本文由 KnewHow 發表在 ScalaCool 團隊部落格。
最近閱讀一些關於 Kotlin 型別系統方面的書，發現 Kotlin 的型別系統針對 null 有著獨特的設計哲學。在 Java 或者其它程式語言中，經常會出現 NullPointerException，而導致此異常的重要原因是因為你可以寫 String s = null 這樣的程式碼。其實可以認為這是 Java 等語言型別系統設計的一個缺陷，它們允許 null 可以作為任何型別的值！
但是在 Kotlin 中，如果你宣告 val s: String = null，那麼編譯器會給你一個 error，因為在 Kotlin 中，你不允許把一個 null 值賦給一個普通的型別。如果你宣告一個這樣的函式 fun strLen(s: String) = {...}，那麼這個函式將不接受值為 null 的引數。
這個設計看起來如此的美好，他可以極大程度的減少 Kotlin 產生 NullPointerException，可是如果有一天，你需要呼叫一個方法，它的返回值可能為 null 也可能為 String ，那麼在 Kotlin 中你可以宣告一個可空的字串型別：String?。val s: String? = null 此時 Kotlin 的編譯器會讓這行程式碼通過。當然它也可以接收一個普通的 String 型別的值 val s: String? = "abc"。
可空型別(Type?)的設計，是 Kotlin 另一個設計哲學，它要求工程師在設計的時候就需要確定該變數是否可為空。如果不為空就使用Type 型別宣告，否則就使用 Type? 型別宣告。這讓我想起在 Scala 中存在一個和 Type? 有著異曲同工之妙的一個型別—— Option[T]。
Option[T] 有兩個子型別：Some[T] 和 None，你可以使用 val s: Option[String] = Some("123") 來表示一個字串存在，當然你可以使用val s: Option[String] = None 來表示這個字串不存在。
Scala 和 Kotlin 都是基於 JVM 的程式語言，而 Option[T] 和 Type? 的設計就是用來解決 JVM 平臺出現的 NullPointerException。但二者的設計理念卻截然不同，Scala 的 Option[T] 是在原有型別基礎上使用 Option 做一層封裝，而 Koltin 的 Type? 是使用語法糖完成的。
那麼這兩種設計方案到底誰更好一點呢？我們將會使用以下標準來分別測試它們：
- 是否可以完美的規避
NullPointerException—— 二者的設計都是為了解決NullPointerException，誰可以更好的規避這個問題呢？ - 程式碼的可讀性 —— 如果在複雜的業務中，誰的程式碼可讀性更好一點呢？
- 效能
規避空指標
在上文中，我們曾經提過，NullPointerException 產生的原因是你可以把一個 null 的值傳遞給一個型別的變數，然後呼叫這個型別的方法。我們可以使用 Java 的程式碼來表示一下：String s = null; s.length()。
在 Type? 的設計理念中，對於不確定是否為 null 型別可以使用 Type? 型別來宣告，如val s: String? = getString...，此時 s 的型別是 String?，你不能直接呼叫 s.length，你需要進行安全呼叫s?.length。這個函式的返回型別是一個 Int?，這很正常，對於一個不確定是否為 null 的型別進行安全呼叫返回當然是一個 Type? 型別。如果 s 不為 null 正常返回 s 的長度，否則返回 null。除此之外， Kotlin 還針對 Type? 提供了 Elvis 操作和 let 函式，具體的用法可以參考 Kotlin 官方手冊。
而在 Optional 的設計哲學中，你可以使用 Option[T] 來包裹一個不確定是否為 null 的值。這裡我們使用 Scala 的程式碼來演示：val s: Option[String] = Option(getString...)，此時 s 的型別為 Option[String]，你仍然不能直接呼叫s.length，你可以使用 map 函式：s.map(s => s.length)，它的返回值是一個 Option[Int] 型別。和 Type? 很類似，對一個 Option[T] 型別使用 map 函式，結果當然是一個 Option[S] 型別。在 Scala 中，你也可以使用模式匹配來處理 Option 型別。
總結：二者都可以完美的規避 NullPointerException，Type? 使用安全呼叫來避免直接呼叫 Type 型別的方法，而 Option 則使用 map 函式或者模式匹配來處理。本質上都是避免直接呼叫值可能為 null 的型別變數的方法。
程式碼可讀性
實際的業務是比較複雜的，例如，我們需要計算兩個數字字串的乘積，首先我們需要把他們轉換為 Int 型別，如果其中一個字串是轉換失敗，則無法計算結果。
在 Kotlin 的 Type? 中，我們需要重新定義 String 型別的 toInt 方法，讓它返回一個 Int? 型別，程式碼如下：
fun tryString2Int(a: String) = try {
a.toInt()
}catch (e:Exception){
null
}
複製程式碼然後我們需要定義一個方法來計算兩個數字字串的乘積，這裡我們使用 Type? 的 let 函式，它接受一個 Lambda 表示式，如果呼叫者的值不為 null，則呼叫 Lambda 表示式，否則直接返回 null。strNumberMuti 函式返回的是一個 Double? 型別，如果有任何一個字串轉換數字失敗，就返回 null，都轉換成功才計算乘積。
fun strNumberMuti(s1: String, s2: String): Double? =
tryString2Int(s1)?.let{ a ->
tryString2Int(s2)?.let {
t -> a * t * 1.0 }}
複製程式碼這段程式碼的可讀取有點差呀，而且在實際的業務開發過程中，可能會有更多的 Type? 型別，那程式碼豈不是要爆炸了！。幸運的是，Kotlin 允許我們使用 if 來代替 let 函式 做相同的判斷，程式碼如下：
fun strNumberMuti2(s1: String, s2: String):Double? {
val a = tryString2Int(s1)
val b = tryString2Int(s2)
return if(a!=null && b!= null) a * b * 1.0 else null
}
複製程式碼這樣的程式碼可讀性就好多了，但是丟失函式式的程式設計美感。而且感覺 Type? 是一種語法糖，手動對 Type? 進行非空校驗，就可以直接使用 Type 型別了！！
同樣的我們使用 Scala 的 Option[T] 來完成上面的需求，為了讓 toInt 函式返回 Option[T] 型別，我們定義了一個 Try 函式，這個函式看不懂沒關係，你只需知道它接受一個函式，並且返回一個 Option[A] 值即可。程式碼讓如下：
def Try[A](a: => A): Option[A] = {
try Some(a)
catch {case e: Exception => None}
}
複製程式碼同樣的，我們需要寫一個函式，用來把兩個字串數字轉換為整數，並且做它們的乘積，這裡我們為了使程式碼更簡潔，使用了 Scala 的 for 推導，具體的用法可以參考 Scala 官方的 Document。strNumberNu返回型別是 Option[Double]，如果有任何一個轉換失敗，返回 None，否則返回 Some[Double]，程式碼如下：
def strNumberMuti(s1: String, s2: String): Option[Double] = {
for{
a <- Try{ s1.toInt }
b <- Try{ s2.toInt }
} yield a * b
}
複製程式碼可以看出，使用 Scala 的 Option[T] 更具有函式式的程式設計美感，而且程式碼的可讀性極強，而且即使有更多的 Option[T]，for 推導都可以輕鬆應對。
總結：面對比較複雜的業務場景，Type? 和 Option[T] 都可以輕鬆應對，但是 Type? 的用法就顯得有些 low，還是使用 !=null 的套路，這也暴露了它的設計是存在缺陷的。相反的 Option[T] 的設計理念是完備的，而且極具函式式的程式設計美感。
效能
效能是衡量設計好壞的一個重要的方面，下面我們只做一個簡單的測試：讓兩個字串都是"999"，然後分別執行 Kotlin 的 strNumberMuti 和 Scala 的 strNumberMuti 一千萬次，然後我們發現 Kotlin 的 strNumberMuti 執行時間大約在 1.9s，而 Scala 的 strNumberMuti 執行時間約在 5.0s。由此可以看出，Kotlin 的 Type? 比 Scala Option[T] 擁有更好的效能，其實這樣很正常，因為 Kotlin 的 Type? 是語法糖，建立一個 Type? 的物件其實和建立一個 Type 的物件其實消耗的效能差不多，但是 Option[T]不僅僅需要建立 T 型別的物件，更需要建立 Option[T] 型別的物件來包裹 T 型別的物件，因此它的開銷大一點。
總結
就我而言，我更喜歡 Scala 的 Option[T] 的設計，因為它是理論完備的，而且極具函式式的程式設計美感，即使它的效能要差一點。對於 Kotlin 的 Type? 型別，我覺得它的設計有瑕疵，就拿 let 函式舉例，在單個 Type? 很好用，但是當多個 Type? 進行組合的時候，就顯得很雞肋。
蘿蔔青菜，各有所愛，也許某天 Kotlin 也會讓 Type? 具有函式式的程式設計美感。