Kotlin 和 Checked Exception

最近 JetBrains 的 Kotlin 語言忽然成了熱門話題。國內小編們傳言說，Kotlin 取代了 Java，成為了 Android 的“欽定語言”，很多人聽了之后熱血沸騰。初學者們也開始注意到 Kotlin，問出各種“傻問題”，很“功利”的問題，比如“現在學 Kotlin 是不是太早了一點？” 結果引起一些 Kotlin 老鳥們的鄙視。當然也有人來信，請求我評價 Kotlin。
對于這種評價語言的請求，我一般都不予理睬的。作為一個專業的語言研究者，我的職責不應該是去評價別人設計的語言。然而瀏覽了 Kotlin 的文檔之后，我發現 Kotlin 的設計者誤解了一個重要的問題——關于是否需要 checked exception。對于這個話題我已經思考了很久，覺得有必要分享一下我對此的看法，避免誤解的傳播，所以我還是決定寫一篇文章。
可以說我這篇文章針對的是 checked exception，而不是 Kotlin，因為同樣的問題也存在于 C# 和其它一些語言。
冷靜一下
在進入主題之前，我想先糾正一些人的誤解，讓他們冷靜下來。我們首先應該搞清楚的是，Kotlin 并不是像有些國內媒體傳言的那樣，要“取代 Java 成為 Android 的官方語言”。準確的說，Kotlin 只是得到了 Android 的“官方支持”，所以你可以用 Kotlin 開發 Android 程序，而不需要繞過很多限制。可以說 Kotlin 跟 Java 一樣，都是 Android 的官方語言，但 Kotlin 不會取代 Java，它們是一種并存關系。
這里我不得不批評一下有些國內技術媒體，他們似乎很喜歡片面報道和歪曲夸大事實，把一個平常的事情吹得天翻地覆。如果你看看國外媒體對 Kotlin 的報道，就會發現他們用詞的迥然不同：
Google’s Java-centric Android mobile development platform is adding the Kotlin language as an officially supported development language, and will include it in the Android Studio 3.0 IDE.

譯文：Google 的以 Java 為核心的 Android 移動開發平臺，加入了 Kotlin 作為官方支持的開發語言。它會被包含到 Android Studio 3.0 IDE 里面。

看明白了嗎？不是“取代了 Java”，而只是給了大家另一個“選擇”。我發現國內的技術小編們似乎很喜歡把“選擇”歪曲成“取代”。前段時間這些小編們也有類似的謠傳，說斯坦福大學把入門編程課的語言“換成了 JavaScript”，而其實別人只是另外“增加”了一門課，使用 JavaScript 作為主要編程語言，原來以 Java 為主的入門課并沒有被去掉。我希望大家在看到此類報道的時候多長個心眼，要分清楚“選擇”和“取代”，不要盲目的相信一個事物會立即取代另一個。
Android 顯然不可能拋棄 Java 而擁抱 Kotlin。畢竟現有的 Android 代碼絕大部分都是 Java 寫的，絕大部分程序員都在用 Java。很多人都知道 Java 的好處，所以他們不會愿意換用一個新的，未經時間考驗的語言。所以雖然 Kotlin 在 Android 上得到了和 Java 平起平坐的地位，想要程序員們從 Java 轉到 Kotlin，卻不是一件容易的事情。
我不明白為什么每當出現一個 JVM 的語言，就有人歡呼雀躍的，希望它會取代 Java，似乎這些人跟 Java 有什么深仇大恨。他們已經為很多新語言熱血沸騰過了，不是嗎？Scala，Clojure…… 一個個都像中國古代的農民起義一樣，煽動一批人起來造反，而其實自己都不知道自己在干什么。Kotlin 的主頁也把“drastically reduce the amount of boilerplate code”作為了自己的一大特色，仿佛是在暗示大家 Java 有很多“boilerplate code”。
如果你經過理性的分析，就會發現 Java 并不是那么的討厭。正好相反，Java 的有些設計看起來“繁復多余”，實際上卻是經過深思熟慮的決定。Java 的設計者知道有些地方可以省略，卻故意把它做成多余的。不理解語言“可用性”的人，往往盲目地以為簡短就是好，多寫幾個字就是丑陋不優雅，其實不是那樣的。關于 Java 的良好設計，你可以參考我之前的文章《為 Java 說句公道話》。另外在《對 Rust 語言的分析》里面，我也提到一些容易被誤解的語言可用性問題。我希望這些文章對人們有所幫助，避免他們因為偏執而扔掉好的東西。
實際上我很早以前就發現了 Kotlin，看過它的文檔，當時并沒有引起我很大的興趣。現在它忽然火了起來，我再次瀏覽它的新版文檔，卻發現自己還是會繼續使用 Java 或者 C++。雖然我覺得 Kotlin 比起 Java 在某些小地方設計相對優雅，一致性稍好一些，然而我并沒有發現它可以讓我興奮到愿意丟掉 Java 的地步。實際上 Kotlin 的好些小改進，我在設計自己語言的時候都已經想到了，然而我并不覺得它們可以成為人們換用一個新語言的理由。
Checked Exception（CE）的重要性
有幾個我覺得很重要的，具有突破性的語言特性，Kotlin 并沒有實現。另外我還發現一個很重要的 Java 特性，被 Kotlin 的設計者給盲目拋棄了。這就是我今天要講的主題：checked exception。我不知道這個術語有什么標準的中文翻譯，為了避免引起定義混亂，下文我就把它簡稱為“CE”好了。
先來科普一下 CE 到底是什么吧。Java 要求你必須在函數的類型里面聲明它可能拋出的異常。比如，你的函數如果是這樣：
void foo(string filename) throws FileNotFoundException{ if (...) { throw new FileNotFoundException(); } ...}

Java 要求你必須在函數頭部寫上“throws FileNotFoundException”，否則它就不能編譯。這個聲明表示函數在某些情況下，會拋出 FileNotFoundException 這個異常。由于編譯器看到了這個聲明，它會嚴格檢查你對 foo 函數的用法。在調用 foo 的時候，你必須使用 try-catch 處理這個異常，或者在調用的函數頭部也聲明 “throws FileNotFoundException”，把這個異常傳遞給上一層調用者。
try{ foo("blah");} catch (FileNotFoundException e){ ...}

這種對異常的聲明和檢查，叫做“checked exception”。很多語言（包括 C++，C#，JavaScript，Python……）都有異常機制，但它們不要求你在函數的類型里面聲明可能出現的異常類型，也不使用靜態類型系統對異常的處理進行檢查和驗證。我們說這些語言里面有“exception”，卻沒有“checked exception”。
理解了 CE 這個概念，下面我們來談正事：Kotlin 和 C# 對 CE 的誤解。
Kotlin 的文檔明確的說明，它不支持類似 Java 的 checked exception（CE），指出 CE 的缺點是“繁瑣”，并且列舉了幾個普通程序員心目中“大牛”的文章，想以此來證明為什么 Java 的 CE 是一個錯誤，為什么它不解決問題，卻帶來了麻煩。這些人包括了 Bruce Eckel 和 C# 的設計者 Anders Hejlsberg。
很早的時候我就看過 Hejlsberg 的這些言論。他的話看似有道理，然而通過自己編程和設計語言的實際經驗，我發現他并沒有抓住問題的關鍵。他的論述里有好幾處邏輯錯誤，一些自相矛盾，還有一些盲目的臆斷，所以這些言論并沒能說服我。正好相反，實在的項目經驗告訴我，CE 是 C# 缺少的一項重要特性，沒有了 CE 會帶來相當麻煩的后果。在微軟寫 C# 的時候，我已經深刻體會到了缺少 CE 所帶來的困擾。現在我就來講一下，CE 為什么是很重要的語言特性，然后講一下為什么 Hejlsberg 對它的批評是站不住腳的。
首先，寫 C# 代碼時最讓我頭痛的事情之一，就是 C# 沒有 CE。每調用一個函數（不管是標準庫函數，第三方庫函數，還是隊友寫的函數，甚至我自己寫的函數），我都會疑惑這個函數是否會拋出異常。由于 C# 的函數類型上不需要標記它可能拋出的異常，為了確保一個函數不會拋出異常，你就需要檢查這個函數的源代碼，以及它調用的那些函數的源代碼……
也就是說，你必須檢查這個函數的整個“調用樹”的代碼，才能確信這個函數不會拋出異常。這樣的調用樹可以是非常大的。說白了，這就是在用人工對代碼進行“全局靜態分析”，遍歷整個調用樹。這不但費時費力，看得你眼花繚亂，還容易漏掉出錯。顯然讓人做這種事情是不現實的，所以絕大部分時候，程序員都不能確信這個函數調用不會出現異常。
在這種疑慮的情況下，你就不得不做最壞的打算，你就得把代碼寫成：
try{ foo();} catch (Exception){ ...}

注意到了嗎，這也就是你寫 Java 代碼時，能寫出的最糟糕的異常處理代碼！因為不知道 foo 函數里面會有什么異常出現，所以你的 catch 語句里面也不知道該做什么。大部分人只能在里面放一條 log，記錄異常的發生。這是一種非常糟糕的寫法，不但繁復，而且可能掩蓋運行時錯誤。有時候你發現有些語句莫名其妙沒有執行，折騰好久才發現是因為某個地方拋出了異常，所以跳到了這種 catch 的地方，然后被忽略了。如果你忘了寫 catch (Exception)，那么你的代碼可能運行了一段時間之后當掉，因為忽然出現一個測試時沒出現過的異常……
所以對于 C# 這樣沒有 CE 的語言，很多時候你必須莫名其妙這樣寫，這種做法也就是我在微軟的 C# 代碼里經常看到的。問原作者為什么那里要包一層 try-catch，答曰：“因為之前這地方出現了某種異常，所以加了個 try-catch，然后就忘了當時出現的是什么異常，具體是哪一條語句會出現異常，總之那一塊代碼會出現異常……” 如此寫代碼，自己心虛，看的人也糊涂，軟件質量又如何保證？
那么 Java 呢？因為 Java 有 CE，所以當你看到一個函數沒有聲明異常，就可以放心的省掉 try-catch。所以這個 C# 的問題，自然而然就被避免了，你不需要在很多地方疑惑是否需要寫 try-catch。Java 編譯器的靜態類型檢查會告訴你，在什么地方必須寫 try-catch，或者加上 throws 聲明。如果你用 IntelliJ，把光標放到 catch 語句上面，可能拋出那種異常的語句就會被加亮。C# 代碼就不可能得到這樣的幫助。

注意到了嗎，這種給每個函數加上 throws Exception
或者 catch (Exception)
的做法，也就是我在《編程的智慧》里面指出的經典錯誤做法。要讓 CE 可以起到良好的作用，你必須避免這樣的用法，你必須知道自己在干什么，必須知道被調用的函數拋出的 exception 是什么含義，必須思考如何正確的處理它們。
另外 CE 就像 union type 一樣，如果你不小心分析，不假思索就拋出異常，就會遇到他提到的“拋出 80 多種異常”的情況。出現這種情況往往是因為程序員沒有仔細思考，沒有處理本來該自己處理的異常，而只是簡單的把下層的異常加到自己函數類型里面。在多層調用之后，你就會發現最上面的函數累積起很多種異常，讓調用者不知所措，只好傳遞這些異常，造成惡性循環。終于有人煩得不行，把它改成了“throws Exception”。
我在使用 Typed Racket 的 union type 時也遇到了類似的問題，但只要你嚴格檢查被調用函數的異常，盡量不讓它們傳播，嚴格限制自己拋出的異常數目，縮小可能出現的異常范圍，這種情況是可以避免的。CE 和 union type 強迫你仔細的思考，理順這些東西之后，你就會發現代碼變得非常縝密而優雅。其實就算你寫 C 代碼或者 JavaScript，這些問題是同樣存在的，只不過這些語言沒有強迫你去思考，所以很多時候問題被稀里糊涂掩蓋了起來，直到很長時間之后才暴露出來，不可救藥。
所以可以說，這些問題來自于程序員自己，而不是 CE 本身。CE 只提供了一種機制，至于程序員怎么使用它，是他們自己的職責。再好的特性被濫用，也會產生糟糕的結果。Hejlsberg 對這些問題使用了站不住腳的理論。如果你假設程序員都是糊里糊涂寫代碼，那么你可以得出無比驚人的結論：所有用于防止錯誤的語言特性都是沒用的！因為總有人可以懶到不理解這些特性的用法，所以他總是可以濫用它們，繞過它們，寫出錯誤百出的代碼，所以靜態類型沒用，CE 沒用，…… 有這些特性的語言都是垃圾，大家都寫 PHP 就行了 ;)
Hejlsberg 把這些不理解 CE 用法，懶惰，濫用它的人作為依據，以至于得出 CE 是沒用的特性，以至于不把它放到 C# 里面。由于某些人會誤用 CE，結果就讓真正理解它的人也不能用它。最后所有人都退化到最笨的情況，大家都只好寫 catch (Exception)
。在 Java 里，至少有少數人知道應該怎么做，在 C# 里，所有人都被迫退化成最差的 Java 程序員 ;)
另外，Hejlsberg 還指出 C# 代碼里沒有被 catch 的異常，應該可以用“靜態分析”檢查出來。可以看出來，他并不理解這種靜態檢查是什么規模的問題。要能用靜態分析發現 C# 代碼里被忽略的異常，你必須進行“全局分析”，也就是說為了知道一個函數是否會拋出異常，你不能只看這個函數。你必須分析這個函數的代碼，它調用的代碼，它調用的代碼調用的代碼…… 所以你需要分析超乎想象的代碼量，而且很多時候你沒有源代碼。所以對于大型的項目，這顯然是不現實的。
相比之下，Java 要求你對異常進行 throws 顯式聲明，實質上把這個全局分析問題分解成了一個個模塊化（modular）的小問題。每個函數作者完成其中的一部分，調用它的人完成另外一部分。大家合力幫助編譯器，高效的完成靜態檢查，防止漏掉異常處理，避免不必要的 try-catch。實際上，像 Exceptional 一類的 C# 靜態檢查工具，會要求你在注釋里寫出可能拋出的異常，這樣它才能發現被忽略的異常。所以 Exceptional 其實重新發明了 Java 的 CE，只不過 throws 聲明被寫成了一個注釋而已。
說到 C#，其實它還有另外一個特別討厭的設計錯誤，引起了很多不必要的麻煩。感興趣的人可以看看我這篇文章：《可惡的 C# IDisposable 接口》。這個問題浪費了整個團隊兩個月之久的時間。所以我覺得作為 C# 的設計者，Hejlsberg 的思維局限性相當大。我們應該小心的分析和論證這些人的言論，不應該把他們作為權威而盲目接受，以至于讓一個優秀的語言特性被誤解，不能進入到新的語言里。
結論？
所以我對 Kotlin 是什么“結論”呢？我沒有結論，這篇文章就像我所有的看法一樣，僅供參考。顯然 Kotlin 有的地方做得比 Java 好，所以它不會因為沒有 CE 而完全失去意義。我不想打擊人們對新事物的興趣，我甚至鼓勵有時間的人去試試看。
我知道很多人希望我給他們一個結論，到底是用一個語言，還是不用它，這樣他們就不用糾結了，然而我并不想給出一個結論。一來是因為我不想讓人感覺我在“控制”他們，如何看待一個東西是他們的自由，是否采用一個東西是他們自己的決定。二來是因為我還沒有時間和機會，去用 Kotlin 來做實際的項目。另外，我早就厭倦了試用新的語言，如果一個大眾化的語言沒有特別討厭，不可原諒的設計失誤，我是不會輕易換用新語言的。我寧愿讓其他人做我的小白鼠，去試用這些新語言。到后來我有空了，再去看看他們的成功或者失敗經歷 :P
所以對我個人而言，我至少現在不會去用 Kotlin，但我并不想讓其他人也跟我一樣。因為 Java，C++ 和 C 已經能滿足我的需求，它們相當穩定，而且我對它們已經很熟悉，所以我為什么要花精力去學一個新的語言，去折騰不成熟的工具，放下我真正感興趣的算法和數據結構等問題呢？實際上不管我用什么語言寫代碼，我的頭腦里都在用同一個語言構造程序。我寫代碼的過程，只不過是在為我腦子里的“萬能語言”找到對應的表達方式而已。