
int count = 0;
Random random = new Random();
while (count < length) {
int maxAscii = 'z';
int randomAscii = random.nextInt(maxAscii);
boolean isDigit= randomAscii >= '0' && randomAscii <= '9';
boolean isUppercase= randomAscii >= 'A' && randomAscii <= 'Z';
boolean isLowercase= randomAscii >= 'a' && randomAscii <= 'z';
if (isDigit|| isUppercase || isLowercase) {
randomChars[count] = (char) (randomAscii);
++count;
}
}
return new String(randomChars);
}
}
这段代码中有四个函数。针对这四个函数的出错处理方式，我总结出下面这样几个问题。
对于上面这几个问题，你可以试着思考下，我先不做解答。等我们学完本节课的理论内容之后，我们下一节课再一块来分析。这一节我们重点讲解一些理论方面的知识。
关于函数出错返回数据类型，我总结了4种情况，它们分别是：错误码、NULL值、空对象、异常对象。接下来，我们就一一来看它们的用法以及适用场景。
C语言中没有异常这样的语法机制，因此，返回错误码便是最常用的出错处理方式。而在Java、Python等比较新的编程语言中，大部分情况下，我们都用异常来处理函数出错的情况，极少会用到错误码。
在C语言中，错误码的返回方式有两种：一种是直接占用函数的返回值，函数正常执行的返回值放到出参中；另一种是将错误码定义为全局变量，在函数执行出错时，函数调用者通过这个全局变量来获取错误码。针对这两种方式，我举个例子来进一步解释。具体代码如下所示：
// 错误码的返回方式一：pathname/flags/mode为入参；fd为出参，存储打开的文件句柄。
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode, int* fd) {
if (/*文件不存在*/) {
return EEXIST;
}
if (/*没有访问权限*/) {
return EACCESS;
}
if (/*打开文件成功*/) {
return SUCCESS; // C语言中的宏定义：#define SUCCESS 0
}
// ...
}
//使用举例
int fd;
int result = open(“c:\test.txt”, O_RDWR, S_IRWXU|S_IRWXG|S_IRWXO, &fd);
if (result == SUCCESS) {
// 取出fd使用
} else if (result == EEXIST) {
//...
} else if (result == EACESS) {
//...
}
// 错误码的返回方式二：函数返回打开的文件句柄，错误码放到errno中。
int errno; // 线程安全的全局变量
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode）{
if (/*文件不存在*/) {
errno = EEXIST;
return -1;
}
if (/*没有访问权限*/) {
errno = EACCESS;
return -1;
}
// ...
}
// 使用举例
int hFile = open(“c:\test.txt”, O_RDWR, S_IRWXU|S_IRWXG|S_IRWXO);
if (-1 == hFile) {
printf("Failed to open file, error no: %d.\n", errno);
if (errno == EEXIST ) {
// ...
} else if(errno == EACCESS) {
// ...
}
// ...
}
实际上，如果你熟悉的编程语言中有异常这种语法机制，那就尽量不要使用错误码。异常相对于错误码，有诸多方面的优势，比如可以携带更多的错误信息（exception中可以有message、stack trace等信息）等。关于异常，我们待会还会非常详细地讲解。
在多数编程语言中，我们用NULL来表示“不存在”这种语义。不过，网上很多人不建议函数返回NULL值，认为这是一种不好的设计思路，主要的理由有以下两个。
我举个例子解释一下，具体代码如下所示：
public class UserService {
private UserRepo userRepo; // 依赖注入
public User getUser(String telephone) {
// 如果用户不存在，则返回null
return null;
}
}
// 使用函数getUser()
User user = userService.getUser("18917718965");
if (user != null) { // 做NULL值判断，否则有可能会报NPE
String email = user.getEmail();
if (email != null) { // 做NULL值判断，否则有可能会报NPE
String escapedEmail = email.replaceAll("@", "#");
}
}
那我们是否可以用异常来替代NULL值，在查找用户不存在的时候，让函数抛出UserNotFoundException异常呢？
我个人觉得，尽管返回NULL值有诸多弊端，但对于以get、find、select、search、query等单词开头的查找函数来说，数据不存在，并非一种异常情况，这是一种正常行为。所以，返回代表不存在语义的NULL值比返回异常更加合理。
不过，话说回来，刚刚讲的这个理由，也并不是特别有说服力。对于查找数据不存在的情况，函数到底是该用NULL值还是异常，有一个比较重要的参考标准是，看项目中的其他类似查找函数都是如何定义的，只要整个项目遵从统一的约定即可。如果项目从零开始开发，并没有统一约定和可以参考的代码，那你选择两者中的任何一种都可以。你只需要在函数定义的地方注释清楚，让调用者清晰地知道数据不存在的时候会返回什么就可以了。
再补充说明一点，对于查找函数来说，除了返回数据对象之外，有的还会返回下标位置，比如Java中的indexOf()函数，用来实现在某个字符串中查找另一个子串第一次出现的位置。函数的返回值类型为基本类型int。这个时候，我们就无法用NULL值来表示不存在的情况了。对于这种情况，我们有两种处理思路，一种是返回NotFoundException，一种是返回一个特殊值，比如-1。不过，显然-1更加合理，理由也是同样的，也就是说“没有查找到”是一种正常而非异常的行为。
刚刚我们讲到，返回NULL值有各种弊端。应对这个问题有一个比较经典的策略，那就是应用空对象设计模式（Null Object Design Pattern）。关于这个设计模式，我们在后面章节会详细讲，现在就不展开来讲解了。不过，我们今天来讲两种比较简单、比较特殊的空对象，那就是空字符串和空集合。
当函数返回的数据是字符串类型或者集合类型的时候，我们可以用空字符串或空集合替代NULL值，来表示不存在的情况。这样，我们在使用函数的时候，就可以不用做NULL值判断。我举个例子来解释下。具体代码如下所示：
// 使用空集合替代NULL
public class UserService {
private UserRepo userRepo; // 依赖注入
public List<User> getUsers(String telephonePrefix) {
// 没有查找到数据
return Collections.emptyList();
}
}
// getUsers使用示例
List<User> users = userService.getUsers("189");
for (User user : users) { //这里不需要做NULL值判断
// ...
}
// 使用空字符串替代NULL
public String retrieveUppercaseLetters(String text) {
// 如果text中没有大写字母，返回空字符串，而非NULL值
return "";
}
// retrieveUppercaseLetters()使用举例
String uppercaseLetters = retrieveUppercaseLetters("wangzheng");
int length = uppercaseLetters.length();// 不需要做NULL值判断
System.out.println("Contains " + length + " upper case letters.");
尽管前面讲了很多函数出错的返回数据类型，但是，最常用的函数出错处理方式就是抛出异常。异常可以携带更多的错误信息，比如函数调用栈信息。除此之外，异常可以将正常逻辑和异常逻辑的处理分离开来，这样代码的可读性就会更好。
不同的编程语言的异常语法稍有不同。像C++和大部分的动态语言（Python、Ruby、JavaScript等）都只定义了一种异常类型：运行时异常（Runtime Exception）。而像Java，除了运行时异常外，还定义了另外一种异常类型：编译时异常（Compile Exception）。
对于运行时异常，我们在编写代码的时候，可以不用主动去try-catch，编译器在编译代码的时候，并不会检查代码是否有对运行时异常做了处理。相反，对于编译时异常，我们在编写代码的时候，需要主动去try-catch或者在函数定义中声明，否则编译就会报错。所以，运行时异常也叫作非受检异常（Unchecked Exception），编译时异常也叫作受检异常（Checked Exception）。
如果你熟悉的编程语言中，只定义了一种异常类型，那用起来反倒比较简单。如果你熟悉的编程语言中（比如Java），定义了两种异常类型，那在异常出现的时候，我们应该选择抛出哪种异常类型呢？是受检异常还是非受检异常？
对于代码bug（比如数组越界）以及不可恢复异常（比如数据库连接失败），即便我们捕获了，也做不了太多事情，所以，我们倾向于使用非受检异常。对于可恢复异常、业务异常，比如提现金额大于余额的异常，我们更倾向于使用受检异常，明确告知调用者需要捕获处理。
我举一个例子解释一下，代码如下所示。当Redis的地址（参数address）没有设置的时候，我们直接使用默认的地址（比如本地地址和默认端口）；当Redis的地址格式不正确的时候，我们希望程序能fail-fast，也就是说，把这种情况当成不可恢复的异常，直接抛出运行时异常，将程序终止掉。
// address格式："192.131.2.33:7896"
public void parseRedisAddress(String address) {
this.host = RedisConfig.DEFAULT_HOST;
this.port = RedisConfig.DEFAULT_PORT;
if (StringUtils.isBlank(address)) {
return;
}
String[] ipAndPort = address.split(":");
if (ipAndPort.length != 2) {
throw new RuntimeException("...");
}
this.host = ipAndPort[0];
// parseInt()解析失败会抛出NumberFormatException运行时异常
this.port = Integer.parseInt(ipAndPort[1]);
}
实际上，Java支持的受检异常一直被人诟病，很多人主张所有的异常情况都应该使用非受检异常。支持这种观点的理由主要有以下三个。
不过，非受检异常也有弊端，它的优点其实也正是它的缺点。从刚刚的表述中，我们可以看出，非受检异常使用起来更加灵活，怎么处理的主动权这里就交给了程序员。我们前面也讲到，过于灵活会带来不可控，非受检异常不需要显式地在函数定义中声明，那我们在使用函数的时候，就需要查看代码才能知道具体会抛出哪些异常。非受检异常不需要强制捕获处理，那程序员就有可能漏掉一些本应该捕获处理的异常。
对于应该用受检异常还是非受检异常，网上的争论有很多，但并没有一个非常强有力的理由能够说明一个就一定比另一个更好。所以，我们只需要根据团队的开发习惯，在同一个项目中，制定统一的异常处理规范即可。
刚刚我们讲了两种异常类型，现在我们再来讲下，如何处理函数抛出的异常？总结一下，一般有下面三种处理方法。
public void func1() throws Exception1 {
// ...
}
public void func2() {
//...
try {
func1();
} catch(Exception1 e) {
log.warn("...", e); //吐掉：try-catch打印日志
}
//...
}
public void func1() throws Exception1 {
// ...
}
public void func2() throws Exception1 {//原封不动的re-throw Exception1
//...
func1();
//...
}
public void func1() throws Exception1 {
// ...
}
public void func2() throws Exception2 {
//...
try {
func1();
} catch(Exception1 e) {
throw new Exception2("...", e); // wrap成新的Exception2然后re-throw
}
//...
}
当我们面对函数抛出异常的时候，应该选择上面的哪种处理方式呢？我总结了下面三个参考原则：
总之，是否往上继续抛出，要看上层代码是否关心这个异常。关心就将它抛出，否则就直接吞掉。是否需要包装成新的异常抛出，看上层代码是否能理解这个异常、是否业务相关。如果能理解、业务相关就可以直接抛出，否则就封装成新的异常抛出。关于这部分理论知识，我们在下一节课中，会结合ID生成器的代码来进一步讲解。
好了，今天的内容到此就讲完了。我们一块来总结回顾一下，你需要掌握的重点内容。
对于函数出错返回数据类型，我总结了4种情况，它们分别是：错误码、NULL值、空对象、异常对象。
1.返回错误码
C语言没有异常这样的语法机制，返回错误码便是最常用的出错处理方式。而Java、Python等比较新的编程语言中，大部分情况下，我们都用异常来处理函数出错的情况，极少会用到错误码。
2.返回NULL值
在多数编程语言中，我们用NULL来表示“不存在”这种语义。对于查找函数来说，数据不存在并非一种异常情况，是一种正常行为，所以返回表示不存在语义的NULL值比返回异常更加合理。
3.返回空对象
返回NULL值有各种弊端，对此有一个比较经典的应对策略，那就是应用空对象设计模式。当函数返回的数据是字符串类型或者集合类型的时候，我们可以用空字符串或空集合替代NULL值，来表示不存在的情况。这样，我们在使用函数的时候，就可以不用做NULL值判断。
4.抛出异常对象
尽管前面讲了很多函数出错的返回数据类型，但是，最常用的函数出错处理方式是抛出异常。异常有两种类型：受检异常和非受检异常。
对于应该用受检异常还是非受检异常，网上的争论有很多，但也并没有一个非常强有力的理由，说明一个就一定比另一个更好。所以，我们只需要根据团队的开发习惯，在同一个项目中，制定统一的异常处理规范即可。
对于函数抛出的异常，我们有三种处理方法：直接吞掉、直接往上抛出、包裹成新的异常抛出。这一部分我们留在下一节课中结合实战进一步讲解。
结合我们今天学的理论知识，试着回答一下在文章开头针对RandomIdGenerator提到的四个问题。
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