Introduce Null Object（引入Null对象）

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(); 

 

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。