Introduce Null Object(引入Null对象)
你需要再三检查某对象是否为null。
将null值替换为null对象。
- if (customer == null) plan = BillingPlan.basic();
- else plan = customer.getPlan();
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动机
多态的最根本好处在于:你不必再向对象询问"你是什么类型"而后根据得到的答案调用对象的某个行为--你只管调用该行为就是了,其他的一切多态机制会为你安排妥当。当某个字段内容是null 时,多态可扮演另一个较不直观(亦较不为人所知)的用途。让我们先听听Ron Jeffries的故事。
--Ron Jeffries
我们第一次使用Null Object模式,是因为Rich Garzaniti发现,系统在向对象发送一个消息之前,总要检查对象是否存在,这样的检查出现很多次。我们可能会向一个对象索求它所相关的Person对象,然后再问那个对象是否为null。如果对象的确存在,我们才能调用它的rate()函数以查询这个人的薪资级别。我们在好些地方都是这样做的,造成的重复代码让我们很烦心。
所以,我们编写了一个MissingPerson类,让它返回'0'薪资等级[我们也把空对象(null object)称为虚拟对象(missing object)]。很快地,MissingPerson就有了很多函数,rate()自然是其中之一。如今我们的系统有超过80个空对象类。
我们常常在显示信息的时候使用空对象。例如我们想要显示一个Person对象信息,它大约有20个实例变量。如果这些变量可被设为null,那么打印一个Person对象的工作将非常复杂。所以我们不让实例变量被设为null,而是插入各式各样的空对象--它们都知道如何正确地显示自己。这样,我们就可以摆脱大量过程化的代码。
我们对空对象的最聪明运用,就是拿它来表示不存在的Gemstone会话:我们使用Gemstone数据库来保存成品(程序代码),但我们更愿意在没有数据库的情况下进行开发,每过一周左右再把新代码放进Gemstone数据库。然而在代码的某些地方,我们必须登录一个Gemstone会话。当没有Gemstone数据库时,我们就仅仅安插一个"虚构的Gemstone会话",其接口和真正的Gemstone会话一模一样,使我们无需判断数据库是否存在,就可以进行开发和测试。
空对象的另一个用途是表现出"虚构的箱仓"(missing bin)。所谓"箱仓",这里是指集合,用来保存某些薪资值,并常常需要对各个薪资值进行加和或遍历。如果某个箱仓不存在,我们就给出一个虚构的箱仓对象,其行为和一个空箱仓一样。这个虚构箱仓知道自己其实不带任何数据,总值为0。通过这种做法,我们就不必为上千位员工每人产生数十来个空箱对象了。
使用空对象时有个非常有趣的性质:系统几乎从来不会因为空对象而被破坏。由于空对象对所有外界请求的响应都和真实对象一样,所以系统行为总是正常的。但这并非总是好事,有时会造成问题的侦测和查找上的困难,因为从来没有任何东西被破坏。当然,只要认真检查一下,你就会发现空对象有时出现在不该出现的地方。
请记住:空对象一定是常量,它们的任何成分都不会发生变化。因此我们可以使用Singleton模式[Gang of Four]来实现它们。例如不管任何时候,只要你索求一个MissingPerson对象,得到的一定是MissingPerson 的唯一实例。
关于Null Object模式,你可以在Woolf [Woolf]中找到更详细的介绍。
做法
为源类建立一个子类,使其行为就像是源类的null版本。在源类和null子类中都加上isNull()函数,前者的isNull()应该返回false,后者的isNull()应该返回true。
下面这个办法也可能对你有所帮助:建立一个nullable接口,将isNull()函数放在其中,让源类实现这个接口。
另外,你也可以创建一个测试接口,专门用来检查对象是否为null。
编译。
找出所有"索求源对象却获得一个null"的地方。修改这些地方,使它们改而获得一个空对象。
找出所有"将源对象与null做比较"的地方。修改这些地方,使它们调用isNull()函数。
你可以每次只处理一个源对象及其客户程序,编译并测试后,再处理另一个源对象。
你可以在"不该再出现null"的地方放上一些断言,确保null的确不再出现。这可能对你有所帮助。
编译,测试。
找出这样的程序点:如果对象不是null,做A动作,否则做B动作。
对于每一个上述地点,在null类中覆写A动作,使其行为和B动作相同。
使用上述被覆写的动作,然后删除"对象是否等于null"的条件测试。编译并测试。
范例
一家公用事业公司的系统以Site表示地点(场所)。庭院宅第(house)和集体公寓(apartment)都使用该公司的服务。任何时候每个地点都拥有(或说都对应于)一个顾客,顾客信息以Customer表示:
- class Site...
- Customer getCustomer() {
- return _customer;
- }
- Customer _customer;
Customer有很多特性,我们只看其中三项:
- class Customer...
- public String getName() {...}
- public BillingPlan getPlan() {...}
- public PaymentHistory getHistory() {...}
本系统又以PaymentHistory表示顾客的付款记录,它也有其自己的特性:
- public class PaymentHistory...
- int getWeeksDelinquentInLastYear()
上面的各种取值函数允许客户取得各种数据。但有时候一个地点的顾客搬走了,新顾客还没搬进来,此时这个地点就没有顾客。由于这种情况有可能发生,所以我们必须保证Customer的所有用户都能够处理"Customer对象等于null"的情况。下面是一些示例片段:
- Customer customer = site.getCustomer();
- BillingPlan plan;
- if (customer == null) plan = BillingPlan.basic();
- else plan = customer.getPlan();
- ...
- String customerName;
- if (customer == null) customerName = "occupant";
- else customerName = customer.getName();
- ...
- int weeksDelinquent;
- if (customer == null) weeksDelinquent = 0;
- else weeksDelinquent = customer.getHistory().
- getWeeksDelinquentInLastYear();
这个系统中可能有许多地方使用Site和Customer对象,它们都必须检查Customer对象是否等于null,而这样的检查完全是重复的。看来是使用空对象的时候了。
首先新建一个NullCustomer,并修改Customer,使其支持"对象是否为null"的检查:
- class NullCustomer extends Customer {
- public boolean isNull() {
- return true;
- }
- }
- class Customer...
- public boolean isNull() {
- return false;
- }
- protected Customer() {} //needed by the NullCustomer
如果你无法修改Customer,可以使用第266页的做法:建立一个新的测试接口。
如果你喜欢,也可以新建一个接口,昭告大家"这里使用了空对象":
- interface Nullable {
- boolean isNull();
- }
- class Customer implements Nullable
我还喜欢加入一个工厂函数,专门用来创建NullCtomer对象。这样一来,用户就不必知道空对象的存在了:
- class Customer...
- static Customer newNull() {
- return new NullCustomer();
- }
接下来的部分稍微有点麻烦。对于所有"返回null"的地方,我都要将它改为"返回空对象"。此外,我还要把foo==null这样的检查替换成foo.isNull()。我发现下列办法很有用:查找所有提供Customer对象的地方,将它们都加以修改,使它们不能返回null,改而返回一个NullCustomer对象。
- class Site...
- Customer getCustomer() {
- return (_customer == null) ?
- Customer.newNull():
- _customer;
- }
另外,我还要修改所有使用Customer对象的地方,让它们以isNull()函数进行检查,不再使用==null检查方式。
- Customer customer = site.getCustomer();
- BillingPlan plan;
- if (customer.isNull()) plan = BillingPlan.basic();
- else plan = customer.getPlan();
- ...
- String customerName;
- if (customer.isNull()) customerName = "occupant";
- else customerName = customer.getName();
- ...
- int weeksDelinquent;
- if (customer.isNull()) weeksDelinquent = 0;
- else weeksDelinquent = customer.getHistory().
- getWeeksDelinquentInLastYear();
毫无疑问,这是本项重构中最需要技巧的部分。对于每一个需要替换的可能等于null的对象,我都必须找到所有检查它是否等于null的地方,并逐一替换。如果这个对象被传播到很多地方,追踪起来就很困难。上述范例中,我必须找出每一个类型为Customer的变量,以及它们被使用的地点。很难将这个过程分成更小的步骤。有时候我发现可能等于null的对象只在某几处被用到,那么替换工作比较简单;但是大多数时候我必须做大量替换工作。还好,撤销这些替换并不困难,因为我可以不太困难地找出对isNull()的调用动作,但这毕竟也是很零乱很恼人的。
这个步骤完成之后,如果编译和测试都顺利通过,我就可以宽心地露出笑容了。接下来的动作比较有趣。到目前为止,使用isNull()函数尚未带来任何好处。只有把相关行为移到NullCustomer中并去除条件表达式之后,我才能得到切实的利益。我可以逐一将各种行为移过去。首先从"取得顾客名称"这个函数开始。此时的客户端代码大约如下:
- String customerName;
- if (customer.isNull()) customerName = "occupant";
- else customerName = customer.getName();
首先为NullCustomer加入一个合适的函数,通过这个函数来取得顾客名称:
- class NullCustomer...
- public String getName(){
- return "occupant";
- }
- 现在,我可以去掉条件代码了:
- String customerName = customer.getName();
接下来我以相同手法处理其他函数,使它们对相应查询做出合适的响应。此外我还可以对修改函数做适当的处理。于是下面这样的客户端程序:
- if (! customer.isNull())
- customer.setPlan(BillingPlan.special());
- 就变成了这样:
- customer.setPlan(BillingPlan.special());
- class NullCustomer...
- public void setPlan (BillingPlan arg) {}
请记住:只有当大多数客户代码都要求空对象做出相同响应时,这样的行为搬移才有意义。注意,我说的是"大多数"而不是"所有"。任何用户如果需要空对象做出不同响应,他们仍然可以使用isNull()函数来测试。只要大多数客户端都要求空对象做出相同响应,他们就可以调用默认的null行为,而你也就受益匪浅了。
上述范例略带差异的某种情况是,某些客户端使用Customer函数的运算结果:
- if (customer.isNull()) weeksDelinquent = 0;
- else weeksDelinquent = customer.getHistory().
- getWeeksDelinquentInLastYear();
- 我可以新建一个NullPaymentHistory类,用以处理这种情况:
- class NullPaymentHistory extends PaymentHistory...
- int getWeeksDelinquentInLastYear() {
- return 0;
- }
- 并修改NullCustomer,让它返回一个NullPaymentHistory对象:
- class NullCustomer...
- public PaymentHistory getHistory() {
- return PaymentHistory.newNull();
- }
- 然后,我同样可以删除这一行条件代码:
- int weeksDelinquent = customer.getHistory().
- getWeeksDelinquentInLastYear();
你常常可以看到这样的情况:空对象会返回其他空对象。
范例:测试接口
除了定义isNull()之外,你也可以建立一个用以检查"对象是否为null"的接口。
使用这种办法,需要新建一个Null接口,其中不定义任何函数:
- interface Null {}
- 然后,让空对象实现Null接口:
- class NullCustomer extends Customer implements Null...
- 然后,我就可以用instanceof操作符检查对象是否为null:
- aCustomer instanceof Null
通常我尽量避免使用instanceof操作符,但在这种情况下,使用它是没问题的。而且这种做法还有另一个好处:不需要修改Customer。这么一来即使无法修改Customer源码,我也可以使用空对象。
其他特殊情况
使用本项重构时,你可以有几种不同的空对象,例如你可以说"没有顾客"(新建的房子和暂时没人住的房子)和"不知名顾客"(有人住,但我们不知道是谁)这两种情况是不同的。果真如此,你可以针对不同的情况建立不同的空对象类。有时候空对象也可以携带数据,例如不知名顾客的使用记录等,于是我们可以在查出顾客姓名之后将账单寄给他。
本质上来说,这是一个比Null Object模式更大的模式:Special Case模式。所谓特例类(special case),也就是某个类的特殊情况,有着特殊的行为。因此表示"不知名顾客"的UnknownCustomer和表示"没有顾客"的NoCustomer都是Customer的特例。你经常可以在表示数量的类中看到这样的"特例类",例如Java浮点数有"正无穷大"、"负无穷大"和"非数量"(NaN)等特例。特例类的价值是:它们可以降低你的"错误处理"开销,例如浮点运算决不会抛出异常。如果你对NaN做浮点运算,结果也会是个NaN。这和"空对象的访问函数通常返回另一个空对象"是一样的道理。