37|实战二（下）：重构ID生成器项目中各函数的异常处理代码
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平时进行软件设计开发的时候，我们除了要保证正常情况下的逻辑运行正确之外，还需要编写大量额外的代码，来处理有可能出现的异常情况，以保证代码在任何情况下，都在我们的掌控之内，不会出现非预期的运行结果。程序的 bug 往往都出现在一些边界条件和异常情况下，所以说，异常处理得好坏直接影响了代码的健壮性。全面、合理地处理各种异常能有效减少代码 bug，也是保证代码质量的一个重要手段。
在上一节课中，我们讲解了几种异常情况的处理方式，比如返回错误码、NULL 值、空对象、异常对象。针对最常用的异常对象，我们还重点讲解了两种异常类型的应用场景，以及针对函数抛出的异常的三种处理方式：直接吞掉、原封不动地抛出和包裹成新的异常抛出。
除此之外，在上一节课的开头，我们还针对 ID 生成器的代码，提出了 4 个有关异常处理的问题。今天，我们就用一节课的时间，结合上一节课讲到的理论知识，来逐一解答一下这几个问题。
话不多说，让我们正式开始今天的内容吧！
重构 generate() 函数
首先，我们来看，对于 generate() 函数，如果本机名获取失败，函数返回什么？这样的返回值是否合理？
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;
}
ID 由三部分构成：本机名、时间戳和随机数。时间戳和随机数的生成函数不会出错，唯独主机名有可能获取失败。在目前的代码实现中，如果主机名获取失败，substrOfHostName 为 NULL，那 generate() 函数会返回类似“null-16723733647-83Ab3uK6”这样的数据。如果主机名获取失败，substrOfHostName 为空字符串，那 generate() 函数会返回类似“-16723733647-83Ab3uK6”这样的数据。
在异常情况下，返回上面两种特殊的 ID 数据格式，这样的做法是否合理呢？这个其实很难讲，我们要看具体的业务是怎么设计的。不过，我更倾向于明确地将异常告知调用者。所以，这里最好是抛出受检异常，而非特殊值。
按照这个设计思路，我们对 generate() 函数进行重构。重构之后的代码如下所示：
public String generate() throws IdGenerationFailureException {
String substrOfHostName = getLastFiledOfHostName();
if (substrOfHostName == null || substrOfHostName.isEmpty()) {
throw new IdGenerationFailureException(“host name is empty.”);
}
long currentTimeMillis = System.currentTimeMillis();
String randomString = generateRandomAlphameric(8);
String id = String.format("%s-%d-%s",
substrOfHostName, currentTimeMillis, randomString);
return id;
}
重构 getLastFiledOfHostName() 函数
对于 getLastFiledOfHostName() 函数，是否应该将 UnknownHostException 异常在函数内部吞掉（try-catch 并打印日志），还是应该将异常继续往上抛出？如果往上抛出的话，是直接把 UnknownHostException 异常原封不动地抛出，还是封装成新的异常抛出？
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;
}
现在的处理方式是当主机名获取失败的时候，getLastFiledOfHostName() 函数返回 NULL 值。我们前面讲过，是返回 NULL 值还是异常对象，要看获取不到数据是正常行为，还是异常行为。获取主机名失败会影响后续逻辑的处理，并不是我们期望的，所以，它是一种异常行为。这里最好是抛出异常，而非返回 NULL 值。
至于是直接将 UnknownHostException 抛出，还是重新封装成新的异常抛出，要看函数跟异常是否有业务相关性。getLastFiledOfHostName() 函数用来获取主机名的最后一个字段，UnknownHostException 异常表示主机名获取失败，两者算是业务相关，所以可以直接将 UnknownHostException 抛出，不需要重新包裹成新的异常。
按照上面的设计思路，我们对 getLastFiledOfHostName() 函数进行重构。重构后的代码如下所示：
private String getLastFiledOfHostName() throws UnknownHostException{
String substrOfHostName = null;
String hostName = InetAddress.getLocalHost().getHostName();
substrOfHostName = getLastSubstrSplittedByDot(hostName);
return substrOfHostName;
}
getLastFiledOfHostName() 函数修改之后，generate() 函数也要做相应的修改。我们需要在 generate() 函数中，捕获 getLastFiledOfHostName() 抛出的 UnknownHostException 异常。当我们捕获到这个异常之后，应该怎么处理呢？
按照之前的分析，ID 生成失败的时候，我们需要明确地告知调用者。所以，我们不能在 generate() 函数中，将 UnknownHostException 这个异常吞掉。那我们应该原封不动地抛出，还是封装成新的异常抛出呢？
我们选择后者。在 generate() 函数中，我们需要捕获 UnknownHostException 异常，并重新包裹成新的异常 IdGenerationFailureException 往上抛出。之所以这么做，有下面三个原因。
- 调用者在使用 generate() 函数的时候，只需要知道它生成的是随机唯一 ID，并不关心 ID 是如何生成的。也就说是，这是依赖抽象而非实现编程。如果 generate() 函数直接抛出 UnknownHostException 异常，实际上是暴露了实现细节。
- 从代码封装的角度来讲，我们不希望将 UnknownHostException 这个比较底层的异常，暴露给更上层的代码，也就是调用 generate() 函数的代码。而且，调用者拿到这个异常的时候，并不能理解这个异常到底代表了什么，也不知道该如何处理。
- UnknownHostException 异常跟 generate() 函数，在业务概念上没有相关性。
按照上面的设计思路，我们对 generate() 的函数再次进行重构。重构后的代码如下所示：
public String generate() throws IdGenerationFailureException {
String substrOfHostName = null;
try {
substrOfHostName = getLastFiledOfHostName();
} catch (UnknownHostException e) {
throw new IdGenerationFailureException(“host name is empty.”);
}
long currentTimeMillis = System.currentTimeMillis();
String randomString = generateRandomAlphameric(8);
String id = String.format("%s-%d-%s",
substrOfHostName, currentTimeMillis, randomString);
return id;
}
重构 getLastSubstrSplittedByDot() 函数
对于 getLastSubstrSplittedByDot(String hostName) 函数，如果 hostName 为 NULL 或者空字符串，这个函数应该返回什么？
@VisibleForTesting
protected String getLastSubstrSplittedByDot(String hostName) {
String[] tokens = hostName.split("\.");
String substrOfHostName = tokens[tokens.length - 1];
return substrOfHostName;
}
理论上讲，参数传递的正确性应该有程序员来保证，我们无需做 NULL 值或者空字符串的判断和特殊处理。调用者本不应该把 NULL 值或者空字符串传递给 getLastSubstrSplittedByDot() 函数。如果传递了，那就是 code bug，需要修复。但是，话说回来，谁也保证不了程序员就一定不会传递 NULL 值或者空字符串。那我们到底该不该做 NULL 值或空字符串的判断呢？
如果函数是 private 类私有的，只在类内部被调用，完全在你自己的掌控之下，自己保证在调用这个 private 函数的时候，不要传递 NULL 值或空字符串就可以了。所以，我们可以不在 private 函数中做 NULL 值或空字符串的判断。如果函数是 public 的，你无法掌控会被谁调用以及如何调用（有可能某个同事一时疏忽，传递进了 NULL 值，这种情况也是存在的），为了尽可能提高代码的健壮性，我们最好是在 public 函数中做 NULL 值或空字符串的判断。
那你可能会说，getLastSubstrSplittedByDot() 是 protected 的，既不是 private 函数，也不是 public 函数，那要不要做 NULL 值或空字符串的判断呢？
之所以将它设置为 protected，是为了方便写单元测试。不过，单元测试可能要测试一些 corner case，比如输入是 NULL 值或者空字符串的情况。所以，这里我们最好也加上 NULL 值或空字符串的判断逻辑。虽然加上有些冗余，但多加些检验总归不会错的。
按照这个设计思路，我们对 getLastSubstrSplittedByDot() 函数进行重构。重构之后的代码如下所示：
@VisibleForTesting
protected String getLastSubstrSplittedByDot(String hostName) {
if (hostName == null || hostName.isEmpty()) {
throw IllegalArgumentException("…"); //运行时异常
}
String[] tokens = hostName.split("\.");
String substrOfHostName = tokens[tokens.length - 1];
return substrOfHostName;
}
按照上面讲的，我们在使用这个函数的时候，自己也要保证不传递 NULL 值或者空字符串进去。所以，getLastFiledOfHostName() 函数的代码也要作相应的修改。修改之后的代码如下所示：
private String getLastFiledOfHostName() throws UnknownHostException{
String substrOfHostName = null;
String hostName = InetAddress.getLocalHost().getHostName();
if (hostName == null || hostName.isEmpty()) { // 此处做判断
throw new UnknownHostException("…");
}
substrOfHostName = getLastSubstrSplittedByDot(hostName);
return substrOfHostName;
}
重构 generateRandomAlphameric() 函数
对于 generateRandomAlphameric(int length) 函数，如果 length < 0 或 length = 0，这个函数应该返回什么？
@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);
}
}
我们先来看 length < 0 的情况。生成一个长度为负值的随机字符串是不符合常规逻辑的，是一种异常行为。所以，当传入的参数 length < 0 的时候，我们抛出 IllegalArgumentException 异常。
我们再来看 length = 0 的情况。length = 0 是否是异常行为呢？这就看你自己怎么定义了。我们既可以把它定义为一种异常行为，抛出 IllegalArgumentException 异常，也可以把它定义为一种正常行为，让函数在入参 length = 0 的情况下，直接返回空字符串。不管选择哪种处理方式，最关键的一点是，要在函数注释中，明确告知 length = 0 的情况下，会返回什么样的数据。
重构之后的 RandomIdGenerator 代码
对 RandomIdGenerator 类中各个函数异常情况处理代码的重构，到此就结束了。为了方便查看，我把重构之后的代码，重新整理之后贴在这里了。你可以对比着看一下，跟你的重构思路是否一致。
public class RandomIdGenerator implements IdGenerator {
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RandomIdGenerator.class);
@Override
public String generate() throws IdGenerationFailureException {
String substrOfHostName = null;
try {
substrOfHostName = getLastFiledOfHostName();
} catch (UnknownHostException e) {
throw new IdGenerationFailureException("…", e);
}
long currentTimeMillis = System.currentTimeMillis();
String randomString = generateRandomAlphameric(8);
String id = String.format("%s-%d-%s",
substrOfHostName, currentTimeMillis, randomString);
return id;
}
private String getLastFiledOfHostName() throws UnknownHostException{
String substrOfHostName = null;
String hostName = InetAddress.getLocalHost().getHostName();
if (hostName == null || hostName.isEmpty()) {
throw new UnknownHostException("…");
}
substrOfHostName = getLastSubstrSplittedByDot(hostName);
return substrOfHostName;
}
@VisibleForTesting
protected String getLastSubstrSplittedByDot(String hostName) {
if (hostName == null || hostName.isEmpty()) {
throw new IllegalArgumentException("…");
}
String[] tokens = hostName.split("\\.");
String substrOfHostName = tokens[tokens.length - 1];
return substrOfHostName;
}
@VisibleForTesting
protected String generateRandomAlphameric(int length) {
if (length <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("…");
}
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);
}
}
重点回顾
好了，今天的内容到此就讲完了。我们一块来总结回顾一下，你需要重点掌握的内容。
今天的内容比较偏实战，是对上节课学到的理论知识的一个应用。从今天的实战中，你学到了哪些更高层的软件设计和开发思想呢？我这里抛砖引玉，总结了下面 3 点。
- 再简单的代码，看上去再完美的代码，只要我们下功夫去推敲，总有可以优化的空间，就看你愿不愿把事情做到极致。
- 如果你内功不够深厚，理论知识不够扎实，那你就很难参透开源项目的代码到底优秀在哪里。就像如果我们没有之前的理论学习，没有今天我给你一点一点重构、讲解、分析，只是给你最后重构好的 RandomIdGenerator 的代码，你真的能学到它的设计精髓吗？
- 对比第 34 节课最初小王的 IdGenerator 代码和最终的 RandomIdGenerator 代码，它们一个是“能用”，一个是“好用”，天壤之别。作为一名程序员，起码对代码要有追求啊，不然跟咸鱼有啥区别！
课堂讨论
我们花了 4 节课的时间，对一个非常简单的、不到 40 行的 ID 生成器代码，做了多次迭代重构。除了刚刚我在“重点回顾”中讲到的那几点之外，从这个迭代重构的过程中，你还学到哪些更有价值的东西？
欢迎在留言区写下你的思考和想法，和同学一起交流和分享。如果有收获，也欢迎你把这篇文章分享给你的朋友。
文章作者 anonymous
上次更新 2024-04-28