對(duì)處理 Java 異常三原則的詳細(xì)分析

Java中異常提供了一種識(shí)別及響應(yīng)錯(cuò)誤情況的一致性機(jī)制，有效地異常處理能使程序更加健壯、易于調(diào)試。

異常之所以是一種強(qiáng)大的調(diào)試手段，在于其回答了以下三個(gè)問(wèn)題：

• 什么出了錯(cuò)?

• 在哪出的錯(cuò)?

• 為什么出錯(cuò)?

在有效使用異常的情況下，異常類型回答了“什么”被拋出，異常堆棧跟蹤回答了“在哪“拋出，異常信息回答了“為什么“會(huì)拋出，如果你的異常沒(méi)有回答以上全部問(wèn)題，那么可能你沒(méi)有很好地使用它們。

有三個(gè)原則可以幫助你在調(diào)試過(guò)程中最大限度地使用好異常，這三個(gè)原則是：

• 具體明確

• 提早拋出

• 延遲捕獲

為了闡述有效異常處理的這三個(gè)原則，本文通過(guò)杜撰個(gè)人財(cái)務(wù)管理器類JCheckbook進(jìn)行討論，JCheckbook用于記錄及追蹤諸如存取款,票據(jù)開(kāi)具之類的銀行賬戶活動(dòng)。

具體明確

Java定義了一個(gè)異常類的層次結(jié)構(gòu),其以Throwable開(kāi)始，擴(kuò)展出Error和Exception，而Exception又?jǐn)U展出RuntimeException.如圖1所示.

圖1.Java異常層次結(jié)構(gòu)

這四個(gè)類是泛化的，并不提供多少出錯(cuò)信息，雖然實(shí)例化這幾個(gè)類是語(yǔ)法上合法的(如:new Throwable())，但是最好還是把它們當(dāng)虛基類看，使用它們更加特化的子類。Java已經(jīng)提供了大量異常子類，如需更加具體，你也可以定義自己的異常類。

例 如：java.io package包中定義了Exception類的子類IOException，更加特化確的是 FileNotFoundException，EOFException和ObjectStreamException這些IOException的子 類。

每一種都描述了一類特定的I/O錯(cuò)誤：分別是文件丟失,異常文件結(jié)尾和錯(cuò)誤的序列化對(duì)象流。異常越具體，我們的程序就能更好地回答”什么出了錯(cuò)”這個(gè)問(wèn)題。

捕獲異常時(shí)盡量明確也很重要。

例如：JCheckbook可以通過(guò)重新詢問(wèn)用戶文件名來(lái)處理FileNotFoundException，對(duì)于 EOFException，它可以根據(jù)異常拋出前讀取的信息繼續(xù)運(yùn)行。

如果拋出的是ObjectStreamException，則程序應(yīng)該提示用戶文件 已損壞，應(yīng)當(dāng)使用備份文件或者其他文件。

Java讓明確捕獲異常變得容易，因?yàn)槲覀兛梢詫?duì)同一try塊定義多個(gè)catch塊，從而對(duì)每種異常分別進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

File prefsFile = new File(prefsFilename);

try{

readPreferences(prefsFile);

}

catch (FileNotFoundException e){

// alert the user that the specified file

// does not exist

}

catch (EOFException e){

// alert the user that the end of the file

// was reached

}

catch (ObjectStreamException e){

// alert the user that the file is corrupted

}

catch (IOException e){

// alert the user that some other I/O

// error occurred

}

JCheckbook 通過(guò)使用多個(gè)catch塊來(lái)給用戶提供捕獲到異常的明確信息。

舉例來(lái)說(shuō)：如果捕獲了FileNotFoundException，它可以提示用戶指定另一 個(gè)文件，某些情況下多個(gè)catch塊帶來(lái)的額外編碼工作量可能是非必要的負(fù)擔(dān)，但在這個(gè)例子中，額外的代碼的確幫助程序提供了對(duì)用戶更友好的響應(yīng)。

除前三個(gè)catch塊處理的異常之外，最后一個(gè)catch塊在IOException拋出時(shí)給用戶提供了更泛化的錯(cuò)誤信息.這樣一來(lái)，程序就可以盡可能提供具體的信息，但也有能力處理未預(yù)料到的其他異常。

有時(shí)開(kāi)發(fā)人員會(huì)捕獲范化異常，并顯示異常類名稱或者打印堆棧信息以求＂具體＂。

千萬(wàn)別這么干！

用戶看到j(luò)ava.io.EOFException或者堆棧信息 只會(huì)頭疼而不是獲得幫助。應(yīng)當(dāng)捕獲具體的異常并且用＂人話＂給用戶提示確切的信息。不過(guò)，異常堆棧倒是可以在你的日志文件里打印。記住，異常和堆棧信息是用來(lái)幫助開(kāi)發(fā)人 員而不是用戶的。

最后，應(yīng)該注意到JCheckbook并沒(méi)有在readPreferences()中捕獲異常，而是將捕獲和處理異常留到用戶界面層來(lái)做，這樣就能用對(duì)話框或其他方式來(lái)通知用戶。這被稱為＂延遲捕獲＂，下文就會(huì)談到。

提早拋出

異常堆棧信息提供了導(dǎo)致異常出現(xiàn)的方法調(diào)用鏈的精確順序，包括每個(gè)方法調(diào)用的類名，方法名，代碼文件名甚至行數(shù)，以此來(lái)精確定位異常出現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)。

java.lang.NullPointerException

at java.io.FileInputStream.open(Native Method)

at java.io.FileInputStream.(FileInputStream.java:103)

at jcheckbook.JCheckbook.readPreferences(JCheckbook.java:225)

at jcheckbook.JCheckbook.startup(JCheckbook.java:116)

at jcheckbook.JCheckbook.(JCheckbook.java:27)

at jcheckbook.JCheckbook.main(JCheckbook.java:318)

以上展示了FileInputStream類的open()方法拋出NullPointerException的情況。

不過(guò)注意 FileInputStream.close()是標(biāo)準(zhǔn)Java類庫(kù)的一部分，很可能導(dǎo)致這個(gè)異常的問(wèn)題原因在于我們的代碼本身而不是Java API。所以問(wèn)題很可能出現(xiàn)在前面的其中一個(gè)方法，幸好它也在堆棧信息中打印出來(lái)了。

不幸的是，NullPointerException是Java中信息量最少的（卻也是最常遭遇且讓人崩潰的）異常。它壓根不提我們最關(guān)心的事情：到底哪里是null。所以我們不得不回退幾步去找哪里出了錯(cuò)。

通過(guò)逐步回退跟蹤堆棧信息并檢查代碼，我們可以確定錯(cuò)誤原因是向readPreferences()傳入了一個(gè)空文件名參數(shù)。既然readPreferences()知道它不能處理空文件名，所以馬上檢查該條件：

public void readPreferences(String filename)

throws IllegalArgumentException{

if (filename == null){

throw new IllegalArgumentException("filename is null");

} //if

//...perform other operations...

InputStream in = new FileInputStream(filename);

//...read the preferences file...

}

通過(guò)提早拋出異常（又稱＂迅速失?。ⅲ惓５靡郧逦譁?zhǔn)確。

堆棧信息立即反映出什么出了錯(cuò)（提供了非法參數(shù)值），為什么出錯(cuò)（文件名不能為空值），以及哪里出的錯(cuò)（readPreferences()的前部分）。這樣我們的堆棧信息就能如實(shí)提供：

java.lang.IllegalArgumentException: filename is null

at jcheckbook.JCheckbook.readPreferences(JCheckbook.java:207)

at jcheckbook.JCheckbook.startup(JCheckbook.java:116)

at jcheckbook.JCheckbook.(JCheckbook.java:27)

at jcheckbook.JCheckbook.main(JCheckbook.java:318)

另外，其中包含的異常信息（＂文件名為空＂）通過(guò)明確回答什么為空這一問(wèn)題使得異常提供的信息更加豐富，而這一答案是我們之前代碼中拋出的NullPointerException所無(wú)法提供的。

通過(guò)在檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)立刻拋出異常來(lái)實(shí)現(xiàn)迅速失敗，可以有效避免不必要的對(duì)象構(gòu)造或資源占用，比如文件或網(wǎng)絡(luò)連接。同樣，打開(kāi)這些資源所帶來(lái)的清理操作也可以省卻。

延遲捕獲

菜鳥(niǎo)和高手都可能犯的一個(gè)錯(cuò)是，在程序有能力處理異常之前就捕獲它。Java編譯器通過(guò)要求檢查出的異常必須被捕獲或拋出而間接助長(zhǎng)了這種行為。自然而然的做法就是立即將代碼用try塊包裝起來(lái)，并使用catch捕獲異常，以免編譯器報(bào)錯(cuò)。

問(wèn)題在于，捕獲之后該拿異常怎么辦？最不該做的就是什么都不做。

空的catch塊等于把整個(gè)異常丟進(jìn)黑洞，能夠說(shuō)明何時(shí)何處為何出錯(cuò)的所有信息都會(huì)永遠(yuǎn)丟失。把異常寫(xiě)到日志中還稍微好點(diǎn)，至少還有記錄可查。

但我們總不能指望用戶去閱讀或者理解日志文件和異常信息。

讓readPreferences()顯示錯(cuò)誤信息對(duì)話框也不合適，因?yàn)殡m然JCheckbook目前是桌面應(yīng)用程序，但我們還計(jì)劃將它變成基于HTML的Web應(yīng)用。那樣的話，顯示錯(cuò)誤對(duì)話框顯然不是個(gè)選擇。

同時(shí)，不管HTML還是C/S版本，配置信息都是在服務(wù)器上讀取的，而錯(cuò)誤信息需要顯示給Web瀏覽器或者客戶端程序。 readPreferences()應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)時(shí)將這些未來(lái)需求也考慮在內(nèi)。適當(dāng)分離用戶界面代碼和程序邏輯可以提高我們代碼的可重用性。

在有條件處理異常之前過(guò)早捕獲它，通常會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的錯(cuò)誤和其他異常。

例如，如果上文的readPreferences()方法在調(diào)用FileInputStream構(gòu)造方法時(shí)立即捕獲和記錄可能拋出的FileNotFoundException，代碼會(huì)變成下面這樣：

public void readPreferences(String filename){

//...

InputStream in = null;

// DO NOT DO THIS!!!

try{

in = new FileInputStream(filename);

}

catch (FileNotFoundException e){

logger.log(e);

}

in.read(...);

//...

}

上面的代碼在完全沒(méi)有能力從FileNotFoundException中恢復(fù)過(guò)來(lái)的情況下就捕獲了它。如果文件無(wú)法找到，下面的方法顯然無(wú)法讀取它。

如果 readPreferences()被要求讀取不存在的文件時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況？當(dāng)然，F(xiàn)ileNotFoundException會(huì)被記錄下來(lái)，如果我們當(dāng)時(shí)去看日志文件的話，就會(huì)知道。

然而當(dāng)程序嘗試從文件中讀取數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)發(fā)生什么？既然文件不存在，變量in就是空的，一個(gè) NullPointerException就會(huì)被拋出。

調(diào)試程序時(shí)，本能告訴我們要看日志最后面的信息。那將會(huì)是NullPointerException，非常讓人討厭的是這個(gè)異常非常不具體。錯(cuò)誤信息不僅誤導(dǎo)我們什么出了錯(cuò)（真正的錯(cuò)誤是FileNotFoundException而不是NullPointerException），還誤導(dǎo)了錯(cuò)誤的出處。

真正的問(wèn)題出在拋出NullPointerException處的數(shù)行之外，這之間有可能存在好幾次方法的調(diào)用和類的銷毀。我們的注意力被這條小魚(yú)從真正的錯(cuò)誤處吸引了過(guò)來(lái)，一直到我們往回看日志才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的源頭。

既然readPreferences() 真正應(yīng)該做的事情不是捕獲這些異常，那應(yīng)該是什么？看起來(lái)有點(diǎn)有悖常理，通常最合適的做法其實(shí)是什么都不做，不要馬上捕獲異常。

把責(zé)任交給 readPreferences()的調(diào)用者，讓它來(lái)研究處理配置文件缺失的恰當(dāng)方法，它有可能會(huì)提示用戶指定其他文件，或者使用默認(rèn)值，實(shí)在不行的話也許警告用戶并退出程序。

把異常處理的責(zé)任往調(diào)用鏈的上游傳遞的辦法，就是在方法的throws子句聲明異常。在聲明可能拋出的異常時(shí)，注意越具體越好。這用于標(biāo)識(shí)出調(diào)用你方法的程序需要知曉并且準(zhǔn)備處理的異常類型。例如，“延遲捕獲”版本的readPreferences()可能是這樣的：

public void readPreferences(String filename)

throws IllegalArgumentException,

FileNotFoundException, IOException{

if (filename == null){

throw new IllegalArgumentException("filename is null");

} //if

//...

InputStream in = new FileInputStream(filename);

//...

}

技術(shù)上來(lái)說(shuō)，我們唯一需要聲明的異常是IOException，但我們明確聲明了方法可能拋出FileNotFoundException。 IllegalArgumentException不是必須聲明的，因?yàn)樗欠菣z查性異常（即RuntimeException的子類）。然而聲明它是為 了文檔化我們的代碼（這些異常也應(yīng)該在方法的JavaDocs中標(biāo)注出來(lái)）。

當(dāng)然，最終你的程序需要捕獲異常，否則會(huì)意外終止。

但這里的技巧是在合適的層面捕獲異常，以便你的程序要么可以從異常中有意義地恢復(fù)并繼續(xù)下去，而不導(dǎo)致更深入的錯(cuò)誤；要么能夠?yàn)橛脩籼峁┟鞔_的信息，包括引導(dǎo)他們從錯(cuò)誤中恢復(fù)過(guò)來(lái)。如果你的方法無(wú)法勝任，那么就不要處理異常，把它留到后面捕獲和在恰當(dāng)?shù)膶用嫣幚怼?/p>

結(jié)論

經(jīng)驗(yàn)豐富的開(kāi)發(fā)人員都知道，調(diào)試程序的最大難點(diǎn)不在于修復(fù)缺陷，而在于從海量的代碼中找出缺陷的藏身之處。只要遵循本文的三個(gè)原則，就能讓你的異常協(xié)助你跟蹤和消滅缺陷，使你的程序更加健壯，對(duì)用戶更加友好。