java異常處理的設(shè)計(jì)與重構(gòu)
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在程序設(shè)計(jì)中，進(jìn)行異常處理是非常關(guān)鍵和重要的一部分。一個(gè)程序的異常處理框架的好壞直接影響到整個(gè)項(xiàng)目的代碼質(zhì)量以及后期維護(hù)成本和難度。試想一下，如果一個(gè)項(xiàng)目從頭到尾沒有考慮過異常處理，當(dāng)程序出錯(cuò)從哪里尋找出錯(cuò)的根源？但是如果一個(gè)項(xiàng)目異常處理設(shè)計(jì)地過多，又會(huì)嚴(yán)重影響到代碼質(zhì)量以及程序的性能。因此，如何高效簡(jiǎn)潔地設(shè)計(jì)異常處理是一門藝術(shù)，本文下面先講述Java異常機(jī)制最基礎(chǔ)的知識(shí)，然后給出在進(jìn)行Java異常處理設(shè)計(jì)時(shí)的幾個(gè)建議。
若有不正之處，請(qǐng)多多諒解和指正，不勝感激。
以下是本文的目錄大綱：
一。什么是異常
二.Java中如何處理異常
三。深刻理解try，catch，finally，throws，throw五個(gè)關(guān)鍵字
四。在類繼承的時(shí)候，方法覆蓋時(shí)如何進(jìn)行異常拋出聲明
五。異常處理和設(shè)計(jì)的幾個(gè)建議
一。什么是異常
異常的英文單詞是exception，字面翻譯就是“意外、例外”的意思，也就是非正常情況。事實(shí)上，異常本質(zhì)上是程序上的錯(cuò)誤，包括程序邏輯錯(cuò)誤和系統(tǒng)錯(cuò)誤。比如使用空的引用、數(shù)組下標(biāo)越界、內(nèi)存溢出錯(cuò)誤等，這些都是意外的情況，背離我們程序本身的意圖。錯(cuò)誤在我們編寫程序的過程中會(huì)經(jīng)常發(fā)生，包括編譯期間和運(yùn)行期間的錯(cuò)誤，在編譯期間出現(xiàn)的錯(cuò)誤有編譯器幫助我們一起修正，然而運(yùn)行期間的錯(cuò)誤便不是編譯器力所能及了，并且運(yùn)行期間的錯(cuò)誤往往是難以預(yù)料的。假若程序在運(yùn)行期間出現(xiàn)了錯(cuò)誤，如果置之不理，程序便會(huì)終止或直接導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，顯然這不是我們希望看到的結(jié)果。因此，如何對(duì)運(yùn)行期間出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行處理和補(bǔ)救呢？Java提供了異常機(jī)制來進(jìn)行處理，通過異常機(jī)制來處理程序運(yùn)行期間出現(xiàn)的錯(cuò)誤。通過異常機(jī)制，我們可以更好地提升程序的健壯性。
在Java中異常被當(dāng)做對(duì)象來處理，根類是java.lang.Throwable類，在Java中定義了很多異常類（如OutOfMemoryError、NullPointerException、IndexOutOfBoundsException等），這些異常類分為兩大類：Error和Exception。
Error是無法處理的異常，比如OutOfMemoryError，一般發(fā)生這種異常，JVM會(huì)選擇終止程序。因此我們編寫程序時(shí)不需要關(guān)心這類異常。
Exception，也就是我們經(jīng)常見到的一些異常情況，比如NullPointerException、IndexOutOfBoundsException，這些異常是我們可以處理的異常。
Exception類的異常包括checked exception和unchecked exception（unchecked exception也稱運(yùn)行時(shí)異常RuntimeException，當(dāng)然這里的運(yùn)行時(shí)異常并不是前面我所說的運(yùn)行期間的異常，只是Java中用運(yùn)行時(shí)異常這個(gè)術(shù)語來表示，Exception類的異常都是在運(yùn)行期間發(fā)生的）。
unchecked exception（非檢查異常），也稱運(yùn)行時(shí)異常（RuntimeException），比如常見的NullPointerException、IndexOutOfBoundsException。對(duì)于運(yùn)行時(shí)異常，java編譯器不要求必須進(jìn)行異常捕獲處理或者拋出聲明，由程序員自行決定。
checked exception（檢查異常），也稱非運(yùn)行時(shí)異常（運(yùn)行時(shí)異常以外的異常就是非運(yùn)行時(shí)異常），java編譯器強(qiáng)制程序員必須進(jìn)行捕獲處理，比如常見的IOExeption和SQLException。對(duì)于非運(yùn)行時(shí)異常如果不進(jìn)行捕獲或者拋出聲明處理，編譯都不會(huì)通過。
在Java中，異常類的結(jié)構(gòu)層次圖如下圖所示：
在Java中，所有異常類的父類是Throwable類，Error類是error類型異常的父類，Exception類是exception類型異常的父類，RuntimeException類是所有運(yùn)行時(shí)異常的父類，RuntimeException以外的并且繼承Exception的類是非運(yùn)行時(shí)異常。
典型的RuntimeException包括NullPointerException、IndexOutOfBoundsException、IllegalArgumentException等。
典型的非RuntimeException包括IOException、SQLException等。
二.Java中如何處理異常 在Java中如果需要處理異常，必須先對(duì)異常進(jìn)行捕獲，然后再對(duì)異常情況進(jìn)行處理。如何對(duì)可能發(fā)生異常的代碼進(jìn)行異常捕獲和處理呢？使用try和catch關(guān)鍵字即可，如下面一段代碼所示：
try { File file= new File（ “d:/a.txt”）; if（！ file. exists（）） file.createNewFile（）; } catch（IOException e） { // TODO： handle exception}
被try塊包圍的代碼說明這段代碼可能會(huì)發(fā)生異常，一旦發(fā)生異常，異常便會(huì)被catch捕獲到，然后需要在catch塊中進(jìn)行異常處理。
這是一種處理異常的方式。在Java中還提供了另一種異常處理方式即拋出異常，顧名思義，也就是說一旦發(fā)生異常，我把這個(gè)異常拋出去，讓調(diào)用者去進(jìn)行處理，自己不進(jìn)行具體的處理，此時(shí)需要用到throw和throws關(guān)鍵字。
下面看一個(gè)示例：
publicclassMain { publicstaticvoidmain（String［］ args） { try{ createFile（）; } catch（Exception e） { // TODO： handle exception} } publicstaticvoidcreateFile（） throws IOException{ File file = newFile（ “d:/a.txt”）; if（！file.exists（）） file.createNewFile（）; } }
這段代碼和上面一段代碼的區(qū)別是，在實(shí)際的createFile方法中并沒有捕獲異常，而是用throws關(guān)鍵字聲明拋出異常，即告知這個(gè)方法的調(diào)用者此方法可能會(huì)拋出IOException。那么在main方法中調(diào)用createFile方法的時(shí)候，采用try…catch塊進(jìn)行了異常捕獲處理。
當(dāng)然還可以采用throw關(guān)鍵字手動(dòng)來拋出異常對(duì)象。下面看一個(gè)例子：
publicclassMain { publicstaticvoidmain（String［］ args） { try{ int［］ data = newint［］{ 1， 2， 3}; System. out.println（getDataByIndex（- 1，data））; } catch（Exception e） { System.out.println（e.getMessage（））; } } publicstaticintgetDataByIndex（ intindex， int［］ data） {if（index《 0||index》=data.length） thrownewArrayIndexOutOfBoundsException（ “數(shù)組下標(biāo)越界”）; returndata［index］; } }
然后在catch塊中進(jìn)行捕獲。
也就說在Java中進(jìn)行異常處理的話，對(duì)于可能會(huì)發(fā)生異常的代碼，可以選擇三種方法來進(jìn)行異常處理：
1）對(duì)代碼塊用try..catch進(jìn)行異常捕獲處理；
2）在 該代碼的方法體外用throws進(jìn)行拋出聲明，告知此方法的調(diào)用者這段代碼可能會(huì)出現(xiàn)這些異常，你需要謹(jǐn)慎處理。此時(shí)有兩種情況：
如果聲明拋出的異常是非運(yùn)行時(shí)異常，此方法的調(diào)用者必須顯示地用try..catch塊進(jìn)行捕獲或者繼續(xù)向上層拋出異常。
如果聲明拋出的異常是運(yùn)行時(shí)異常，此方法的調(diào)用者可以選擇地進(jìn)行異常捕獲處理。
3）在代碼塊用throw手動(dòng)拋出一個(gè)異常對(duì)象，此時(shí)也有兩種情況，跟2）中的類似：
如果拋出的異常對(duì)象是非運(yùn)行時(shí)異常，此方法的調(diào)用者必須顯示地用try..catch塊進(jìn)行捕獲或者繼續(xù)向上層拋出異常。
如果拋出的異常對(duì)象是運(yùn)行時(shí)異常，此方法的調(diào)用者可以選擇地進(jìn)行異常捕獲處理。
?。ㄈ绻罱K將異常拋給main方法，則相當(dāng)于交給jvm自動(dòng)處理，此時(shí)jvm會(huì)簡(jiǎn)單地打印異常信息）
三。深刻理解try，catch，finally，throws，throw五個(gè)關(guān)鍵字 下面我們來看一下異常機(jī)制中五個(gè)關(guān)鍵字的用法以及需要注意的地方。
1.try，catch，finally
try關(guān)鍵字用來包圍可能會(huì)出現(xiàn)異常的邏輯代碼，它單獨(dú)無法使用，必須配合catch或者finally使用。Java編譯器允許的組合使用形式只有以下三種形式：
try…catch…; try….finally……; try….catch…finally…
當(dāng)然catch塊可以有多個(gè)，注意try塊只能有一個(gè)，finally塊是可選的（但是最多只能有一個(gè)finally塊）。
三個(gè)塊執(zhí)行的順序?yàn)閠ry—》catch—》finally。
當(dāng)然如果沒有發(fā)生異常，則catch塊不會(huì)執(zhí)行。但是finally塊無論在什么情況下都是會(huì)執(zhí)行的（這點(diǎn)要非常注意，因此部分情況下，都會(huì)將釋放資源的操作放在finally塊中進(jìn)行）。
在有多個(gè)catch塊的時(shí)候，是按照catch塊的先后順序進(jìn)行匹配的，一旦異常類型被一個(gè)catch塊匹配，則不會(huì)與后面的catch塊進(jìn)行匹配。
在使用try..catch..finally塊的時(shí)候，注意千萬不要在finally塊中使用return，因?yàn)閒inally中的return會(huì)覆蓋已有的返回值。下面看一個(gè)例子：
import java.io.FileInputStream; import java.io.FileNotFoundException; import java.io.IOException; publicclassMain { publicstaticvoidmain（String［］ args） { String str =newMain（）.openFile（）; System. out.println（str）; } publicString openFile（） { try{ FileInputStream inputStream = newFileInputStream（ “d:/a.txt”）; intch = inputStream.read（）; System. out.println（ “aaa”）; return“step1”; } catch（FileNotFoundException e） { System.out.println（ “file not found”）; return“step2”; } catch（IOException e） { System. out.println（ “io exception”）; return“step3”; } finally{ System. out.println（ “finally block”）; //return “finally”;} } }
這段程序的輸出結(jié)果為：
可以看出，在try塊中發(fā)生FileNotFoundException之后，就跳到第一個(gè)catch塊，打印”file not found”信息，并將”step2”賦值給返回值，然后執(zhí)行finally塊，最后將返回值返回。
從這個(gè)例子說明，無論try塊或者catch塊中是否包含return語句，都會(huì)執(zhí)行finally塊。
如果將這個(gè)程序稍微修改一下，將finally塊中的return語句注釋去掉，運(yùn)行結(jié)果是：
最后打印出的是”finally”，返回值被重新覆蓋了。
因此如果方法有返回值，切忌不要再finally中使用return，這樣會(huì)使得程序結(jié)構(gòu)變得混亂。
2.throws和thow關(guān)鍵字
1）throws出現(xiàn)在方法的聲明中，表示該方法可能會(huì)拋出的異常，然后交給上層調(diào)用它的方法程序處理，允許throws后面跟著多個(gè)異常類型；
2）一般會(huì)用于程序出現(xiàn)某種邏輯時(shí)程序員主動(dòng)拋出某種特定類型的異常。throw只會(huì)出現(xiàn)在方法體中，當(dāng)方法在執(zhí)行過程中遇到異常情況時(shí)，將異常信息封裝為異常對(duì)象，然后throw出去。throw關(guān)鍵字的一個(gè)非常重要的作用就是 異常類型的轉(zhuǎn)換（會(huì)在后面闡述道）。
throws表示出現(xiàn)異常的一種可能性，并不一定會(huì)發(fā)生這些異常；throw則是拋出了異常，執(zhí)行throw則一定拋出了某種異常對(duì)象。兩者都是消極處理異常的方式（這里的消極并不是說這種方式不好），只是拋出或者可能拋出異常，但是不會(huì)由方法去處理異常，真正的處理異常由此方法的上層調(diào)用處理。
四。在類繼承的時(shí)候，方法覆蓋時(shí)如何進(jìn)行異常拋出聲明
本小節(jié)討論子類重寫父類方法的時(shí)候，如何確定異常拋出聲明的類型。下面是三點(diǎn)原則：
1）父類的方法沒有聲明異常，子類在重寫該方法的時(shí)候不能聲明異常；
2）如果父類的方法聲明一個(gè)異常exception1，則子類在重寫該方法的時(shí)候聲明的異常不能是exception1的父類；
3）如果父類的方法聲明的異常類型只有非運(yùn)行時(shí)異常（運(yùn)行時(shí)異常），則子類在重寫該方法的時(shí)候聲明的異常也只能有非運(yùn)行時(shí)異常（運(yùn)行時(shí)異常），不能含有運(yùn)行時(shí)異常（非運(yùn)行時(shí)異常）。
五。異常處理和設(shè)計(jì)的幾個(gè)建議 以下是根據(jù)前人總結(jié)的一些異常處理的建議：
1.只在必要使用異常的地方才使用異常，不要用異常去控制程序的流程
謹(jǐn)慎地使用異常，異常捕獲的代價(jià)非常高昂，異常使用過多會(huì)嚴(yán)重影響程序的性能。如果在程序中能夠用if語句和Boolean變量來進(jìn)行邏輯判斷，那么盡量減少異常的使用，從而避免不必要的異常捕獲和處理。比如下面這段經(jīng)典的程序：
publicvoiduseExceptionsForFlowControl（） { try{ while（ true） { increaseCount（）; } }catch（MaximumCountReachedException ex） { } //Continue execution }publicvoidincreaseCount（） throwsMaximumCountReachedException { if（count 》= 5000）thrownewMaximumCountReachedException（）; }
上邊的useExceptionsForFlowControl（）用一個(gè)無限循環(huán)來增加count直到拋出異常，這種做法并沒有說讓代碼不易讀，而是使得程序執(zhí)行效率降低。
2.切忌使用空catch塊
在捕獲了異常之后什么都不做，相當(dāng)于忽略了這個(gè)異常。千萬不要使用空的catch塊，空的catch塊意味著你在程序中隱藏了錯(cuò)誤和異常，并且很可能導(dǎo)致程序出現(xiàn)不可控的執(zhí)行結(jié)果。如果你非?？隙ú东@到的異常不會(huì)以任何方式對(duì)程序造成影響，最好用Log日志將該異常進(jìn)行記錄，以便日后方便更新和維護(hù)。
3.檢查異常和非檢查異常的選擇
一旦你決定拋出異常，你就要決定拋出什么異常。這里面的主要問題就是拋出檢查異常還是非檢查異常。
檢查異常導(dǎo)致了太多的try…catch代碼，可能有很多檢查異常對(duì)開發(fā)人員來說是無法合理地進(jìn)行處理的，比如SQLException，而開發(fā)人員卻不得不去進(jìn)行try…catch，這樣就會(huì)導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)這樣一種情況：邏輯代碼只有很少的幾行，而進(jìn)行異常捕獲和處理的代碼卻有很多行。這樣不僅導(dǎo)致邏輯代碼閱讀起來晦澀難懂，而且降低了程序的性能。
我個(gè)人建議盡量避免檢查異常的使用，如果確實(shí)該異常情況的出現(xiàn)很普遍，需要提醒調(diào)用者注意處理的話，就使用檢查異常；否則使用非檢查異常。
因此，在一般情況下，我覺得盡量將檢查異常轉(zhuǎn)變?yōu)榉菣z查異常交給上層處理。
4.注意catch塊的順序
不要把上層類的異常放在最前面的catch塊。比如下面這段代碼：
try{ FileInputStream inputStream = newFileInputStream（ “d:/a.txt”）; intch = inputStream.read（）; System. out.println（ “aaa”）; return“step1”; } catch（IOException e） { System. out.println（ “io exception”）; return“step2”; }catch（FileNotFoundException e） { System. out.println（ “file not found”）; return“step3”; } finally{ System. out.println（ “finally block”）; //return “finally”;}
第二個(gè)catch的FileNotFoundException將永遠(yuǎn)不會(huì)被捕獲到，因?yàn)镕ileNotFoundException是IOException的子類。
5.不要將提供給用戶看的信息放在異常信息里
比如下面這段代碼：
/** * Java學(xué)習(xí)交流QQ群：589809992 我們一起學(xué)Java！ */publicclassMain{publicstaticvoidmain（String［］ args） { try{ String user = null; String pwd =null; login（user，pwd）; } catch（Exception e） { System.out.println（e.getMessage（））; } }publicstaticvoidlogin（String user，String pwd） { if（user== null||pwd== null）thrownewNullPointerException（ “用戶名或者密碼為空”）; //。。.} }
展示給用戶錯(cuò)誤提示信息最好不要跟程序混淆一起，比較好的方式是將所有錯(cuò)誤提示信息放在一個(gè)配置文件中統(tǒng)一管理。
6.避免多次在日志信息中記錄同一個(gè)異常
只在異常最開始發(fā)生的地方進(jìn)行日志信息記錄。很多情況下異常都是層層向上跑出的，如果在每次向上拋出的時(shí)候，都Log到日志系統(tǒng)中，則會(huì)導(dǎo)致無從查找異常發(fā)生的根源。
7.異常處理盡量放在高層進(jìn)行
盡量將異常統(tǒng)一拋給上層調(diào)用者，由上層調(diào)用者統(tǒng)一之時(shí)如何進(jìn)行處理。如果在每個(gè)出現(xiàn)異常的地方都直接進(jìn)行處理，會(huì)導(dǎo)致程序異常處理流程混亂，不利于后期維護(hù)和異常錯(cuò)誤排查。由上層統(tǒng)一進(jìn)行處理會(huì)使得整個(gè)程序的流程清晰易懂。
8.在finally中釋放資源
如果有使用文件讀取、網(wǎng)絡(luò)操作以及數(shù)據(jù)庫(kù)操作等，記得在finally中釋放資源。這樣不僅會(huì)使得程序占用更少的資源，也會(huì)避免不必要的由于資源未釋放而發(fā)生的異常情況。
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