世界上存在永远不会出错的程序吗?也许这只会出现在程序员的梦中。随着编程语言和软件的诞生,异常情况就如影随形地纠缠着我们,只有正确的处理好意外情况,才能保证程序的可靠性。
java语言在设计之初就提供了相对完善的异常处理机制,这也是java得以大行其道的原因之一,因为这种机制大大降低了编写和维护可靠程序的门槛。如今,异常处理机制已经成为现代编程语言的标配。
今天我要问你的问题是,请对比exception和error,另外,运行时异常与一般异常有什么区别?
典型回答
exception和error都是继承了throwable类,在java中只有throwable类型的实例才可以被抛出(throw)或者捕获(catch),他是异常处理机制的基本组成类型。
exception和error体现了java平台设计者对不同异常情况的分类,exception是程序正常运行中,可以预料的意外情况,可能并且应该被捕获,进行相应的处理。
error是指正常情况下,不大可能出现的情况,绝大部分的error都会导致程序(比如jvm自身)处于非正常状态,不可恢复状态。既然是非正常情况,所以不便于也不需要捕获,常见的比如outofmemoryerror之类,都是error的子类。
exception又分为可检查(checked)异常和不检查(unchecked)异常,可检查异常在源码里必须显示的进行捕获处理,这里是编译期检查的一部分。前面我们介绍的不可查的error,是throwable不是exception。
不检查异常就是所谓的运行时异常,类似nullpointerexception,arrayindexoutofboundsexceptin之类,通常是可以编码避免的逻辑错误,具体根据需要来判断是否需要捕获,并不会在编译器强制要求。

考点分析:
分析exception和error的区别,是从概念角度考察了java处理机制。总的来说,还处于理解的层面,面试者只要阐述清楚就好了。
我们在日常的编程中,如何处理好异常是比较考验功底的。我觉得需要掌握两个方面:
第一,理解throwable,exception,error的设计和分类。比如,掌握那些应用最为广泛的子类,以及如何自定义异常等。
很多面试官会进一步追问一些细节,比如,你了解哪些error,exception或者runtimeexception?我画了一个简单的类图,并列出来典型例子,可以给你作为参考,至少做到基本心里有数。

其中有些子类型,最好重点理解一下,比如
noclassdeffounderror和classnotfoundexception有什么区别,这也是一个经典的入门题目。
简单总结就是,noclassdeffounderror发生在编译时对应的类可用,而运行时在java的classpath路径中,对应的类不可用导致的错误。
第二,理解java语言中操作throwable的元素和实践。掌握最基本的语法是必须的,比如try-catch-finally块,throw,throws关键字等。与此同时,也要懂得如何处理典型场景。
异常处理代码比较繁琐,比如我们需要写很多千篇一律的捕获代码,或者在finally里面做一些资源回收工作。随着java语言的发展,引入了一些更加便利的特性,比如try-with-resource和multiple catch,具体可以参考小面的代码段,在编译时期,会自动生成相应的处理逻辑,比如,自动按照约定俗成close那些扩展了autocloseable或者closeable的对象。

try(bufferereader br =new bufferreader(...);
    bufferedwriter writer = new bufferredwriter(...))
    {//dosomething}
catch(ioexception | xexception){//handle it}

知识扩展
前面谈的大多是概念性的东西,下面我来谈一些实践中的选择,我会结合一些代码用例进行分析。
先看第一个,下面的代码反应了异常处理中哪些不当之处?

try{
//业务代码
thread.sleep(1000l);
}catch(exception e){
//ignore it
}

这段代码虽然很短,但是异常违反了异常处理的两个基本原则。
第一,尽量不要捕获类似exception这样的通用异常,而是应该捕获特定异常,这里是thread。sleep()抛出的interruptedexception.
这是因为在日常的开发合作中,我们读代码的机会往往超过写代码,软件工程师门协作的艺术,所以我们有义务让自己的代码能够直观体现出尽多的信息,而泛泛的exception之类,恰恰隐藏了我们的目的。另外。我们也要保证程序不会捕捉到我们不希望捕获的异常。比如你可能更希望runtimeexception被扩散出来,而不是被捕获。
进一步讲,除非深思熟虑了,否者不要捕获throwable或者error,这样很难保证我们能够正确程序处理outofmemoryerror.
第二,不要生吞(swallow)异常。这一异常处理中特别注意的事情,很可能会导致非常难以诊断的诡异情况。
生吞异常,往往是基于假设这段代码可能不会发生,或者感觉忽略异常是无所谓的,但是千万不要在产品代码做这种假设!
如果我们不能把异常抛出来,或者也没有输出到日志(logger)之类,程序可能会在后续代码以不可控的方式结束。没人能够轻易判断究竟是哪里抛出了异常,以及什么原因产生了异常。
再看第二段代码

try{
//业务代码
}catch(ioexception e){
    e.printstacktrace();
}

这段代码作为一段实验代码,他没有任何问题,但是在产品代码中,通常是不允许这样处理的。你先考虑一下为什么?
我们先来看一下printstacktrace()的文档,开头就是prints this throwable and its backtrace to the standard error stream问题就在这里,在稍微复杂一点的生产系统中,标准出错(sterr)不是个合适的输出选项,因为你很难判断出到底输出到哪里去了。
尤其是分布式系统,如果发生异常,但是无法找到堆栈轨迹(stacktrace),这纯属是为诊断设置障碍,所以最好使用产品日志,详细地输出到日志系统里。
我们接下来看下面的代码段,体会一下throw early,catch late原则。

public void readpreferences(string filename){
    //perform operations...
    inputstream in = new fileinputstream(filename);
    //..read the preferences file...
}

如果filename是null,那么程序就会抛出nullpointerexception,但是由于没有第一时间暴露出问题,堆栈信息可能非常令人费解,往往需要相对复杂的定位。这个npe只是作为例子,实际产品代码中,可能是各种情况,比如获取配置失败之类的。在发现问题的时候,第一时间抛出,能够更加清晰地反映问题。
我们可以修改一下,让问题throw early ,对应的异常信息就会非常直观了。

public void readpreferences(string filename){
    objects.requirenonnull(filename);
    //perform operations...
    inputstream in = new fileinputstream(filename);
    //..read the preferences file...

至于catch late ,其实是我们经常苦恼的问题,捕获异常后,需要怎么处理呢?最差的处理方式,就是我们前面提到的“生吞异常”,本质上其实是掩盖问题。如果实在不知道怎么处理,可以选择保留原有异常的cause信息,直接再抛出或者构建新的异常抛出。在更高层面,因为有了清晰的(业务)逻辑,往往会更清楚合适的处理方式是什么。

有的时候我们会更具需要自定义异常,这个时候除了保证提供足够的信息,还有两个点需要考虑:

  • 是否需要定义成checked exception,因为这种类型设计的初衷就是为了从异常情况下恢复,作为异常设计者,我们往往有充足信息进行分类。
  • 为保证诊断信息足够的同时,要考虑避免包含敏感信息,因为那样可能导致潜在的安全问题。如果我们看java的标准库,你可能注意到类似java.net.connectexception,出错信息是类似“connection refused(connection refused)”,而不包含具体的机器名,ip,端口等,一个重要考虑就是信息安全。类似的情况在日志中也有,比如,用户数据一般是不可以输出到日志里面的。
    业界有一种争论(甚至可以算上是某种程度的共识),java语言的checked exception也许是个设计错误,反对者列举几点:
  • checked exception的假设是我们捕获了异常,然后恢复程序。但是,其实我们大多数情况下,根本不可能恢复。checked exception的使用,已经大大偏离了最初的设计目的。
  • checked exception不兼容functional编程,如果你写过lambda/stream代码,相信深有体会。
    很多开源项目,已经采纳了这种实践,比如spring,hibernate等,甚至反映在新的编程语言的设计中,比如scala等。
    当然,很多人觉得没有必要矫枉过正,因为确实有一些异常,比如和环境相关的io,网络等,其实是存在可回复性的,而且java已经通过业界的海量实践,证明了其结构高质量软件的能力。我们就不再进一步解读了。
    我们从性能角度来审视一下java的异常处理机制,这里有两个可能会相对昂贵的地方:
  • try-catch代码段会产生额外的性能开销,或者换个角度说,他往往会影响jvm对代码进行优化,所以建议仅捕获有必要的代码段,尽量不要一个大的try包住整段的代码;与此同时,利用异常控制代码流程,也不是一个好主意,远比我们通常意义上的条件语句(if/else,switch)要低效
  • java每实例化一个exception,都会对当时的栈进行快照,这是一个相对比较重的操作。如果发生的非常的频繁,这个开销可能就不能被忽略了。
    所以,对于部分追求极致性能的底层类库,有种方式是尝试创建不进行快照的exception.这本身也存在争议,因为这样做的假设在于,我创建异常时知道未来是否需要堆栈。问题是实际上可能吗?小范围或许可能,但是在大规模项目中,这么做可能不是个理智的选择。如果需要堆栈,但是没有收集这些信息,在复杂情况下,尤其是类似微服务这种分布式系统,这会大大增加诊断的难度。
    当我们的服务出现反应慢,吞吐量下降的时候,检查发生最频繁的exception也是一种思路。关于诊断后台变慢的问题,我们会在后面的java性能基础模块中系统讨论。
    今天,我从一个常见的异常处理概念问题,简单的总结了java异常处理机制,并结合代码,分析了一些普遍认可的最佳实践,以及业界最新的一些异常使用共识。最后,我分析了一下异常开销,希望能对你有所帮助。
    一课一练
    关于我们讨论的题目你做到心中有数了吗?可以思考一个问题,对于异常处理编程,不同的编程范式也会影响到异常的处理策略,比如,现在非常火热的反应式编程,因为其本身是异步,基于事件机制的,所以出现异常情况,决不能简单的抛出;另外,由于代码堆栈不再是同步调用那种垂直结构,这里的异常处理和日志需要更加小心,我们看到的往往是特定executor的堆栈,而不是业务方法调用关系,对于这种情况,你有什么好的办法吗?

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