e.printStackTrace();

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(jié)構(gòu)，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(yīng)用系統(tǒng)異常的思想，并通過設(shè)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(jié)構(gòu)


異常是程序運(yùn)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(dāng)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，錯誤Error和異常Exception。Java異常體系結(jié)構(gòu)呈樹狀，其層次結(jié)構(gòu)圖如圖 1所示：

圖 1 Java異常體系結(jié)構(gòu)

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(yùn)行時異常(RuntimeException)和非運(yùn)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(xì)講述這些異常之間的區(qū)別與聯(lián)系：

1、Error與Exception Error是程序無法處理的錯誤，比如OutOfMemoryError、ThreadDeath等。這些異常發(fā)生時，Java虛擬機(jī)（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(yùn)行時異常和非運(yùn)行時異常。程序中應(yīng)當(dāng)盡可能去處理這些異常。

2、運(yùn)行時異常和非運(yùn)行時異常

運(yùn)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(yīng)該從邏輯角度盡可能避免這類異常的發(fā)生。

非運(yùn)行時異常是RuntimeException以外的異常，類型上都屬于Exception類及其子類。從程序語法角度講是必須進(jìn)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(dāng)，不但會讓程序代碼的可讀性大大降低，而且導(dǎo)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(guān)鍵字，分別是：try、catch、finally、throw、throws。下面將驟一介紹，通過認(rèn)識這五個關(guān)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，異常處理的完整語法是：
try{
//（嘗試運(yùn)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(yùn)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(dāng) 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(bǔ)救的機(jī)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(yīng)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(jié)構(gòu)，catch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(guān)鍵字
throw關(guān)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(yīng)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上拋獲取的異常，最終JVM會進(jìn)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(guān)異常的轉(zhuǎn)譯會在下面說明。 throws關(guān)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(dāng)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(dāng)方法的調(diào)用者無力處理該異常的時候，應(yīng)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(qiáng)處理。下面給出一個簡單例子，看看如何 使用這兩個關(guān)鍵字：
public static void test3() throws Exception{
//拋出一個檢查異常
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(yīng)用系統(tǒng)來說，拋出大量異常是有問題的，應(yīng)該從程序開發(fā)角度盡可能的控制異常發(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(yīng)用系統(tǒng)來說，應(yīng)該有自己的一套異常處理框架，這樣當(dāng)異常發(fā)生時，也能得到統(tǒng)一的處理風(fēng)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(zhǔn)確表達(dá)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?dāng)前拋出異常的那個異常對象，幾乎所有帶異常原因的異常構(gòu)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，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 = new 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(shè)計角度考慮，可將異常 分為三類：Error、Exception、RuntimeException，筆者認(rèn)為，合理的轉(zhuǎn)譯關(guān)系圖應(yīng)該如圖 2：

圖 2 異常轉(zhuǎn)譯

為什么要這么做呢？筆者認(rèn)為，異常的處理存在著一套哲學(xué)思想：對于一個應(yīng)用系統(tǒng)來說，系統(tǒng)所發(fā)生的任何異常或者錯誤對操作用戶來說都是系統(tǒng)"運(yùn)行時"異 常，都是這個應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部的異常。這也是異常轉(zhuǎn)譯和應(yīng)用系統(tǒng)異常框架設(shè)計的指導(dǎo)原則。在系統(tǒng)中大量處理非檢查異常的負(fù)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(fù)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(biāo)識轉(zhuǎn)換的方向，分三種情況：

①：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NestedServletException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(fù)面影響。因為一個 Error常常是很嚴(yán)重的錯誤，可能會引起系統(tǒng)掛起。

②：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(shè)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。

③：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。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(dāng)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(yīng)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消耗大量資源，因為要保存一個完整的異常鏈信息。

五、 設(shè)計一個高效合理的異常處理框架

對于一個應(yīng)用系統(tǒng)來說，發(fā)生所有異常在用戶看來都是應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部的異常。因此應(yīng)該設(shè)計一套應(yīng)用系統(tǒng)的異常框架，以處理系統(tǒng)運(yùn)行過程中的所有異常。

基于這種觀點，可以設(shè)計一個應(yīng)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(yùn)行應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行時發(fā)生的，因此 AppException應(yīng)該繼承RuntimeException，這樣系統(tǒng)中所有的其他異常都轉(zhuǎn)譯為AppException，當(dāng)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(yīng)用系統(tǒng)的異常處理框架

在這個設(shè)計圖中，AppRuntimeException是系統(tǒng)異常的基類，對外只拋出這個異常，這個異常可以由前端（客戶端）接收處理，當(dāng)異常發(fā)生時，客戶端的相關(guān)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(shè)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(guān)異常框架設(shè)計這方面公認(rèn)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(shè)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(shè)計思想。

六、 Java異常處理總結(jié)

回顧全文，總結(jié)一下Java異常處理的要點：

1、 異常是程序運(yùn)行過程過程出現(xiàn)的錯誤，在Java中用類來描述，用對象來表示具體的異常。Java將其區(qū)分為Error與Exception，Error是程序無力處理的錯誤，Exception是程序可以處理的錯誤。異常處理是為了程序的健壯性。
2、 Java異常類來自于Java API定義和用戶擴(kuò)展。通過繼承Java API異常類可以實現(xiàn)異常的轉(zhuǎn)譯。
3、 異常能處理就處理，不能處理就拋出，最終沒有處理的異常JVM會進(jìn)行處理。
4、 異常可以傳播，也可以相互轉(zhuǎn)譯，但應(yīng)該根據(jù)需要選擇合理的異常轉(zhuǎn)譯的方向。
5、 對于一個應(yīng)用系統(tǒng)，設(shè)計一套良好的異常處理體系很重要。這一點在系統(tǒng)設(shè)計的時候就應(yīng)該考慮到。

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