Try 与错误处理

Try 与错误处理

当你在尝试一门新的语言时，可能不会过于关注程序出错的问题，
但当真的去创造可用的代码时，就不能再忽视代码中的可能产生的错误和异常了。
鉴于各种各样的原因，人们往往低估了语言对错误处理支持程度的重要性。

事实会表明，Scala 能够很优雅的处理此类问题，
这一部分，我会介绍 Scala 基于 Try 的错误处理机制，以及这背后的原因。
我将使用一个在 Scala 2.10 新引入的特性，该特性向 2.9.3 兼容，
因此，请确保你的 Scala 版本不低于 2.9.3。

异常的抛出和捕获

在介绍 Scala 错误处理的惯用法之前，我们先看看其他语言（如，Java，Ruby）的错误处理机制。
和这些语言类似，Scala 也允许你抛出异常：

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

被抛出的异常能够以类似 Java 中的方式被捕获，虽然是使用偏函数来指定要处理的异常类型。
此外，Scala 的 try/catch 是表达式（返回一个值），因此下面的代码会返回异常的消息：

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

函数式的错误处理

现在，如果代码中到处是上面的异常处理代码，那它很快就会变得丑陋无比，和函数式程序设计非常不搭。
对于高并发应用来说，这也是一个很差劲的解决方式，比如，
假设需要处理在其他线程执行的 actor 所引发的异常，显然你不能用捕获异常这种处理方式，
你可能会想到其他解决方案，例如去接收一个表示错误情况的消息。

一般来说，在 Scala 中，好的做法是通过从函数里返回一个合适的值来通知人们程序出错了。
别担心，我们不会回到 C 中那种需要使用按约定进行检查的错误编码的错误处理。
相反，Scala 使用一个特定的类型来表示可能会导致异常的计算，这个类型就是 Try。

Try 的语义

解释 Try 最好的方式是将它与上一章所讲的 Option 作对比。

Option[A] 是一个可能有值也可能没值的容器，
Try[A] 则表示一种计算：
这种计算在成功的情况下，返回类型为 A 的值，在出错的情况下，返回 Throwable 。
这种可以容纳错误的容器可以很轻易的在并发执行的程序之间传递。

Try 有两个子类型：

1. Success[A]：代表成功的计算。
2. 封装了 Throwable 的 Failure[A]：代表出了错的计算。

如果知道一个计算可能导致错误，我们可以简单的使用 Try[A] 作为函数的返回类型。
这使得出错的可能性变得很明确，而且强制客户端以某种方式处理出错的可能。

假设，需要实现一个简单的网页爬取器：用户能够输入想爬取的网页 URL，
程序就需要去分析 URL 输入，并从中创建一个 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，函数返回类型为 Try[URL]：
如果给定的 url 语法正确，这将是 Success[URL]，
否则， URL 构造器会引发 MalformedURLException ，从而返回值变成 Failure[URL] 类型。

上例中，我们还用了 Try 伴生对象里的 apply 工厂方法，这个方法接受一个类型为 A 的 传名参数，
这意味着， new URL(url) 是在 Try 的 apply 方法里执行的。

apply 方法会捕获任何非致命的异常，返回一个包含相关异常的 Failure 实例。

因此， parseURL("http://danielwestheide.com") 会返回一个 Success[URL] ，包含了解析后的网址，
而 parseULR("garbage") 将返回一个含有 MalformedURLException 的 Failure[URL]。

使用 Try

使用 Try 与使用 Option 非常相似，在这里你看不到太多新的东西。

你可以调用 isSuccess 方法来检查一个 Try 是否成功，然后通过 get 方法获取它的值，
但是，这种方式的使用并不多见，因为你可以用 getOrElse 方法给 Try 提供一个默认值：

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

如果用户提供的 URL 格式不正确，我们就使用 DuckDuckGo 的 URL 作为备用。

链式操作

Try 最重要的特征是，它也支持高阶函数，就像 Option 一样。
在下面的示例中，你将看到，在 Try 上也进行链式操作，捕获可能发生的异常，而且代码可读性不错。

Mapping 和 Flat Mapping

将一个是 Success[A] 的 Try[A] 映射到 Try[B] 会得到 Success[B] 。
如果它是 Failure[A] ，就会得到 Failure[B] ，而且包含的异常和 Failure[A] 一样。

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

如果链接多个 map 操作，会产生嵌套的 Try 结构，这并不是我们想要的。
考虑下面这个返回输入流的方法：

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

由于每个传递给 map 的匿名函数都返回 Try，因此返回类型就变成了 Try[Try[Try[InputStream]]] 。

这时候， flatMap 就派上用场了。
Try[A] 上的 flatMap 方法接受一个映射函数，这个函数类型是 (A) => Try[B]。
如果我们的 Try[A] 已经是 Failure[A] 了，那么里面的异常就直接被封装成 Failure[B] 返回，
否则， flatMap 将 Success[A] 里面的值解包出来，并通过映射函数将其映射到 Try[B] 。

这意味着，我们可以通过链接任意个 flatMap 调用来创建一条操作管道，将值封装在 Success 里一层层的传递。

现在让我们用 flatMap 来重写先前的例子：

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

这样，我们就得到了一个 Try[InputStream]，
它可以是一个 Failure，包含了在 flatMap 过程中可能出现的异常；
也可以是一个 Success，包含了最后的结果。

过滤器和 foreach

当然，你也可以对 Try 进行过滤，或者调用 foreach ，既然已经学过 Option，对于这两个方法也不会陌生。

当一个 Try 已经是 Failure 了，或者传递给它的谓词函数返回假值，filter 就返回 Failure
（如果是谓词函数返回假值，那 Failure 里包含的异常是 NoSuchException ），
否则的话， filter 就返回原本的那个 Success ，什么都不会变：

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]

当一个 Try 是 Success 时， foreach 允许你在被包含的元素上执行副作用，
这种情况下，传递给 foreach 的函数只会执行一次，毕竟 Try 里面只有一个元素：

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

当 Try 是 Failure 时， foreach 不会执行，返回 Unit 类型。

for 语句中的 Try

既然 Try 支持 flatMap 、 map 、 filter ，能够使用 for 语句也是理所当然的事情，
而且这种情况下的代码更可读。
为了证明这一点，我们来实现一个返回给定 URL 的网页内容的函数：

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()

这个方法中，有三个可能会出错的地方，但都被 Try 给涵盖了。
第一个是我们已经实现的 parseURL 方法，
只有当它是一个 Success[URL] 时，我们才会尝试打开连接，从中创建一个新的 InputStream 。
如果这两步都成功了，我们就 yield 出网页内容，得到的结果是 Try[Iterator[String]] 。

当然，你可以使用 Source#fromURL 简化这个代码，并且，这个代码最后没有关闭输入流，
这都是为了保持例子的简单性，专注于要讲述的主题。

在这个例子中，Source#fromURL可以这样用：

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() 可以关闭输入流。

模式匹配

代码往往需要知道一个 Try 实例是 Success 还是 Failure，这时候，你应该想到模式匹配，
也幸好， Success 和 Failure 都是样例类。

接着上面的例子，如果网页内容能顺利提取到，我们就展示它，否则，打印一个错误信息：

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}")
}

从故障中恢复

如果想在失败的情况下执行某种动作，没必要去使用 getOrElse，
一个更好的选择是 recover ，它接受一个偏函数，并返回另一个 Try。
如果 recover 是在 Success 实例上调用的，那么就直接返回这个实例，否则就调用偏函数。
如果偏函数为给定的 Failure 定义了处理动作，
recover 会返回 Success ，里面包含偏函数运行得出的结果。

下面是应用了 recover 的代码：

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!")
}

现在，我们可以在返回值 content 上安全的使用 get 方法了，因为它一定是一个 Success。
调用 content.get.foreach(println) 会打印 Please make sure to enter a valid URL。

总结

Scala 的错误处理和其他范式的编程语言有很大的不同。
Try 类型可以让你将可能会出错的计算封装在一个容器里，并优雅的去处理计算得到的值。
并且可以像操作集合和 Option 那样统一的去操作 Try。

Try 还有其他很多重要的方法，鉴于篇幅限制，这一章并没有全部列出，比如 orElse 方法，
transform 和 recoverWith 也都值得去看。

下一章，我们会探讨 Either，另外一种可以代表计算的类型，但它的可使用范围要比 Try 大的多。