第七十六条:努力使失败保持原子性

当对象抛出异常之后,通常我们期望这个对象仍然保持在一种定义良好的可用状态之中,即使失败是发生在执行某个操作的过程中间。对于受检异常而言,这尤其重要,因为调用者期望能从这个异常中进行恢复。一般而言,失败的方法调用应该使对象保持在被调用之前的状态。具有这种属性的方法被称为具有失败原子性。

有几种途径可以实现这种效果。最简单的办法莫过于设计一个不可变的对象(详见第17条)。如果对象是不可变的,失败原则性就是显然的。如果一个操作失败了,它可能会阻止创建新的对象,但是永远也不会使已有的对象保持在不一致的状态之中,因为当每个对象被创建之后它就出于一致的状态,以后也不会再发生变化。

对于在可变对象上执行操作的方法,获得失败原子性最常见的办法是,在执行操作之前检查参数的有效性(详见第49条)。这可以使得在对象的状态被修改之前,先抛出适当的异常。比如,以第7条中的Stack.pop方法为例:

public Object pop() {
  if (size == 0)
    throw new EmptyStackException();
  Object result = elements[--size];
  elements[size] = null; // Eliminate obsolete reference return result;
}

如果取消对初始化大小的检查,当这个方法企图从一个空栈中弹出元素时,它仍然会抛出异常。然而,这将会导致size域保持在不一致的状态(负数)之中,从而导致将来对改对象的任何方法调用都会失败。此外,那时,pop方法抛出的ArrayIndexOutOfBoundsException异常对于抽象来说也是不恰当的(详见第73条)。

一种类似的获得失败原则性的办法是,调整计算处理过程的顺序,使得任何可能会失败的计算部分都在对象状态被修改之前发生。如果对参数的检查只有在执行了部分计算之后才能进行,这种办法实际上就是上一种办法的自然扩展。比如,以TreeMap的情形为例,它的元素被按照某种特定的顺序做了排序。为了向TreeMap中添加元素,该元素的类型就必须是可以利用TreeMap的排序准则与其他元素进行比较的。如果企图增加类型不正确的元素,在tree以任何方式被修改之前,自然会导致ClassCastException异常。

第三种获得失败原子性的办法是,在对象的一份临时拷贝上执行操作,当操作完成之后再用临时拷贝中的结果代替对象的内容。如果数据保存在临时的数据结构中,计算过程会更加迅速,使用这种办法就是件很自然的事。例如,有些排序函数会在执行排序之前,先把它的输入列表备份到一个数组中,以便降低在排序的内循环中访问元素所需要的开销。这是出于性能考虑的做法,但是,它增加了一项优势:即便排序失败,它也能保证输入列表保持原因。

最后一种获得失败原子性的办法远远没有那么常用,做法是编写一段恢复代码,由它来拦截操作过程中发生的失败,以及使对象回滚到操作开始之前的状态上。这种办法主要用于永久性的(基于磁盘的)数据结构。

虽然一般情况下都希望实现失败原子性,但并非总是可以做到。举个例子,如果两个线程企图在没有适当的同步机制的情况下,并发的修改同一个对象,这个对象就有可能被留在不一致的状态之中。因此,在捕获了ConcurrentModificationException异常之后再假设对象仍然是可用的,这就是不正确的。错误通常是不可恢复的,因此,当方法抛出AssertionError时,不需要努力去保持失败原子性。

即使在可以实现失败原子性的场合,它也并不总是人们所期望的。对于某些操作,它会显著的增加开销或者复杂性。也就是说,一旦了解了这个问题,获得失败原子性往往既简单又容易。

总而言之,作为方法规范的一部分,它产生的任何异常都应该让对象保持在调用该方法之前的状态。如果违反这条规则,API文档就应该清楚的指明对象将会处于什么样的状态。遗憾的是,大量现有的API文档未能做到这一点。

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