Java大學問——優雅地處理異常
你有沒有這樣的印象,當你想要更新一款 APP 的時候,它的更新日誌裏總有這麽一兩句描述:
- 修復若幹 bug
- 殺了某程序員祭天,並成功解決掉他遺留的 bug
作為一名負責任的程序員,我們當然希望程序不會出現 bug,因為 bug 出現的越多,間接地證明了我們的編程能力越差,至少領導是這麽看的。
事實上,領導是不會拿自己的腦袋宣言的:“我們的程序絕不存在任何一個 bug。”但當程序出現 bug 的時候,領導會毫不猶豫地選擇讓程序員背鍋。
為了讓自己少背鍋,我們可以這樣做:
- 在編碼階段合理使用異常處理機制,並記錄日誌以備後續分析
- 在測試階段進行大量有效的測試,在用戶發現錯誤之前發現錯誤
還有一點需要做的是,在敲代碼之前,學習必要的編程常識,做到兵馬未動,糧草先行。
二.層次結構
在 Java 中,異常(Throwable)的層次結構大致如下。
Error 類異常描述了 Java 運行時系統的內部錯誤,比如最常見的 OutOfMemoryError
和NoClassDefFoundError
。
導致OutOfMemoryError
的常見原因有以下幾種:
- 內存中加載的數據量過於龐大,如一次從數據庫取出過多數據;
- 集合中的對象引用在使用完後未清空,使得 JVM 不能回收;
- 代碼中存在死循環或循環產生過多重復的對象;
- 啟動參數中內存的設定值過小;
OutOfMemoryError
導致NoClassDefFoundError
的原因只有一個,Java 虛擬機在編譯時能找到類,而在運行時卻找不到。
NoClassDefFoundError
的解決辦法,我截了一張圖,如上所示。當一個項目引用了另外一個項目時,切記這一步!
Exception(例外)通常可分為兩類,一類是寫代碼的人造成的,比如訪問空指針(NullPointerException
)。應當在敲代碼的時候進行檢查,以杜絕這類異常的發生。
if (str == null || "".eqauls(str)) { }
另外一類異常不是寫代碼的人造成的,要麽需要拋出,要麽需要捕獲,比如說常見的 IOException
。
拋出的示例。
public static void main(String[] args) throws IOException {
InputStream is = new FileInputStream("Java高級架構獅.txt");
int b;
while ((b = is.read()) != -1) {
}
}
捕獲的示例。
public static void main(String[] args) {
try {
InputStream is = new FileInputStream("Java高級架構獅.txt");
int b;
while((b = is.read()) != -1) {
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
三.finally
當拋出異常的時候,剩余的代碼就會終止執行,這時候一些資源就需要主動回收。Java 的解決方案就是finally
子句——不管異常有沒有被捕獲,finally 子句裏的代碼都會執行。
在下面的示例當中,輸入流將會被關閉,以釋放資源。
public static void main(String[] args) {
InputStream is = null;
try {
is = new FileInputStream("Java高級架構獅.txt");
int b;
while ((b = is.read()) != -1) {}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
is.close();
}
}
但我總覺得這樣的設計有點問題,因為close()
方法同樣會拋出 IOException
:
public void close() throws IOException {}
也就是說,調用close()
的main
方法要麽需要拋出IOException
,要麽需要在finally
子句裏重新捕獲IOException
。
選擇前一種就會讓 try catch 略顯尷尬,就像下面這樣。
public static void main(String[] args) throws IOException {
InputStream is = null;
try {
is = new FileInputStream("Java高級架構獅.txt");
int b;
while ((b = is.read()) != -1) {}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
is.close();
}
}
選擇後一種會讓代碼看起來很臃腫,就像下面這樣。
public static void main(String[] args) {
InputStream is = null;
try {
is = new FileInputStream("Java高級架構獅.txt");
int b;
while ((b = is.read()) != -1) {}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
is.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
總之,我們需要另外一種更優雅的解決方案。JDK7 新增了Try-With-Resource
語法:如果一個類(比如InputStream
)實現了 AutoCloseable
接口,那麽就可以將該類的對象創建在 try 關鍵字後面的括號中,當try-catch
代碼塊執行完畢後,Java 會確保該對象的 close方法被調用。示例如下。
public static void main(String[] args) {
try (InputStream is = new FileInputStream("Java高級架構獅.txt")) {
int b;
while ((b = is.read()) != -1) {
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
四.建議
關於異常處理機制的使用,我這裏總結了一些非常實用的建議,希望你能夠采納。
1.盡量捕獲原始的異常。
實際應該捕獲 FileNotFoundException,卻捕獲了泛化的 Exception。示例如下。
InputStream is = null;
try {
is = new FileInputStream("Java高級架構獅.txt");
}
catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
這樣做的壞處顯而易見:假如你喊“王二”,那麽我就敢答應;假如你喊“老王”,那麽我還真不敢答應,萬一你喊的我妹妹“王三”呢?
很多初學者誤以為捕獲泛化的Exception
更省事,但也更容易讓人“丈二和尚摸不著頭腦”。相反,捕獲原始的異常能夠讓協作者更輕松地辨識異常類型,更容易找出問題的根源。
2.盡量不要打印堆棧後再拋出異常
當異常發生時打印它,然後重新拋出它,以便調用者能夠適當地處理它。就像下面這段代碼一樣。
public static void main(String[] args) throws IOException {
try (InputStream is = new FileInputStream("Java高級架構獅.txt")) {
}catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
throw e;
}
}
這似乎考慮得很周全,但是這樣做的壞處是調用者可能也打印了異常,重復的打印信息會增添排查問題的難度。
java.io.FileNotFoundException: Java高級架構獅.txt (系統找不到指定的文件。)
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: Java高級架構獅.txt (系統找不到指定的文件。)
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)
3.千萬不要用異常處理機制代替判斷
我曾見過類似下面這樣奇葩的代碼,本來應該判 null 的,結果使用了異常處理機制來代替。
public static void main(String[] args) {
try {
String str = null;
String[] strs = str.split(",");
} catch (NullPointerException e) {
e.printStackTrace();
}
}
捕獲異常相對判斷花費的時間要多得多!我們可以模擬兩個代碼片段來對比一下。
代碼片段 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);
代碼片段 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 萬次的循環,代碼片段 A(異常處理機制)執行的時間大概需要 1983 毫秒;代碼片段 B(正常判斷)執行的時間大概只需要 1 毫秒。這樣的比較雖然不夠精確,但足以說明問題。
4.不要盲目地過早捕獲異常
如果盲目地過早捕獲異常的話,通常會導致更嚴重的錯誤和其他異常。請看下面的例子。
InputStream is = null;
try {
is = new FileInputStream("Java高級架構獅.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();
}
}
假如文件沒有找到的話,InputStream
的對象引用is
就為null
,新的NullPointerException
就會出現。
java.io.FileNotFoundException: Java高級架構獅.txt (系統找不到指定的文件。)
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 並不是程序出現問題的本因,但實際上它出現了,無形當中幹擾了我們的視線。正確的做法是延遲捕獲異常,讓程序在第一個異常捕獲後就終止執行。
五.總結
好了,關於異常我們就說到這。異常處理是程序開發中必不可少的操作之一,但如何正確優雅地對異常進行處理卻是一門學問,好的異常處理機制可以確保程序的健壯性,提高系統的可用率。
Java大學問——優雅地處理異常