76. 保持失败原子性

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，这尤为重要，因为调用者期望能从这种异常中进行恢复。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 （failure atomic）。

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，失败原子性就是显然的。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处于一致的状态之中，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);
}

如果取消对初始大小（size）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 字段保持在不一致的状态（负数）之中，从而导致将来对该对象的任何方法调用都会失败。此外，那时， pop 方法抛出的 ArrayIndexOutOfBoundsException 异常对于该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子性的办法是，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：即使排序失败，它也能保证输入列表保持原样。

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 （recovery code），由它来拦截操作过程中发生的失败，以及便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，并发地修改同一个对象，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，它会显著地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 文档就应该清楚地指明对象将会处于什么样的状态。遗憾的是，大量现有的 API 文档都未能做到这一点。