深入探索 高效的Java異常處理框架

1、摘要：本文從Java異常最基本的概念、語法開始講述了Java異常處理的基本知識，分析了Java異常體系結構，對比Spring的異常處理框架，闡述了異常處理的基本原則。并且作者提出了自己處理一個大型應用系統(tǒng)異常的思想，并通過設計一個異常處理的框架來論述此思想。一、 異常的概念和Java異常體系結構異常是程序運行過程中出現(xiàn)的錯誤。本文主要講授的是Java語言的異常處理。Java語言的異常處理框架，是Java語言健壯性的一個重要體現(xiàn)。Java把異常當作對象來處理，并定義一個基類java.lang.Throwable作為所有異常的超類。在Java API中已經(jīng)定義了許多異常類，這些異常類分為兩大類，錯

2、誤Error和異常Exception。Java異常體系結構呈樹狀，其層次結構圖如圖 1所示：圖 1 Java異常體系結構Thorwable類所有異常和錯誤的超類，有兩個子類Error和Exception，分別表示錯誤和異常。其中異常類Exception又分為運行時異常(RuntimeException)和非運行時異常，這兩種異常有很大的區(qū)別，也稱之為不檢查異常（Unchecked Exception）和檢查異常（Checked Exception）。下面將詳細講述這些異常之間的區(qū)別與聯(lián)系：1、Error與ExceptionError是程序無法處理的錯誤，比如OutOfMemoryError、T

3、hreadDeath等。這些異常發(fā)生時，Java虛擬機（JVM）一般會選擇線程終止。Exception是程序本身可以處理的異常，這種異常分兩大類運行時異常和非運行時異常。程序中應當盡可能去處理這些異常。2、運行時異常和非運行時異常運行時異常都是RuntimeException類及其子類異常，如NullPointerException、IndexOutOfBoundsException等，這些異常是不檢查異常，程序中可以選擇捕獲處理，也可以不處理。這些異常一般是由程序邏輯錯誤引起的，程序應該從邏輯角度盡可能避免這類異常的發(fā)生。非運行時異常是RuntimeException以外的異常，類型上都屬于

4、Exception類及其子類。從程序語法角度講是必須進行處理的異常，如果不處理，程序就不能編譯通過。如IOException、SQLException等以及用戶自定義的Exception異常，一般情況下不自定義檢查異常。二、 異常的捕獲和處理Java異常的捕獲和處理是一個不容易把握的事情，如果處理不當，不但會讓程序代碼的可讀性大大降低，而且導致系統(tǒng)性能低下，甚至引發(fā)一些難以發(fā)現(xiàn)的錯誤。Java異常處理涉及到五個關鍵字，分別是：try、catch、finally、throw、throws。下面將驟一介紹，通過認識這五個關鍵字，掌握基本異常處理知識。1、 異常處理的基本語法在java中，異常處理的

5、完整語法是：try/（嘗試運行的）程序代碼catch(異常類型 異常的變量名)/異常處理代碼finally/異常發(fā)生，方法返回之前，總是要執(zhí)行的代碼以上語法有三個代碼塊：try語句塊，表示要嘗試運行代碼，try語句塊中代碼受異常監(jiān)控，其中代碼發(fā)生異常時，會拋出異常對象。catch語句塊會捕獲try代碼塊中發(fā)生的異常并在其代碼塊中做異常處理，catch語句帶一個Throwable類型的參數(shù)，表示可捕獲異常類型。當try中出現(xiàn)異常時，catch會捕獲到發(fā)生的異常，并和自己的異常類型匹配，若匹配，則執(zhí)行catch塊中代碼，并將catch塊參數(shù)指向所拋的異常對象。catch語句可以有多個，用來匹配多個

6、中的一個異常，一旦匹配上后，就不再嘗試匹配別的catch塊了。通過異常對象可以獲取異常發(fā)生時完整的JVM堆棧信息，以及異常信息和異常發(fā)生的原因等。finally語句塊是緊跟catch語句后的語句塊，這個語句塊總是會在方法返回前執(zhí)行，而不管是否try語句塊是否發(fā)生異常。并且這個語句塊總是在方法返回前執(zhí)行。目的是給程序一個補救的機會。這樣做也體現(xiàn)了Java語言的健壯性。2、 try、catch、finally三個語句塊應注意的問題第一、try、catch、finally三個語句塊均不能單獨使用，三者可以組成 try.catch.finally、try.catch、try.finally三種結構，c

7、atch語句可以有一個或多個，finally語句最多一個。第二、try、catch、finally三個代碼塊中變量的作用域為代碼塊內(nèi)部，分別獨立而不能相互訪問。如果要在三個塊中都可以訪問，則需要將變量定義到這些塊的外面。第三、多個catch塊時候，只會匹配其中一個異常類并執(zhí)行catch塊代碼，而不會再執(zhí)行別的catch塊，并且匹配catch語句的順序是由上到下。 3、throw、throws關鍵字throw關鍵字是用于方法體內(nèi)部，用來拋出一個Throwable類型的異常。如果拋出了檢查異常，則還應該在方法頭部聲明方法可能拋出的異常類型。該方法的調(diào)用者也必須檢查處理拋出的異常。如果所有方法都層層

8、上拋獲取的異常，最終JVM會進行處理，處理也很簡單，就是打印異常消息和堆棧信息。如果拋出的是Error或RuntimeException，則該方法的調(diào)用者可選擇處理該異常。有關異常的轉(zhuǎn)譯會在下面說明。throws關鍵字用于方法體外部的方法聲明部分，用來聲明方法可能會拋出某些異常。僅當拋出了檢查異常，該方法的調(diào)用者才必須處理或者重新拋出該異常。當方法的調(diào)用者無力處理該異常的時候，應該繼續(xù)拋出，而不是囫圇吞棗一般在catch塊中打印一下堆棧信息做個勉強處理。下面給出一個簡單例子，看看如何使用這兩個關鍵字：public static void test3() throws Exception/拋出一

9、個檢查異常throw new Exception("方法test3中的Exception"); 3、 Throwable類中的常用方法getCause()：返回拋出異常的原因。如果 cause 不存在或未知，則返回 null。getMessage()：返回異常的消息信息。printStackTrace()：對象的堆棧跟蹤輸出至錯誤輸出流，作為字段 System.err 的值。三、 異常處理的一般原則1、 能處理就早處理，拋出不去還不能處理的就想法消化掉或者轉(zhuǎn)換為RuntimeException處理。因為對于一個應用系統(tǒng)來說，拋出大量異常是有問題的，應該從程序開發(fā)角度盡可能的

10、控制異常發(fā)生的可能。2、 對于檢查異常，如果不能行之有效的處理，還不如轉(zhuǎn)換為RuntimeException拋出。這樣也讓上層的代碼有選擇的余地可處理也可不處理。3、 對于一個應用系統(tǒng)來說，應該有自己的一套異常處理框架，這樣當異常發(fā)生時，也能得到統(tǒng)一的處理風格，將優(yōu)雅的異常信息反饋給用戶。四、 異常的轉(zhuǎn)譯與異常鏈1、異常轉(zhuǎn)譯的原理所謂的異常轉(zhuǎn)譯就是將一種異常轉(zhuǎn)換另一種新的異常，也許這種新的異常更能準確表達程序發(fā)生異常。在Java中有個概念就是異常原因，異常原因?qū)е庐斍皰伋霎惓５哪莻€異常對象，幾乎所有帶異常原因的異常構造方法都使用Throwable類型做參數(shù)，這也就為異常的轉(zhuǎn)譯提供了直接的支持，

11、因為任何形式的異常和錯誤都是Throwable的子類。比如將SQLException轉(zhuǎn)換為另外一個新的異常DAOException，可以這么寫：先自定義一個異常DAOException：public class DAOException extends RuntimeException /(省略了部分代碼)public DAOException(String message, Throwable cause) super(message, cause);比如有一個SQLException類型的異常對象e，要轉(zhuǎn)換為DAOException，可以這么寫：DAOException daoEx = n

12、ew DAOException ( "SQL異常", e);異常轉(zhuǎn)譯是針對所有繼承Throwable超類的類而言的，從編程的語法角度講，其子類之間都可以相互轉(zhuǎn)換。但是，從合理性和系統(tǒng)設計角度考慮，可將異常分為三類：Error、Exception、RuntimeException，筆者認為，合理的轉(zhuǎn)譯關系圖應該如圖 2：圖 2 異常轉(zhuǎn)譯為什么要這么做呢？筆者認為，異常的處理存在著一套哲學思想：對于一個應用系統(tǒng)來說，系統(tǒng)所發(fā)生的任何異?；蛘咤e誤對操作用戶來說都是系統(tǒng)"運行時"異常，都是這個應用系統(tǒng)內(nèi)部的異常。這也是異常轉(zhuǎn)譯和應用系統(tǒng)異常框架設計的指導原則。在

13、系統(tǒng)中大量處理非檢查異常的負面影響很多，最重要的一個方面就是代碼可讀性降低，程序編寫復雜，異常處理的代碼也很蒼白無力。因此，很有必要將這些檢查異常Exception和錯誤Error轉(zhuǎn)換為RuntimeException異常，讓程序員根據(jù)情況來決定是否捕獲和處理所發(fā)生的異常。圖中的三條線標識轉(zhuǎn)換的方向，分三種情況：Error到Exception：將錯誤轉(zhuǎn)換為異常，并繼續(xù)拋出。例如Spring WEB框架中，將org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet的doDispatch()方法中，將捕獲的錯誤轉(zhuǎn)譯為一個NestedServletExcep

14、tion異常。這樣做的目的是為了最大限度挽回因錯誤發(fā)生帶來的負面影響。因為一個Error常常是很嚴重的錯誤，可能會引起系統(tǒng)掛起。：Exception到RuntimeException：將檢查異常轉(zhuǎn)換為RuntimeException可以讓程序代碼變得更優(yōu)雅，讓開發(fā)人員集中經(jīng)理設計更合理的程序代碼，反過來也增加了系統(tǒng)發(fā)生異常的可能性。：Error到RuntimeException：目的還是一樣的。把所有的異常和錯誤轉(zhuǎn)譯為不檢查異常，這樣可以讓代碼更為簡潔，還有利于對錯誤和異常信息的統(tǒng)一處理。1、 異常鏈異常鏈顧名思義就是將異常發(fā)生的原因一個傳一個串起來，即把底層的異常信息傳給上層，這樣逐層拋出。

15、Java API文檔中給出了一個簡單的模型：try lowLevelOp(); catch (LowLevelException le) throw (HighLevelException)new HighLevelException().initCause(le);當程序捕獲到了一個底層異常le，在處理部分選擇了繼續(xù)拋出一個更高級別的新異常給此方法的調(diào)用者。這樣異常的原因就會逐層傳遞。這樣，位于高層的異常遞歸調(diào)用getCause()方法，就可以遍歷各層的異常原因。這就是Java異常鏈的原理。異常鏈的實際應用很少，發(fā)生異常時候逐層上拋不是個好注意，上層拿到這些異常又能奈之何？而且異常逐層上拋會

16、消耗大量資源，因為要保存一個完整的異常鏈信息。五、 設計一個高效合理的異常處理框架對于一個應用系統(tǒng)來說，發(fā)生所有異常在用戶看來都是應用系統(tǒng)內(nèi)部的異常。因此應該設計一套應用系統(tǒng)的異常框架，以處理系統(tǒng)運行過程中的所有異常。基于這種觀點，可以設計一個應用系統(tǒng)的異常比如叫做AppException。并且對用戶來說，這些異常都是運行應用系統(tǒng)運行時發(fā)生的，因此AppException應該繼承RuntimeException，這樣系統(tǒng)中所有的其他異常都轉(zhuǎn)譯為AppException，當異常發(fā)生的時候，前端接收到AppExcetpion并做統(tǒng)一的處理。畫出異常處理框架如圖 3 ：圖 3 一個應用系統(tǒng)的異常處理

17、框架在這個設計圖中，AppRuntimeException是系統(tǒng)異常的基類，對外只拋出這個異常，這個異?？梢杂汕岸耍蛻舳耍┙邮仗幚?，當異常發(fā)生時，客戶端的相關組件捕獲并處理這些異常，將"友好"的信息展示給客戶。在AppRuntimeException下層，有各種各樣的異常和錯誤，最終都轉(zhuǎn)譯為AppRuntimeException，AppRuntimeException下面還可以設計一些別的子類異常，比如AppDAOException、OtherException等，這些都根據(jù)實際需要靈活處理。在往下就是如何將捕獲的原始異常比如SQLException、HibernateException轉(zhuǎn)換為更高級一點AppDAOException。有關異常框架設計這方面公認比較好的就是Spring，Spring中的所有異常都可以用org.springframework.core.NestedRuntimeException來表示，并且該基類繼承的是RuntimeException。Spring框架很龐大，因此設計了很多NestedRuntimeException的子類，還有異常轉(zhuǎn)換的工具，這些都是非常優(yōu)秀的設計思想。六、 Java異常處理總結回顧全文，總結一下Java異常處理的要點：1、 異常是程序運行過程過程