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Java:优雅地处理异常真是一门学问啊!

Java:优雅地处理异常真是一门学问啊!

作者: 若丨寒 | 来源:发表于2019-05-04 20:40 被阅读19次

    01、

    你有没有这样的印象,当你想要更新一款 APP 的时候,它的更新日志里总有这么一两句描述:

    • 修复若干 bug
    • 杀了某程序员祭天,并成功解决掉他遗留的 bug

    作为一名负责任的程序员,我们当然希望程序不会出现 bug,因为 bug 出现的越多,间接地证明了我们的编程能力越差,至少领导是这么看的。

    事实上,领导是不会拿自己的脑袋宣言的:“我们的程序绝不存在任何一个 bug。”但当程序出现 bug 的时候,领导会毫不犹豫地选择让程序员背锅。

    为了让自己少背锅,我们可以这样做:

    • 在编码阶段合理使用异常处理机制,并记录日志以备后续分析
    • 在测试阶段进行大量有效的测试,在用户发现错误之前发现错误

    还有一点需要做的是,在敲代码之前,学习必要的编程常识,做到兵马未动,粮草先行。

    02、

    在 Java 中,异常(Throwable)的层次结构大致如下。

    Error 类异常描述了 Java 运行时系统的内部错误,比如最常见的 OutOfMemoryErrorNoClassDefFoundError

    导致 OutOfMemoryError 的常见原因有以下几种:

    • 内存中加载的数据量过于庞大,如一次从数据库取出过多数据;
    • 集合中的对象引用在使用完后未清空,使得 JVM 不能回收;
    • 代码中存在死循环或循环产生过多重复的对象;
    • 启动参数中内存的设定值过小;

    OutOfMemoryError 的解决办法需要视情况而定,但问题的根源在于程序的设计不够合理,需要通过一些性能检测才能找得出引发问题的根源。

    导致 NoClassDefFoundError 的原因只有一个,Java 虚拟机在编译时能找到类,而在运行时却找不到。

    NoClassDefFoundError 的解决办法,我截了一张图,如上所示。当一个项目引用了另外一个项目时,切记这一步!

    Exception(例外)通常可分为两类,一类是写代码的人造成的,比如访问空指针(NullPointerException)。应当在敲代码的时候进行检查,以杜绝这类异常的发生。

    if (str == null || "".eqauls(str)) {
    }
    
    

    另外一类异常不是写代码的人造成的,要么需要抛出,要么需要捕获,比如说常见的 IOException

    抛出的示例。

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        InputStream is = new FileInputStream("沉默王二.txt");
        int b;
        while ((b = is.read()) != -1) {
    
        }
    }
    
    

    捕获的示例。

    public static void main(String[] args) {
        try {
            InputStream is = new FileInputStream("沉默王二.txt");
            int b;
            while((b = is.read()) != -1) {
    
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    

    03、

    当抛出异常的时候,剩余的代码就会终止执行,这时候一些资源就需要主动回收。Java 的解决方案就是 finally 子句——不管异常有没有被捕获,finally 子句里的代码都会执行。

    在下面的示例当中,输入流将会被关闭,以释放资源。

    public static void main(String[] args) {
        InputStream is = null;
        try {
            is = new FileInputStream("沉默王二.txt");
            int b;
            while ((b = is.read()) != -1) {}
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            is.close();
        }
    }
    
    

    但我总觉得这样的设计有点问题,因为 close() 方法同样会抛出 IOException

        public void close() throws IOException {}
    
    

    也就是说,调用 close() 的 main 方法要么需要抛出 IOException,要么需要在 finally子句里重新捕获 IOException

    选择前一种就会让 try catch 略显尴尬,就像下面这样。

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        InputStream is = null;
        try {
            is = new FileInputStream("沉默王二.txt");
            int b;
            while ((b = is.read()) != -1) {}
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            is.close();
        }
    }
    
    

    选择后一种会让代码看起来很臃肿,就像下面这样。

    public static void main(String[] args) {
        InputStream is = null;
        try {
            is = new FileInputStream("沉默王二.txt");
            int b;
            while ((b = is.read()) != -1) {}
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                is.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    

    总之,我们需要另外一种更优雅的解决方案。JDK7 新增了 Try-With-Resource 语法:如果一个类(比如 InputStream)实现了 AutoCloseable 接口,那么就可以将该类的对象创建在 try 关键字后面的括号中,当 try-catch 代码块执行完毕后,Java 会确保该对象的 close方法被调用。示例如下。

    public static void main(String[] args) {
        try (InputStream is = new FileInputStream("沉默王二.txt")) {
            int b;
            while ((b = is.read()) != -1) {
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    

    04、

    关于异常处理机制的使用,我这里总结了一些非常实用的建议,希望你能够采纳。

    1)尽量捕获原始的异常

    实际应该捕获 FileNotFoundException,却捕获了泛化的 Exception。示例如下。

    InputStream is = null;
    try {
        is = new FileInputStream("沉默王二.txt");
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
    
    

    这样做的坏处显而易见:假如你喊“王二”,那么我就敢答应;假如你喊“老王”,那么我还真不敢答应,万一你喊的我妹妹“王三”呢?

    很多初学者误以为捕获泛化的 Exception 更省事,但也更容易让人“丈二和尚摸不着头脑”。相反,捕获原始的异常能够让协作者更轻松地辨识异常类型,更容易找出问题的根源。

    2)尽量不要打印堆栈后再抛出异常

    当异常发生时打印它,然后重新抛出它,以便调用者能够适当地处理它。就像下面这段代码一样。

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try (InputStream is = new FileInputStream("沉默王二.txt")) {
        }catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            throw e;
        } 
    }
    
    

    这似乎考虑得很周全,但是这样做的坏处是调用者可能也打印了异常,重复的打印信息会增添排查问题的难度。

    java.io.FileNotFoundException: 沉默王二.txt (系统找不到指定的文件。)
        at java.io.FileInputStream.open0(Native Method)
        at java.io.FileInputStream.open(FileInputStream.java:195)
        at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:138)
        at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:93)
        at learning.Test.main(Test.java:10)
    Exception in thread "main" java.io.FileNotFoundException: 沉默王二.txt (系统找不到指定的文件。)
        at java.io.FileInputStream.open0(Native Method)
        at java.io.FileInputStream.open(FileInputStream.java:195)
        at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:138)
        at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:93)
        at learning.Test.main(Test.java:10)
    
    

    3)千万不要用异常处理机制代替判断

    我曾见过类似下面这样奇葩的代码,本来应该判 null 的,结果使用了异常处理机制来代替。

    public static void main(String[] args) {
        try {
            String str = null;
            String[] strs = str.split(",");
        } catch (NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    

    捕获异常相对判断花费的时间要多得多!我们可以模拟两个代码片段来对比一下。

    代码片段 A:

    long a = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        try {
            String str = null;
            String[] strs = str.split(",");
        } catch (NullPointerException e) {
        }
    }
    long b = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(b - a);
    
    

    代码片段 B:

    long a = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        String str = null;
        if (str != null) {
            String[] strs = str.split(",");
        }
    }
    long b = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(b - a);
    
    

    100000 万次的循环,代码片段 A(异常处理机制)执行的时间大概需要 1983 毫秒;代码片段 B(正常判断)执行的时间大概只需要 1 毫秒。这样的比较虽然不够精确,但足以说明问题。

    4)不要盲目地过早捕获异常

    如果盲目地过早捕获异常的话,通常会导致更严重的错误和其他异常。请看下面的例子。

    InputStream is = null;
    try {
        is = new FileInputStream("沉默王二.txt");
    
    } catch (FileNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    
    int b;
    try {
        while ((b = is.read()) != -1) {
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    
    finally {
        try {
            is.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    

    假如文件没有找到的话,InputStream 的对象引用 is 就为 null,新的 NullPointerException 就会出现。

    java.io.FileNotFoundException: 沉默王二.txt (系统找不到指定的文件。)
        at java.io.FileInputStream.open0(Native Method)
        at java.io.FileInputStream.open(FileInputStream.java:195)
        at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:138)
        at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:93)
        at learning.Test.main(Test.java:12)
    Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
        at learning.Test.main(Test.java:28)
    
    

    NullPointerException 并不是程序出现问题的本因,但实际上它出现了,无形当中干扰了我们的视线。正确的做法是延迟捕获异常,让程序在第一个异常捕获后就终止执行。

    05、

    好了,关于异常我们就说到这。异常处理是程序开发中必不可少的操作之一,但如何正确优雅地对异常进行处理却是一门学问,好的异常处理机制可以确保程序的健壮性,提高系统的可用率。

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