Java異常處理、java語言推崇使用檢查類型異常

異常處理是java語言的重要特性之一，《Three Rules for effective Exception Handling》一文中是這么解釋的：它主要幫助我們在debug的過程中解決下面的三個問題。

什么出錯了

哪里出錯了

為什么出錯

java語言可以說是提供了過于完善的異常處理機制，以致于后來《Thinking in java》的作者Bruce Eckel都專門對他進行了論述。java中的異常機制包括Error和Exception兩個部分。他們都繼承自一個共同的基類Throwable。Error屬于JVM運行中發(fā)生的一些錯誤，雖然并不屬于開發(fā)人員的范疇，但是有些Error還是由代碼引起的，比如StackOverflowError經(jīng)常由遞歸操作引起，這種錯誤就是告訴開發(fā)者，你一般無法挽救，只能靠JVM。而Exception假設(shè)程序員會去處理這些異常，比如數(shù)據(jù)庫連接出了異常，那么我們可以處理這個異常，并且重新連接等。

Exception分為兩種，檢查類型（checked）和未檢查類型（unchecked）。檢查類型的異常就是說要程序員明確的去聲明或者用try..catch語句來處理的異常，而非檢查類型的異常則沒有這些限制，比如我們常見的NullPointerException 就是非檢查類型的，他繼承自RuntimeException。

java是目前主流編程語言中唯一一個推崇使用檢查類型異常的，至少sun是這樣的。關(guān)于使用checked還是unchecked異常的論戰(zhàn)一直很激烈。下面是一張java語言中異常的類關(guān)系圖。

基本使用

我們在使用java的一些文件或者數(shù)據(jù)庫操作的時候已經(jīng)接觸過一些異常了，比如IOException、SQLException等，這些方法被聲明可能會拋出某種異常，因此我們需要對其進行捕獲處理。這就需要基本的try..catch語句了。下圖就是我們經(jīng)常寫的一個基本結(jié)構(gòu)。try語句塊中寫可能會拋出異常的代碼，之后在catch語句塊中進行捕獲。我們看到catch的參數(shù)寫的是一個Exception對象，這就意味著這個語句塊可以捕獲所有的檢查類型的異常（雖然這并不是一種好的寫法，稍后討論），finally總是會保證在最后執(zhí)行，一般我們在里面處理一些清理的工作，比如關(guān)閉文件流或者數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡(luò)等操作。

當然上面的語句塊結(jié)構(gòu)是靈活的，但是try是必須有的，catch和finally兩者至少有一個，當然catche的數(shù)量可以有多個。有時候try語句塊中可能拋出多種類型的異常，這個時候，我們可以寫多個catch語句來捕獲不同類型的異常，一個比較好的寫法如下：

try{
// ..invoke some methods that may throw exceptions
}catch(ExceptionType1 e){
//...handle exception
}catch(ExceptionType2 e){
//...handle exception
}catch(Exception e){
//...handle exception
}finally{
//..do some cleaning :close the file db etc.
}

當異常不滿足前兩個type的時候，exception會將異常捕獲。我們發(fā)現(xiàn)這個寫法比較類似switch case的結(jié)構(gòu)控制語句，但實際上，一旦某個catch得到匹配后，其他的就不會就匹配了，有點像加了break的case。有一點需要注意catch（Exception）一定要寫在最后面，catch是順序匹配的，后面匹配Exception的子類，編譯器就會報錯。

初次學(xué)習(xí)try..catch總會被其吸引，所以大量的使用這種結(jié)果，以達到某種“魯棒性”。（這語句也是程序員表白的最愛）。但try語句實際上執(zhí)行的時候會導(dǎo)致棧操作。即要保存整個方法的調(diào)用路徑，這勢必會使得程序變慢。fillInStackTrace()是Throwable的一個方法，用來執(zhí)行棧的操作，他是線程同步的，本身也很耗時。這里問題在StackOverFlow上曾經(jīng)有過一段非常經(jīng)典的討論，原文。 的確當我們在try中什么都不做，或者只執(zhí)行一個類似加法的簡單調(diào)用，那么其執(zhí)行效率和goto這樣的控制語句是幾乎一樣的。但是誰會寫這樣的代碼呢？

總之不要總是試圖通過try catch來控制程序的結(jié)構(gòu)，無論從效率還是代碼的可讀性上都不好。

try catch好的一面

try catch雖然不推薦用于程序結(jié)構(gòu)的控制，但是也具有重要的意義，其設(shè)計的一個好處就是，開發(fā)人員可以把一件事情當做事務(wù)來處理，事務(wù)也是數(shù)據(jù)庫中重要的概念，舉個例子，比如完成訂單的這個事務(wù)，其中包括了一個動作序列，包括用戶提交訂單，商品出庫，關(guān)聯(lián)等。當這個序列中某一個動作執(zhí)行失敗的時候，數(shù)據(jù)統(tǒng)一恢復(fù)到一個正常的點，這樣就不會出現(xiàn)，你付完了帳，商品卻沒有給你的情況。我們在try語句塊中就像執(zhí)行一個事務(wù)一樣，當出現(xiàn)了異常，就會在catch中得到統(tǒng)一的處理，保證數(shù)據(jù)的完整無損。其實很多不好的代碼也是因為沒有好好利用catch語句的語言，導(dǎo)致很多異常就被淹沒了，這個后面介紹。

定制詳細的異常

我們可以自己定義異常，以捕獲處理某個具體的例子。創(chuàng)建自己的異常類，可以直接繼承Exception或者RuntimeException。區(qū)別是前者是簡稱類型的，而后者為檢查類型異常。Sun官方力挺傳統(tǒng)的觀點，他建議開發(fā)者都是用檢查類型的異常，即你一定要去處理的異常。下面是定義的一個簡單的異常類.

public class SimpleException extends Exception{
SimpleException(){}
SimpleException(String info){
super(info);
}
}

我們覆寫了兩個構(gòu)造方法，這是有意義的。通過傳遞字符串參數(shù)，我們創(chuàng)建一個異常對象的時候，可以記錄下詳細的信息，這樣這個異常被捕獲的時候就會顯示我們之前定義的詳細信息。比如用下面的代碼測試一下我們定義的異常類：

public class test {
public void fun() throws SimpleException{
throw new SimpleException("throwing from fun");
}
public static void main(String[] args) {
Test t = new Test();
try{
t.fun();
}catch(SimpleException e){
e.printStackTrace();
}
}}

運行就會得到下面的結(jié)果 printStackTrace是打印調(diào)用棧的方法，他有三個重載方法，默認的是將信息輸出到System.err。這樣我們就可以清晰的看到方法調(diào)用的過程，有點像操作系統(tǒng)中的中斷，保護現(xiàn)場。

SimpleException: throwing from fun
at Test.fun(Test.java:4)
at Test.main(Test.java:9)

略微麻煩的語法

我們自己實現(xiàn)的異常有時候會用到繼承這些特性，在異常繼承的時候有一些限制。那就是子類不能拋出基類或所實現(xiàn)的接口中沒有拋出的異常.比如有如下的接口：

public interface InterfaceA {
public void f() throws IOException;
}

我們的Test類實現(xiàn)這個接口，那么Test的f方法要么不拋出異常，要么只能拋出IOException，其實關(guān)于這里還有更瑣碎的規(guī)矩，詳細可以參考《Java Puzzlers》第37個謎題。所以這和傳統(tǒng)的繼承和實現(xiàn)接口正好相反，面向?qū)ο蟮睦^承是擴大化，而這正好是縮小了。

關(guān)于checked和unchecked的論戰(zhàn)

傳統(tǒng)的觀點里，sun認為"因為 Java 語言并不要求方法捕獲或者指定運行時異常，因此編寫只拋出運行時異常的代碼或者使得他們的所有異常子類都繼承自RuntimeException，對于程序員來說是有吸引力的。這些編程捷徑都允許程序員編寫 Java 代碼而不會受到來自編譯器的所有挑剔性錯誤的干擾，并且不用去指定或者捕獲任何異常。 盡管對于程序員來說這似乎比較方便，但是它回避了 Java 的捕獲或者指定要求的意圖，并且對于那些使用您提供的類的程序員可能會導(dǎo)致問題。"他強調(diào)盡量不使用unchecked異常。

但《Thinking in java》的作者Eckel卻改變了自己的想法， 他在自己博客上的一篇文章（這篇文章很好，表達也很簡單）專門列舉了使用checked異常的弊端。他指出正式檢查類型讓導(dǎo)致了很多的異常不能被程序員發(fā)現(xiàn)。開發(fā)人員有更大的自由去決定是不是要處理一個異常。即使忘記處理了某個異常，他也會在某個地方拋出來被發(fā)現(xiàn)，而不至于丟失。checked異常使得代碼的可讀性變差，并且正在暗暗的鼓勵人們?nèi)パ蜎]異�！，F(xiàn)在很多IDE都在提醒我們，某個方法要跑出異常，然后甚至自動幫我們生成catch或者throw。這是非�？膳碌男袨�，這導(dǎo)致了我們很多catch語句里面什么都沒有，就像一個陷阱一樣。

checked異常帶來的另一個問題是，代碼的難維護性，因為要在方法聲明上加上throws，如果方法的實現(xiàn)發(fā)生了某個變化，有了新的異常，那么我們不得不去修改方法的聲明。還有一點不好的就是不能明確的暴露異常的特征。比如我們登錄成績系統(tǒng)的時候，如果用戶名注冊，我們可能期待一個NoSuchStudentException但是實際看到的可能是一個SQLException�！禘ffective java》中第 43 條：拋出與抽象相適應(yīng)的異常。講的就是這個原則，即拋出的異常應(yīng)該是和抽象的概念一致的，比如我們在一個系統(tǒng)無論遇到什么具體的問題，但是大部分我們看到的都只是SQLException而已。

關(guān)于如何選擇，Bloch的建議是為可恢復(fù)的條件使用檢查型異常，為編程錯誤使用運行時異常。我的感覺是選擇檢查的異常就一定要”處理“,當然此處的處理一定是真正的處理而不是空寫一個catch語句而已。不知道未來的java會怎樣對待checked和unchecked，畢竟現(xiàn)在java是唯一一個支持檢查異常的主流編程語言了。

好的原則

Fail Fast:就是要盡早的拋出異常，這樣有有助于更加精確的定位出錯的地點和原因。這個也比較好理解，比如用戶名字不合法的時候馬上拋出，UserNameIllegalException，如果沒有及時拋出異常，那么不合法的名字可能會導(dǎo)致一個SQLException,但是程序報給你一個SQLException,你卻很難直接得知一定是用戶名不合法造成的。Fail Fast這種思想，在java實現(xiàn)ArrayList的機制中也有很好的體現(xiàn)。

Catch late:不要在方法內(nèi)部過早的處理異常，特別是什么也不做的處理，那就更加的可怕了。因為如果“無作為”的處理很可能導(dǎo)致后面繼續(xù)出現(xiàn)新的異常（比如錯誤的用戶名會引發(fā)后面一些列錯誤，程序還不能處理好錯誤的用戶名，后面的就更處理不了了），這就給調(diào)試增加了很大的困難。一個好的經(jīng)驗是將異常處理交給調(diào)用者，方法只在及時的地方拋出異常，技術(shù)上實現(xiàn)的方式就是給方法聲明throws，標出所有可能要拋出的異常。

Doc：文檔的重要性，特別是非檢查的異常，一定要在文檔中注明。

異常處理是java非常重要的特性，上面是一些關(guān)于異常使用的討論，當然更多知識還是需要實踐中發(fā)現(xiàn)。