Ausnahmslos? – Wie man ohne Exceptions auskommt

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1. Copyright © 2012 MATHEMA Software GmbH Ausnahmslos? Wie man ohne Exceptions auskommt Lars Hupel lars.hupel@tum.de larsrh.github.com
2. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation http://geekandpoke.typepad.com/geekandpoke/2010/05/coders-revenge.html Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 2 / 32
3. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Fahrplan Fehlerbehandlung anderswo Fehlerbehandlung in Java Wie Exceptions missbraucht werden (können) Exceptions und Lambdas in Java 8? Modellierung von Exceptions mittels Validation Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 3 / 32
4. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Low-Level-Fehlerbehandlung Am Anfang war der Interrupt. Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 4 / 32
5. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Fehlerbehandlung in C FILE * file = fopen("input", "r"); if (!file) printf("%d %s\n", errno, strerror(errno)); mögliche Werte für errno: EACCES, EFAULT, EINTR, ELOOP, EMFILE, ENAMETOOLONG, ... Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 5 / 32
6. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Fehlerbehandlung in C++ C++ kennt Exceptions. void e1() throw(std::exception) { throw 5; } void e2() throw() { throw std::exception(); } void e3() { throw; } Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 6 / 32
7. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Exceptions in Java Java setzt vollständig auf Exceptions Unterscheidung: checked/unchecked Checked exceptions müssen deklariert oder abgefangen werden Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 7 / 32
8. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Exceptions in Java Demo exc.java exc.scala Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 8 / 32
9. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Checked exceptions VM Spec § 4.7.4 “A method should throw an exception only if at least one of the following three criteria is met: 1. The exception is an instance of RuntimeException [...] 2. The exception is an instance of Error [...] 3. The exception is [...] specified in the exception_index_table [...] These requirements are not enforced in the Java virtual machine; they are enforced only at compile time.” Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 9 / 32
10. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Checked exceptions und Type erasure Demo Unchecked.java Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 10 / 32
11. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Exceptions und Generics Exceptions unterliegen Type Erasure catch-Block im Wesentlichen instanceof-Test Exceptions dürfen nicht generisch sein Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 11 / 32
12. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Type casing in Java if (tree instanceof Leaf) { ((Leaf) tree).getValue() } kein Exhaustiveness-Check tree behält den Typ Tree Compiler kann Korrektheit nicht prüfen Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 12 / 32
13. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Type casing in Java if (tree instanceof Leaf) { ((Leaf) tree).getValue() } kein Exhaustiveness-Check tree behält den Typ Tree Compiler kann Korrektheit nicht prüfen Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 12 / 32
14. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Type casing in Java Im Vergleich dazu: catch (IOException ex) { ex.printStackTrace(); } Exhaustiveness-Check im Catch-Block hat ex den Typ IOException Compiler prüft Korrektheit Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 13 / 32
15. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Type casing in Java Im Vergleich dazu: catch (IOException ex) { ex.printStackTrace(); } Exhaustiveness-Check im Catch-Block hat ex den Typ IOException Compiler prüft Korrektheit Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 13 / 32
16. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Type casing in Java Demo Tree.java Depth.java Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 14 / 32
17. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Exceptions und Lambdas interface F<T, R, E extends Throwable> { R f(T t) throws E; } konkrete Syntax ist noch unklar Beispiel: {T=>R throws E} Verwendung mit Varianz: F<? θ T, ? θ R, ? θ E> Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 15 / 32
18. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Exceptions und Lambdas interface F<T, R, E extends Throwable> { R f(T t) throws E; } konkrete Syntax ist noch unklar Beispiel: {T=>R throws E} Verwendung mit Varianz: F<? θ T, ? θ R, ? θ E> Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 15 / 32
19. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Exceptions und Lambdas interface F<T, R, E extends Throwable> { R f(T t) throws E; } konkrete Syntax ist noch unklar Beispiel: {T=>R throws E} Verwendung mit Varianz: F<? super T, ? θ R, ? θ E> Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 15 / 32
20. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Exceptions und Lambdas interface F<T, R, E extends Throwable> { R f(T t) throws E; } konkrete Syntax ist noch unklar Beispiel: {T=>R throws E} Verwendung mit Varianz: F<? super T, ? extends R, ? θ E> Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 15 / 32
21. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Exceptions und Lambdas interface F<T, R, E extends Throwable> { R f(T t) throws E; } konkrete Syntax ist noch unklar Beispiel: {T=>R throws E} Verwendung mit Varianz: F<? super T, ? extends R, ? extends E> Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 15 / 32
22. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Exceptions und Lambdas F<? super T, ? extends R, ? extends E> T verhält sich kontravariant R und E verhalten sich kovariant F#f liefert entweder R oder E Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 16 / 32
23. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Exceptions und Lambdas F<? super T, ? extends R, ? extends E> T verhält sich kontravariant R und E verhalten sich kovariant F#f liefert entweder R oder E Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 16 / 32
24. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Exception als Rückgabewert interface F<T, R, E extends Throwable> { Either<E, R> f(T t); } Either<E, R> ist ein Interface mit genau zwei Subklassen: 1. Left<E> für den Fehlerfall 2. Right<R> für den Erfolgsfall Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 17 / 32
25. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Either Welche Operationen muss Either anbieten? eine Funktion im Erfolgsfall anwenden eine Funktion im Fehlerfall anwenden einen Defaultwert zurückgeben eine Funktion anwenden, die fehlschlagen kann Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 18 / 32
26. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation http://golem.ph.utexas.edu/category/2012/01/vorsicht_funktor.html Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 19 / 32
27. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation ... und Halbgruppen http://golem.ph.utexas.edu/category/2012/01/vorsicht_funktor.html Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 19 / 32
28. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Operationen auf Listen map: List<B> map(List<A> list, F<A, B> f) mapAll: List<B> map(List<A> list, List<F<A, B>> fs) Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 20 / 32
29. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Operationen auf Listen Verallgemeinerung Funktor: M[A] => (A => B) => M[B] Applicative: M[A] => M[A => B] => M[B] Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 21 / 32
30. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Validation isomorph zu Either Fälle: Failure und Success für Validation kann map definiert werden aber: was ist M[_]? ({ type λ[α] = Validation[E, α]})#λ Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 22 / 32
31. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Validation isomorph zu Either Fälle: Failure und Success für Validation kann map definiert werden aber: was ist M[_]? ({ type λ[α] = Validation[E, α]})#λ Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 22 / 32
32. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Validation isomorph zu Either Fälle: Failure und Success für Validation kann map definiert werden aber: was ist M[_]? ({ type λ[α] = Validation[E, α]})#λ Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 22 / 32
33. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Validation isomorph zu Either Fälle: Failure und Success für Validation kann map definiert werden aber: was ist M[_]? ({ type λ[α] = Validation[E, α]})#λ Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 22 / 32
34. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Fehlerakkumulation Sammeln von Eingabewerten, Produzieren eines Ausgabewerts beim Sammeln können Fehler auftreten schlecht: “Fail fast” besser: alle Fehler sammeln, dann melden Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 23 / 32
35. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Fehlerakkumulation Sammeln von Eingabewerten, Produzieren eines Ausgabewerts beim Sammeln können Fehler auftreten schlecht: “Fail fast” besser: alle Fehler sammeln, dann melden Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 23 / 32
36. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Halbgruppen und Monoide http://scienceblogs.com/goodmath/2008/02/full_circle_the_categorical_mo.php Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 24 / 32
37. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Halbgruppen Ein Typ stellt eine Halbgruppe dar, wenn dieser eine zweistellige Operation ◦ anbietet für die gilt: a ◦ (b ◦ c) = (a ◦ b) ◦ c (Assoziativität) Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 25 / 32
38. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Halbgruppen ... in Code interface Semigroup<A> { /** * Associative addition operation. */ A sum(A a1, A a2); } Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 26 / 32
39. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Halbgruppen Beispiele (int, *) (String, +) für alle A: (List<A>, append) Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 27 / 32
40. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Halbgruppen Beispiele (int, *) (String, +) für alle A: (List<A>, append) Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 27 / 32
41. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Listen zur Fehlerakkumulation Idee: Validation<List<E>, A> aber: Was bedeutet Failure(List())? Problem: List erlaubt leere Listen Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 28 / 32
42. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Listen zur Fehlerakkumulation Idee: Validation<List<E>, A> aber: Was bedeutet Failure(List())? Problem: List erlaubt leere Listen Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 28 / 32
43. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Listen zur Fehlerakkumulation Idee: Validation<List<E>, A> aber: Was bedeutet Failure(List())? Problem: List erlaubt leere Listen Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 28 / 32
44. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Listen zur Fehlerakkumulation Lösung: Nichtleere Listen class NonEmptyList<A> { public final A head; public final List<A> tail; } Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 29 / 32
45. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Fehlerakkumulation im Einsatz Demo Validation.scala Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 30 / 32
46. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Fazit “Non-breaking error handling is just an applicative functor on a partially applied disjoint union type constructor with semigroup error elements so what’s the big deal?” – Tony Morris Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 31 / 32
47. Anderswo In Java Missbrauch Java 8? Validation Fragen? larsrh.github.com Lars Hupel Ausnahmslos? 25. Februar 2012 32 / 32