Null Object

在大多數(shù)程序語(yǔ)言中，我們都需要與Null打交道缚忧，并且糾纏于對(duì)它的檢查中悟泵。一不小心讓它給溜出來(lái)，就可能像打開(kāi)潘多拉的盒子一般闪水，給程序世界帶來(lái)災(zāi)難糕非。說(shuō)起來(lái)，在我們?nèi)祟愂澜缰卸氐冢琋ull到底算什么“東西”呢峰弹？語(yǔ)義上講，它就是一場(chǎng)空芜果，即所謂“虛無(wú)”鞠呈。這個(gè)世界并沒(méi)有任何物質(zhì)可以代表“虛無(wú)”，因而它僅存于我們的精神層面右钾。說(shuō)虛無(wú)存在其實(shí)是一種悖論蚁吝，因?yàn)榇嬖谄鋵?shí)是虛無(wú)的反面。若從程序本質(zhì)上講舀射，Null代表一種狀態(tài)窘茁，指一個(gè)對(duì)象（或變量），雖獲聲明卻未真正誕生脆烟，甚至可能永遠(yuǎn)不會(huì)誕生山林。而一旦誕生，Null就被抹去了邢羔，回歸了正確的狀態(tài)驼抹。

站在OO的角度來(lái)講，既然Everything is object拜鹤，自然可以將Null同樣視為Object——這近似于前面提到的悖論框冀，既然是Null，為何又是Object呢敏簿？換言之明也，在對(duì)象世界里宣虾，其實(shí)沒(méi)有什么不存在，所謂“不存在”仍然是一種“存在”温数。這么說(shuō)容易讓人變糊涂绣硝，就好像我們搞不清楚“我是誰(shuí)”。所以帆吻，我寧肯采用Martin Fowler的說(shuō)法域那，將Null Object視為一種Special Case咙边，即Null其實(shí)是一種特例猜煮。

視Null為一種特例，即可用OO的特化來(lái)表達(dá)败许。當(dāng)某個(gè)對(duì)象可能存在Null這種狀態(tài)時(shí)王带，都可以將這種狀態(tài)表示為一種特化的類，它不再代表Null市殷，而是代表“什么都不做”愕撰。凡是返回Null的地方，都替換為這個(gè)Null Object醋寝，用以表達(dá)這種Null其實(shí)僅僅是一種特列搞挣。于是乎，我們像抹殺異教徒一般抹去了“虛無(wú)”的存在音羞。（當(dāng)虛無(wú)被抹去囱桨，是什么樣的存在？）

然而嗅绰，若在程序語(yǔ)言中實(shí)現(xiàn)自己的Null Object舍肠，固然可以在一定程度上消除對(duì)Null的檢查，卻存在一些約束：

• 對(duì)于String之類的類型窘面，無(wú)法定義NullString子類翠语；
• 每次都需要自己去定義子類來(lái)表示Null；
• 必須約束團(tuán)隊(duì)不能返回Null财边；

Google的Guava框架為了解決這一問(wèn)題肌括，引入了Optional<T>：

public abstract class Optional<T> implements Serializable {
  public static <T> Optional<T> absent() {
    return (Optional<T>) Absent.INSTANCE;
  }
  public static <T> Optional<T> of(T reference) {
    return new Present<T>(checkNotNull(reference));
  }
  public static <T> Optional<T> fromNullable(@Nullable T nullableReference) {
    return (nullableReference == null)
        ? Optional.<T>absent()
        : new Present<T>(nullableReference);
  }
  public abstract boolean isPresent();
  public abstract T get();
  public abstract T or(T defaultValue);
  public abstract <V> Optional<V> transform(Function<? super T, V> function);
}

于是，我們可以這樣來(lái)使用Optional<T>:

  public final Optional<E> first() {
    Iterator<E> iterator = iterable.iterator();
    return iterator.hasNext()
        ? Optional.of(iterator.next())
        : Optional.<E>absent();
  }

first()方法返回的是一個(gè)Optional<E>類型酣难。這是Guava中操作集合的一個(gè)方法谍夭。當(dāng)我們要獲得第一個(gè)元素時(shí)，可以調(diào)用該方法：

List<Person> persons = newArrayList();
String name = from(persons).first().transform(new Function<Person, String>() {
        @Override
        public String apply(Person input) {
            return input.getName();
        }
    }).or("not found");
assertThat(name, is("not found"));

不知是巧合鲸鹦，還是一種借鑒慧库，Java 8同樣定義了Optional用以處理這種情況。前面的代碼在Java 8下可以改寫為：

        List<Person> persons = newArrayList();
        String name = persons.stream().findFirst().map(p -> p.getName()).orElse("not found");
        assertThat(name, is("not found"));

其實(shí)在Scala的早期版本馋嗜，就已經(jīng)提供了Option[T]類型齐板。前面的代碼若用scala編寫，就變成：

case class Person(name: String, age: Int)
val persons = List[Person]()
persons.headOption.map(p => p.name).getOrElse("not found")

這樣的設(shè)計(jì)方式，還是Null Object模式嗎甘磨？讓我們回到Null的本原狀態(tài)橡羞，思考為什么會(huì)產(chǎn)生Null？首先济舆，Null代表一種異常狀態(tài)卿泽，即在某種未可知的情形下，可能返回Null滋觉；正常情況下签夭，返回的則是非Null的對(duì)象。Null與非Null椎侠，代表一種未知與不確定性第租。哈姆雷特糾結(jié)于“To be, or not to be, this is a question”，但在程序世界里我纪，可以抽象為一個(gè)集合來(lái)表達(dá)這種非此即彼的狀況慎宾。

從函數(shù)式編程的角度來(lái)講，我們可以將這樣的集合設(shè)計(jì)為一個(gè)Monad浅悉。根據(jù)DSL in Action一書(shū)中對(duì)Monad的介紹趟据，一個(gè)Monad由以下三部分定義：

• 一個(gè)抽象M[A],其中M是類型構(gòu)造函數(shù)。在Scala語(yǔ)言中可以寫成class M[A]术健，或者case class M[A]汹碱，有或者trait M[A]
• 一個(gè)unit方法（unit v)。對(duì)應(yīng)Scala中的函數(shù)new M(v)或者M(jìn)(v)的調(diào)用苛坚。
• 一個(gè)bind方法比被，起到將運(yùn)算排成序列的作用。在Scala中通過(guò)flatMap組合子來(lái)實(shí)現(xiàn)泼舱。bind f m對(duì)應(yīng)的Scala語(yǔ)句是m flatMap f等缀。

同時(shí)，Monad還必須滿足以下三條規(guī)則：

• 右單位元(identity)娇昙。即對(duì)于任意Monad m尺迂，有m flatMap unit => m。對(duì)于Option冒掌，unit就是Option伴生對(duì)象定義的apply()方法噪裕。若m為Some("Scala")，則m flatMap {x => Option(x)}股毫，其結(jié)果還是m膳音。
• 左單位元(unit)。即對(duì)于任意Monad m铃诬，有unit(v) flatMap f => f(v)祭陷。
• 結(jié)合律苍凛。即對(duì)于任意Monad m，有m flatMap g flatMap h => m flatMap {x => g(x) flatMap h}兵志。

假設(shè)我們定義一個(gè)函數(shù)f：

def f(v: String) = Option(v)

則Option("Scala") flatMap {x => f(x)}的結(jié)果就等于f("scala")醇蝴。

無(wú)論是Scala中的Option[A]，還是Java 8中的Optional[T]想罕，都是一個(gè)Monad悠栓。此時(shí)的Null不再是特例，而是抽象Option[A]對(duì)稱的兩個(gè)元素中的其中一個(gè)按价，在Scala中惭适，即Option[T]中的Some[T]或None。它們倆面貌相同俘枫，卻是一對(duì)性格迥異的雙生子腥沽。

在設(shè)計(jì)為Monad后，就可以利用Monad提供的bind功能鸠蚪，完成多個(gè)函數(shù)的組合。組合時(shí)师溅，并不需要考慮返回為None的情況茅信。Monad能保證在前一個(gè)函數(shù)返回空值時(shí)，后續(xù)函數(shù)不會(huì)被調(diào)用墓臭。讓我們來(lái)看一個(gè)案例蘸鲸。例如，我們需要根據(jù)某個(gè)key從會(huì)話中獲得對(duì)應(yīng)的值窿锉，然后再將該值作為參數(shù)去查詢符合條件的特定Customer酌摇。在Scala中，可以將這兩個(gè)步驟定義為函數(shù)嗡载，返回結(jié)果分別為Option[String]與Option[Customer]：

def params(key: String): Option[String]
def queryCustomer(refId: String): Option[Customer]
val customer = 
    (
        for {
            r <- params("customerId")
            c <- queryCustomer(r)
        } yield c
    ) getOrElse error("Not Found") 

這段代碼用到了Scala的for comprehension窑多，它實(shí)則是對(duì)flatMap和map的一種包裝。尤其當(dāng)嵌套多個(gè)flatMap和map時(shí)洼滚，使用for comprehension會(huì)更加直觀可讀埂息。翻譯為flatMap，則為：

params("customerId").flatMap{
    r => queryCustomer(r).map {
        c => c
    }
} getOrElse error("Not Found") 

當(dāng)我最初看到Guava設(shè)計(jì)的Optional[T]時(shí)遥巴，我以為是Null Object模式的體現(xiàn)千康。顯然，它的功能要超出Null Object的范疇铲掐。但它也并非Monad拾弃，在前面給出的定義中，我們可以看到Guava的Optional[T]僅提供了map（即定義中的transform)功能摆霉，而沒(méi)有提供更基本的flatMap操作豪椿。具有函數(shù)式編程功能的Scala與Java 8加強(qiáng)了這一功能颠毙，利用Monad強(qiáng)化了程序?qū)ull的處理。