【go语言学习】错误error和异常panic

一、错误和异常的区别

错误指的是可能出现问题的地方出现了问题。比如打开一个文件时失败，这种情况在人们的意料之中 。

异常指的是不应该出现问题的地方出现了问题。比如引用了空指针，这种情况在人们的意料之外。

可见，错误是业务过程的一部分，而异常不是 。

二、错误演示

go语言中，错误是一种数据类型，使用内置的error类型，和其他数据类型一样使用。

package main

import (
    "fmt"
    "os"
)

func main() {
    _, err := os.Open("a.txt")
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
        return
    }
    fmt.Println("open file success")
}

运行结果

open a.txt: The system cannot find the file specified.

三、错误类型

go语言通过内置的error接口提供了非常简单的错误处理机制。

type error interface {
        Error() string
}

这个接口中包含一个Error() string，任何实现了该方法的类型都可以作为一个错误使用。这个方法提供了错误的描述。

打印错误是，fmt.Println函数在内部调用Error()方法来获取错误的描述。

从错误中提取更多信息的方法：

1、断言底层结构体类型并从结构体字段中获取更多的信息。

查看go语言源码，可以发现上面的示例中打开文件的代码中返回值error实现类error接口，可以看做error类型，但这个返回值error本身是PathError结构体类型。

go语言源码：

// PathError records an error and the operation and file path that caused it.
type PathError struct {
    Op   string
    Path string
    Err  error
}

func (e *PathError) Error() string { return e.Op + " " + e.Path + ": " + e.Err.Error() }

func (e *PathError) Unwrap() error { return e.Err }

// Timeout reports whether this error represents a timeout.
func (e *PathError) Timeout() bool {
    t, ok := e.Err.(timeout)
    return ok && t.Timeout()
}

通过类型断言，可以将error作为PathError类型的实例，访问其属性和方法。

示例：

package main

import (
    "fmt"
    "os"
)

func main() {
    _, err := os.Open("a.txt")
    if err != nil {
        if err, ok := err.(*os.PathError); ok {
            fmt.Println(err.Op)   // open
            fmt.Println(err.Path) // a.txt
            fmt.Println(err.Err)  // The system cannot find the file specified.
        }
        return
    }
    fmt.Println("open file success")
}

2、断言底层结构体类型，调用其方法获取更多信息

go语言源码：

type DNSError struct {  
    ...
}

func (e *DNSError) Error() string {  
    ...
}
func (e *DNSError) Timeout() bool {  
    ... 
}
func (e *DNSError) Temporary() bool {  
    ... 
}

DNSError struct有两个方法Timeout() bool和Temporary() bool，它们返回一个布尔值，表示错误是由于超时还是临时的。

示例：

package main

import (
    "fmt"
    "net"
)

func main() {
    add, err := net.LookupHost("www.baiddfudfsadf.com")
    if err != nil {
        if err, ok := err.(*net.DNSError); ok {
            if err.Timeout() {
                fmt.Println("operation time out")
            } else if err.Temporary() {
                fmt.Println("temporary error")
            } else {
                fmt.Println("genration error", err)
            }
        }
        return
    }
    fmt.Println(add)
}

运行结果

genration error lookup www.baiddfudfsadf.com: no such host

四、自定义错误

1、使用errors包下的New()函数

go语言源码：

// Package errors implements functions to manipulate errors.
  package errors

  // New returns an error that formats as the given text.
  func New(text string) error {
      return &errorString{text}
  }

  // errorString is a trivial implementation of error.
  type errorString struct {
      s string
  }

  func (e *errorString) Error() string {
      return e.s
  }

示例：

package main

import (
    "errors"
    "fmt"
    "math"
)

func main() {
    s := -4.2
    res, err := squareArea(s)
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
        return
    }
    fmt.Println("squareArea =", res)
}

func squareArea(sideLength float64) (float64, error) {
    if sideLength < 0 {
        return 0, errors.New("sideLength < 0")
    }
    return math.Pow(sideLength, 2), nil
}

运行结果

sideLength < 0

2、使用fmt包下的Errorf()函数

go语言源码：

func Errorf(format string, a ...interface{}) error {}

示例：

package main

import (
    "fmt"
    "math"
)

func main() {
    s := -4.2
    res, err := squareArea(s)
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
        return
    }
    fmt.Println("squareArea =", res)
}

func squareArea(sideLength float64) (float64, error) {
    if sideLength < 0 {
        return 0, fmt.Errorf("sideLength < 0, sideLength = %v\n", sideLength)
    }
    return math.Pow(sideLength, 2), nil
}

运行结果

sideLength < 0, sideLength = -4.2

3、使用struct类型属性和方法提供更多关于错误的信息。

示例：

package main

import (
    "fmt"
)

// areaError 结构体 错误类型
type areaError struct {
    err    string
    length float64
    width  float64
}

// Error() 方法，实现error接口
func (e *areaError) Error() string {
    return fmt.Sprintf("length: %v, width: %v, error: %v", e.length, e.width, e.err)
}

func (e *areaError) lengthNegative() bool {
    return e.length < 0
}

func (e *areaError) widthNegative() bool {
    return e.width < 0
}

func main() {
    length := -10.2
    width := 3.4
    res, err := rectangleArea(length, width)
    if err != nil {
        fmt.Println("err:", err)
        if err, ok := err.(*areaError); ok {
            if err.lengthNegative() {
                fmt.Println("length < 0", err.length)
            }
            if err.widthNegative() {
                fmt.Println("width < 0", err.width)
            }
        }
    }
    fmt.Println("rectangle area =", res)
}

func rectangleArea(length, width float64) (float64, error) {
    err := ""
    if length < 0 {
        err += "length < 0"
    }
    if width < 0 {
        if length < 0 {
            err += "&width < 0"
        } else {
            err = "width < 0"
        }
    }
    if err != "" {
        return 0, &areaError{err, length, width}
    }
    return length * width, nil
}

运行结果

err: length: -10.2, width: 3.4, error: length < 0
length < 0 -10.2
rectangle area = 0

五、panic和recover

Golang中引入两个内置函数panic和recover来触发和终止异常处理流程，同时引入关键字defer来延迟执行defer后面的函数。

panic：

• 1、内建函数
• 2、假如函数F中书写了panic语句，会终止其后要执行的代码，在panic所在函数F内如果存在要执行的defer函数列表，按照defer的逆序执行
• 3、返回函数F的调用者G，在G中，调用函数F语句之后的代码不会执行，假如函数G中存在要执行的defer函数列表，按照defer的逆序执行，这里的defer 有点类似 try-catch-finally 中的 finally
• 4、直到goroutine整个退出，并报告错误

recover：

• 1、内建函数
• 2、用来控制一个goroutine的panicking行为，捕获panic，从而影响应用的行为
• 3、一般的调用建议
  a). 在defer函数中，通过recever来终止一个gojroutine的panicking过程，从而恢复正常代码的执行
  b). 可以获取通过panic传递的error

以下给出异常处理的作用域（场景）：

1. 空指针引用
2. 下标越界
3. 除数为0
4. 不应该出现的分支，比如default
5. 输入不应该引起函数错误

六、错误处理的正确姿势

姿势一：失败的原因只有一个时，不使用error

我们看一个案例：

func (self *AgentContext) CheckHostType(host_type string) error {
    switch host_type {
    case "virtual_machine":
        return nil
    case "bare_metal":
        return nil
    }
    return errors.New("CheckHostType ERROR:" + host_type)
}

我们可以看出，该函数失败的原因只有一个，所以返回值的类型应该为bool，而不是error，重构一下代码：

func (self *AgentContext) IsValidHostType(hostType string) bool {
    return hostType == "virtual_machine" || hostType == "bare_metal"
}

说明：大多数情况，导致失败的原因不止一种，尤其是对I/O操作而言，用户需要了解更多的错误信息，这时的返回值类型不再是简单的bool，而是error。

姿势二：没有失败时，不使用error

错误示例：

func (self *CniParam) setTenantId() error {
    self.TenantId = self.PodNs
    return nil
}

正确示例：

func (self *CniParam) setTenantId() {
    self.TenantId = self.PodNs
}

姿势三：error应该放在返回值列表的最后

对于返回值类型error，用来传递错误信息，在Golang中通常放在最后一个。

resp, err := http.Get(url)
if err != nil {
    return nill, err
}

bool作为返回值类型时也一样。

value, ok := cache.Lookup(key) 
if !ok {
    // ...cache[key] does not exist… 
}

姿势四：错误统一定义，而不是跟着感觉走

很多人写代码时，到处return errors.New(value)，而错误value在表达同一个含义时也可能形式不同，比如“记录不存在”的错误value可能为：

1. "record is not existed."
2. "record is not exist!"
3. "###record is not existed！！！"
4. ...

姿势五：错误逐层传递时，层层都加日志

层层都加日志非常方便故障定位。

说明：至于通过测试来发现故障，而不是日志，目前很多团队还很难做到。如果你或你的团队能做到，那么请忽略这个姿势。

姿势六：错误处理使用defer

我们一般通过判断error的值来处理错误，如果当前操作失败，需要将本函数中已经create的资源destroy掉，示例代码如下：

func deferDemo() error {
    err := createResource1()
    if err != nil {
        return ERR_CREATE_RESOURCE1_FAILED
    }
    err = createResource2()
    if err != nil {
        destroyResource1()
        return ERR_CREATE_RESOURCE2_FAILED
    }

    err = createResource3()
    if err != nil {
        destroyResource1()
        destroyResource2()
        return ERR_CREATE_RESOURCE3_FAILED
    }

    err = createResource4()
    if err != nil {
        destroyResource1()
        destroyResource2()
        destroyResource3()
        return ERR_CREATE_RESOURCE4_FAILED
    } 
    return nil
}

当Golang的代码执行时，如果遇到defer的闭包调用，则压入堆栈。当函数返回时，会按照后进先出的顺序调用闭包。
对于闭包的参数是值传递，而对于外部变量却是引用传递，所以闭包中的外部变量err的值就变成外部函数返回时最新的err值。
根据这个结论，我们重构上面的示例代码：

func deferDemo() error {
    err := createResource1()
    if err != nil {
        return ERR_CREATE_RESOURCE1_FAILED
    }
    defer func() {
        if err != nil {
            destroyResource1()
        }
    }()
    err = createResource2()
    if err != nil {
        return ERR_CREATE_RESOURCE2_FAILED
    }
    defer func() {
        if err != nil {
            destroyResource2()
                   }
    }()

    err = createResource3()
    if err != nil {
        return ERR_CREATE_RESOURCE3_FAILED
    }
    defer func() {
        if err != nil {
            destroyResource3()
        }
    }()

    err = createResource4()
    if err != nil {
        return ERR_CREATE_RESOURCE4_FAILED
    }
    return nil
}

姿势七：当尝试几次可以避免失败时，不要立即返回错误

如果错误的发生是偶然性的，或由不可预知的问题导致。一个明智的选择是重新尝试失败的操作，有时第二次或第三次尝试时会成功。在重试时，我们需要限制重试的时间间隔或重试的次数，防止无限制的重试。

两个案例：

1. 我们平时上网时，尝试请求某个URL，有时第一次没有响应，当我们再次刷新时，就有了惊喜。
2. 团队的一个QA曾经建议当Neutron的attach操作失败时，最好尝试三次，这在当时的环境下验证果然是有效的。

姿势八：当上层函数不关心错误时，建议不返回error

对于一些资源清理相关的函数（destroy/delete/clear），如果子函数出错，打印日志即可，而无需将错误进一步反馈到上层函数，因为一般情况下，上层函数是不关心执行结果的，或者即使关心也无能为力，于是我们建议将相关函数设计为不返回error。

姿势九：当发生错误时，不忽略有用的返回值

通常，当函数返回non-nil的error时，其他的返回值是未定义的(undefined)，这些未定义的返回值应该被忽略。然而，有少部分函数在发生错误时，仍然会返回一些有用的返回值。比如，当读取文件发生错误时，Read函数会返回可以读取的字节数以及错误信息。对于这种情况，应该将读取到的字符串和错误信息一起打印出来。

说明：对函数的返回值要有清晰的说明，以便于其他人使用。

七、异常处理的正确姿势

姿势一：在程序开发阶段，坚持速错

速错，简单来讲就是“让它挂”，只有挂了你才会第一时间知道错误。在早期开发以及任何发布阶段之前，最简单的同时也可能是最好的方法是调用panic函数来中断程序的执行以强制发生错误，使得该错误不会被忽略，因而能够被尽快修复。

姿势二：在程序部署后，应恢复异常避免程序终止

在Golang中，某个Goroutine如果panic了，并且没有recover，那么整个Golang进程就会异常退出。所以，一旦Golang程序部署后，在任何情况下发生的异常都不应该导致程序异常退出，我们在上层函数中加一个延迟执行的recover调用来达到这个目的，并且是否进行recover需要根据环境变量或配置文件来定，默认需要recover。
这个姿势类似于C语言中的断言，但还是有区别：一般在Release版本中，断言被定义为空而失效，但需要有if校验存在进行异常保护，尽管契约式设计中不建议这样做。在Golang中，recover完全可以终止异常展开过程，省时省力。

我们在调用recover的延迟函数中以最合理的方式响应该异常：

1. 打印堆栈的异常调用信息和关键的业务信息，以便这些问题保留可见；
2. 将异常转换为错误，以便调用者让程序恢复到健康状态并继续安全运行。

我们看一个简单的例子：

func funcA() error {
    defer func() {
        if p := recover(); p != nil {
            fmt.Printf("panic recover! p: %v", p)
            debug.PrintStack()
        }
    }()
    return funcB()
}

func funcB() error {
    // simulation
    panic("foo")
    return errors.New("success")
}

func test() {
    err := funcA()
    if err == nil {
        fmt.Printf("err is nil\\n")
    } else {
        fmt.Printf("err is %v\\n", err)
    }
}

我们期望test函数的输出是：

err is foo

实际上test函数的输出是：

err is nil

原因是panic异常处理机制不会自动将错误信息传递给error，所以要在funcA函数中进行显式的传递，代码如下所示：

func funcA() (err error) {
    defer func() {
        if p := recover(); p != nil {
            fmt.Println("panic recover! p:", p)
            str, ok := p.(string)
            if ok {
                err = errors.New(str)
            } else {
                err = errors.New("panic")
            }
            debug.PrintStack()
        }
    }()
    return funcB()
}

姿势三：对于不应该出现的分支，使用异常处理

当某些不应该发生的场景发生时，我们就应该调用panic函数来触发异常。比如，当程序到达了某条逻辑上不可能到达的路径：

switch s := suit(drawCard()); s {
    case "Spades":
    // ...
    case "Hearts":
    // ...
    case "Diamonds":
    // ... 
    case "Clubs":
    // ...
    default:
        panic(fmt.Sprintf("invalid suit %v", s))
}

姿势四：针对入参不应该有问题的函数，使用panic设计

入参不应该有问题一般指的是硬编码，我们先看这两个函数（Compile和MustCompile），其中MustCompile函数是对Compile函数的包装：

func MustCompile(str string) *Regexp {
    regexp, error := Compile(str)
    if error != nil {
        panic(`regexp: Compile(` + quote(str) + `): ` + error.Error())
    }
    return regexp
}

所以，对于同时支持用户输入场景和硬编码场景的情况，一般支持硬编码场景的函数是对支持用户输入场景函数的包装。
对于只支持硬编码单一场景的情况，函数设计时直接使用panic，即返回值类型列表中不会有error，这使得函数的调用处理非常方便（没有了乏味的"if err != nil {/ 打印 && 错误处理 /}"代码块）。