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Java异常体系简析

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最近在阅读《Java编程思想》的时候看到了书中对异常的描述，结合自己阅读源码经历，谈谈自己对异常的理解。首先记住下面两句话：

除非你能解决（或必须要处理）这个异常，否则不要捕获它，如果打算记录错误消息，那么别忘了把它再抛出去。

异常既代表一种错误，又可以代表一个消息。

一、为什么会有异常

这个问题其实不难理解，如果一切都按我们设计好的进行，那么一般（不一般的情况是我们设计的就是有缺陷的）是不会出现异常的，比如说一个除法操作：

public int div(int x,int y){
return x/y;
}

当然我们设计的是除数不能为0，我们也在方法名上添加了注释，输出不能为0，如果用户按照我们的要求使用这个方法，当然不会有异常产生。可是很多时候，用户不一定阅读我们的注释，或者说，输入的数据不是用户主动指定的，而是程序计算的中间结果，这个时候就会导致除数为0的情况出现。

现在异常情况出现了，程序应该怎么办呢，直接挂掉肯定是不行的，但是程序确实不能自己处理这种突发情况，所以得想办法把这种情况告诉用户，让用户自己来决定，也就是说程序需要把遇到的这种异常情况包装一下发送出去，由用户来决定如何处理。

异常表示着一种信息。熟悉EOFException的程序员一般都会了解，这个异常，表示信息的成分大于表示出现了异常，不熟悉的参照我之前的博客：http://www.cnblogs.com/yiwangzhibujian/p/7107084.html。当这种情形下的异常（包括用户自定义的大部分异常都属于此类）出现时，是不需要解决的。

二、Java异常的分类

在继续讲解下面部分之前，还是有必要了解下Java的异常分类的，通过Java API可以看到如下继承关系：

简单介绍一点：

  • Throwable是所有异常的父类
  • Error表示很严重的问题发生了，可以捕获但是不要捕获，因为捕获了也解决不了，这个不是由程序产出的，底层出现问题就让他它挂了吧。

三、异常的处理的理解

再把一开始说的那句话重复一遍，除非你能解决这个异常，否则不要捕获它，如果打算记录错误消息，那么别忘了把它再抛出去。不过说真的，一个异常既然产生了，基本都是不能解决的，因为我们的程序不能倒退到出现异常的代码，更不能在相同输入（不能改变输入，不然结果还有什么用），相同代码（不能动态改变原有代码）的情况下来来让它不再出现异常，不然同一段代码，在同一个输入的情况下有两种不同的结果，谁还敢用呢？

除非我们的程序需要依赖外部条件，而由外部条件导致的异常，我们可以改变外部条件使之满足程序要求，不过这种情况基本都可以在程序执行前检测出来。

3.1 怎么才算解决异常

举两个简单的例子方便理解下，第一个是关于Socket的，具体Socket的知识可以参考我之前的博客：http://www.cnblogs.com/yiwangzhibujian/p/7107785.html。

3.1.1 重复尝试解决偶发问题

在Socket建立连接以后，我们可以通过Socket发送消息，高效的Socket利用方法是建立一个连接来持续使用，可是在这种情况下，有一个需要注意的问题，那就是我在每次发送消息的时候，要不要检测Socket是否还在连接中，我的在上面博客中介绍了，不需要。伪代码如下：

//有一个连接中的socket
Socket socket=...
//要发送的数据
String data="";
try{
socket.write(data);
}catch (Excetption e){
//打印日志，并重连Socket
socket=new Socket(host,port);
socket.write(data);
}

可以看到，假如当前连接不可用（长时间不用被服务器主动断开，或者网络抖动导致的断开），那么我们捕获这个异常，然后重新建立一个连接来发送。这是最基本的解决方法，再高级一点的就是设置一个重复次数，当出现异常的时候重复发送指定的次数。

如果我们仔细想想，这个连接异常我们没有真正的解决它，而是通过又新建了一个连接来处理的，我们解决的不是这个异常，而是发送数据出现了问题，我们解决的是发送数据没有成功这个问题。

同样的，重复尝试解决的偶发问题，这个偶发也是外部的条件导致的偶发，而不是程序自身问题。

3.1.2 不想看到错误堆栈

一般的Web三层架构，action，server，Dao，如果出现异常后，再不满足上面解决条件的情况下，如果都不捕获异常，那么用户将会看到一个500页面，附带着堆栈信息，这种事不友好的表现方式，这种情况下，我们就需要在action层，用一个最大的try catch包住一个个方法，当出现异常的时候跳转到错误页面。

public String method(String param){
try {
//逻辑处理
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
//跳转到错误页面
}
}

实际上，我们没有解决异常，我们只是解决了异常导致的问题，异常本身还在那，真正的解决方法就是程序员解决bug然后重新上线。

这种也算另类的解决，迫不得已不得不这么做，实际上异常是被吞掉了，吞掉前留下了一点点信息。

3.2 我们应该怎么做

首要条件还是那句话，如果不能解决到出现异常的情况，那就不要捕获它，更不要吞掉他。

当然有的时候你会打算记录异常的日志，但是最开始也说过，异常也代表一个消息，就像IndexOutOfBoundsException、IOException本身的名字已经可以表明异常的大部分信息，也就是说通过异常堆栈基本就能得到关于异常部分的信息，但是有些异常堆栈没有的是什么呢，那就是发生异常条件时的外部信息。

当然在抛出异常的时候，虚拟机本身会尽可能的打印出直接导致异常产生的输入，可是当我们还想获取额外的环境信息的时候，我们就需要捕获异常，然后打印出来。

就像简单的除0异常，以及字符串转数字异常，本身异常堆栈就会提供基本的信息，但是如果我们在一个用户交互的环境下，假如我们想要知道是哪个用户的输入导致了异常的产生，这个时候系统产生的异常堆栈信息就不能满足我们的要求了，而这个信息在当前类的一个字段中，这时候我们就要主动捕获然后打印出我们想要的。

四、异常的处理

现在就这各种实例来说明异常怎么处理。

4.1 对认为一定不会出现的异常

假如说你写了一个工具类，用于字符串和字节数组的UTF-8的转换，假如如下：

package yiwangzhibujian.util;import java.io.UnsupportedEncodingException;public class Utils {
public static String utf8(byte[] bytes) throws UnsupportedEncodingException{
return new String(bytes,"UTF-8");
} public static byte[] utf8(String str) throws UnsupportedEncodingException{
return str.getBytes("UTF-8");
}
}

那么用你工具类的人会头疼死，明明不会有错误的，要么抛出这个异常，要么捕获，实际上使用者根本不能解决这个异常。

所以有的人可能这么做，他想既然这个异常一定不可能出现（本质上jvm一定能解析UTF-8的编码，如果不能解析jvm也就不需要继续运行了），那么我就吞了它，什么都不做：

package yiwangzhibujian.util;import java.io.UnsupportedEncodingException;public class Utils {
public static String utf8(byte[] bytes){
try {
return new String(bytes,"UTF-8");
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
}
return null;
} public static byte[] utf8(String str){
try {
return str.getBytes("UTF-8");
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}

这么做的人也有，不过这么做的人也分为两种，一种是catch内什么都不做，还有一种是catch内把异常信息打印出来，这两种做法我比较倾向于后面那种，因为要考虑以下条件。

你认为jvm一定能解析UTF-8，我不反对，可是你能保证你没有拼错UTF-8吗，假如你写成UFO-8呢？

public static String utf8(byte[] bytes){
try {
return new String(bytes,"UFO-8");
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
}
return null;
}

那么调用你的方法不仅没有错误提示，还导致返回了错误的结果，并导致后续一系列问题的产生，最致命的是 ，我们根部不知道错误的根源在哪。

再举一个对象克隆的例子。

package yiwangzhibujian.util;public class CloneTest {
public static void main(String[] args) {
Dog d1=new Dog("zhuzhuxia",26);
Dog d2=d1.clone();//此处要么捕获要么抛出
System.out.println(d1);
System.out.println(d2);
}
}
class Dog{
public String name;
public int age;
public Dog(String name, int age) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}

可以看到用户调用你的对象的克隆方法是不是很痛苦，你既然提供给我克隆方法，就一定要能用，如果不能用，那么拿回去重写吧，我不会给你擦屁股的。所以我们就会这么做：

package yiwangzhibujian.util;public class CloneTest {
public static void main(String[] args) {
Dog d1=new Dog("zhuzhuxia",26);
Dog d2=d1.clone();//此处要么捕获要么抛出
System.out.println(d1);
System.out.println(d2);
}
}
class Dog{
public String name;
public int age;
public Dog(String name, int age) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
protected Dog clone() {
try {
return (Dog) super.clone();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();//不要省
}
return null;
}
}

如果你运行上面的代码的话，那么就会抛出异常，因为我们的类没有实现Cloneable接口，原因就是忘了写，这在测试运行的首次就会发现并纠正。

java.lang.CloneNotSupportedException: yiwangzhibujian.util.Dog
at java.lang.Object.clone(Native Method)
at yiwangzhibujian.util.Dog.clone(CloneTest.java:22)
at yiwangzhibujian.util.CloneTest.main(CloneTest.java:6)
yiwangzhibujian.util.Dog@2a139a55
null

所以，我可以假定这种情况下不会出异常，但是我们不能保证我们没有犯最基本的错误，所以错误堆栈还是不能省的。

我们来看一下jdk8中的HashMap关于克隆的处理：

@SuppressWarnings("unchecked")
@Override
public Object clone() {
HashMap<K,V> result;
try {
result = (HashMap<K,V>)super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError(e);
}
result.reinitialize();
result.putMapEntries(this, false);
return result;
}

是不是不会抛必须捕获的异常，它还做了更高级的事，那就是我抛一个ERROR，一般我们的程序都是捕获Exception，不会捕捉这个异常，这个异常会一直向上传播。

那么打印异常堆栈和抛出ERROR哪种更好呢，我的建议是抛出ERROR：

  • 能出现这种情况也就代表jvm出现了问题，或许其他基本功能也出现了问题，应该立即停掉重启并解决问题，不然数据都有可能出现错误。
  • 如果打印堆栈信息，那么下次调用还是会出错，不如直接抛ERROR，如果上层没有做具体的应对jvm应该会停止。

4.2 对假定不应该出现的异常

我们再拿上面的字符串，字节数组例子来说明，我们对它进行了升级，下面是不完整代码：

public static String byteToStr(byte[] bytes, String charsetName) {
return new String(bytes, charsetName);
}

应该怎么做，抛异常？捕获异常打印日志？两种做法都不好：

  • 如果抛异常：那么使用你工具类的人依然很头疼，他必须在每次调用你方法的时候做处理，要么抛要么捕获，而他在想我明明传入一个UTF-8，非得给我抛异常，难用死了。
  • 如果捕获打印日志：这个更不可取，如果用户输错了编码类型，那么你将不能给出任何信息给调用者（打印日志只能事后找错），用户认为写的没错而你也给出了返回值，这也会导致一系列错误的产生。

这种情况下应该怎么做呢，比较推荐的做法就是包装成运行时异常抛出：

public static String byteToStr(byte[] bytes, String charsetName) {
try {
return new String(bytes, charsetName);
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}

这么做就解决了上面的两个问题。

4.3 对假定一定出异常的情况

你的代码一定会出异常，那你还是拿回去重写吧。除非你不想让别人调用你的方法，比如说不可变容器的操作类方法都将抛出异常。

五、异常的一些特殊情况

5.1 防止异常丢失

在你不主动吞并异常的情况下，异常是不会丢失的，但是有一种特殊情形需要注意，那就是finally中有return的情况（代码参照Java编程思想）：

public static void ExceptionSilencer(){
try {
throw new RuntimeException();
} finally {
return;
}
}

这种情况下，异常就会丢了，完完全全消失不见了，所以要避免这么使用，避免finally中使用return。

5.2 线程中ThreadDeath异常

这个异常是归于ERROR级别的，Java api也对此有相应介绍：

The ThreadDeath error, though a "normal" condition, is also a subclass of Error because most applications should not try to catch it.

就是说ThreadDeath本身是一个普通的异常，这个异常出现应该导致线程死亡，但是不把它归于Exception的原因就是，jdk的开发者也料到Java程序员最喜欢try catch异常然后吞掉了，这样将会导致本该死亡的线程继续运行下去，这是不应该的。而且当这个异常出现时会终结线程，但是不会打印出任何异常堆栈信息。

这个异常比较少见，Thread的stop方法，会产生这个异常。

如果你的线程经常莫名其妙的消失，而没有任何相关日志，你可以尝试捕获这个异常，但是记住，打印完相关日志再把它重新抛出去。

六、Java编程思想中关于总结的解读

下面摘自Java编程思想的异常使用指南，特别好，一定要深入理解一下：

  1. 在恰当的级别处理问题。（在知道该如何处理的情况下了捕获异常。）
  2. 解决问题并且重新调用产生异常的方法。
  3. 进行少许修补，然后绕过异常发生的地方继续执行。
  4. 用别的数据进行计算，以代替方法预计会返回的值。
  5. 把当前运行环境下能做的事尽量做完，然后把相同的异常重抛到更高层
  6. 把当前运行环境下能做的事尽量做完，然后把不同的异常抛到更高层
  7. 终止程序
  8. 进行简化（如果你的异常模式使问题变得太复杂，那么用起来会非常痛苦）。
  9. 让类库和程序更安全。

下面依次说下我的想法。

  • 第1条：上面章节已经介绍了，此处不再说明
  • 第2条：上面也介绍过，就是外部条件导致的，可以重复执行可能正常的代码
  • 第3条：这种情况实质上也是吞并异常，比如说网络爬虫，当遇到死链接的时候，可能会抛出连接异常等，此时抛弃这个连接也是可以的，这个误差可以接收
  • 第4条：有的程序员会这么设计，当出现用户输出错误数据导致异常的时候，就用一个默认的值来代替，我不喜欢这么做，我会直接抛异常让使用者去更改，如果非要这么做一定要打印好相关日志
  • 第5条：这种情况看需求，如果要求要么全部成功，要么都不做，那么就不适合这种情况
  • 第6条：同上，但是我不太理解这个
  • 第7条：这个就不要了吧，出现一个异常程序就挂了，那也太脆了，不过当程序在正常启动过程中，如果出现异常就直接挂掉还是合理的，让用户修改外部条件保障启动没有问题，比如说用户指定的配置文件不存在（或许他写错了路径），那么不要使用默认配置，程序直接挂掉就可以了，不然会给用户一种按照他的配置成功启动的错觉。
  • 第8条：这个和上面说到的用运行时异常来包裹捕获异常一个性质。
  • 第9条：这个是终极目标，考虑所有的情况，把异常消灭在萌芽中，过于理想了。一般越安全越健壮的程序考虑的异常条件就越多。一般都会在使用前做各种判断，条件是否满足，输入是否正确等。

以上就是我对异常的理解，希望可以帮助到有需要的人，如果你能认真看完我相信你会有收获的，如果错误请指出，禁止转载。