Java大学问——优雅地处理异常
一.前言
你有没有这样的印象，当你想要更新一款 APP 的时候，它的更新日志里总有这么一两句描述：
- 修复若干 bug
- 杀了某程序员祭天，并成功解决掉他遗留的 bug
作为一名负责任的程序员，我们当然希望程序不会出现 bug，因为 bug 出现的越多，间接地证明了我们的编程能力越差，至少领导是这么看的。
事实上，领导是不会拿自己的脑袋宣言的：“我们的程序绝不存在任何一个 bug。”但当程序出现 bug 的时候，领导会毫不犹豫地选择让程序员背锅。
为了让自己少背锅，我们可以这样做：
- 在编码阶段合理使用异常处理机制，并记录日志以备后续分析
- 在测试阶段进行大量有效的测试，在用户发现错误之前发现错误
还有一点需要做的是，在敲代码之前，学习必要的编程常识，做到兵马未动，粮草先行。
二.层次结构
在 Java 中，异常（Throwable）的层次结构大致如下。
Error 类异常描述了 Java 运行时系统的内部错误，比如最常见的 OutOfMemoryError和NoClassDefFoundError。
导致OutOfMemoryError的常见原因有以下几种：
- 内存中加载的数据量过于庞大，如一次从数据库取出过多数据；
- 集合中的对象引用在使用完后未清空，使得 JVM 不能回收；
- 代码中存在死循环或循环产生过多重复的对象；
- 启动参数中内存的设定值过小；
OutOfMemoryError的解决办法需要视情况而定，但问题的根源在于程序的设计不够合理，需要通过一些性能检测才能找得出引发问题的根源。
导致NoClassDefFoundError的原因只有一个，Java 虚拟机在编译时能找到类，而在运行时却找不到。
NoClassDefFoundError 的解决办法，我截了一张图，如上所示。当一个项目引用了另外一个项目时，切记这一步！
Exception（例外）通常可分为两类，一类是写代码的人造成的，比如访问空指针（NullPointerException）。应当在敲代码的时候进行检查，以杜绝这类异常的发生。
if (str == null || "".eqauls(str)) {
}
另外一类异常不是写代码的人造成的，要么需要抛出，要么需要捕获，比如说常见的 IOException。
抛出的示例。
public static void main(String[] args) throws IOException {
InputStream is = new FileInputStream("Java高级架构狮.txt");
int b;
while ((b = is.read()) != -1) {
}
}
捕获的示例。
public static void main(String[] args) {
try {
InputStream is = new FileInputStream("Java高级架构狮.txt");
int b;
while((b = is.read()) != -1) {
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
三.finally
当抛出异常的时候，剩余的代码就会终止执行，这时候一些资源就需要主动回收。Java 的解决方案就是finally子句——不管异常有没有被捕获，finally 子句里的代码都会执行。
在下面的示例当中，输入流将会被关闭，以释放资源。
public static void main(String[] args) {
InputStream is = null;
try {
is = new FileInputStream("Java高级架构狮.txt");
int b;
while ((b = is.read()) != -1) {}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
is.close();
}
}
但我总觉得这样的设计有点问题，因为close()方法同样会抛出 IOException：
public void close() throws IOException {}
也就是说，调用close()的main方法要么需要抛出IOException，要么需要在finally子句里重新捕获IOException。
选择前一种就会让 try catch 略显尴尬，就像下面这样。
public static void main(String[] args) throws IOException {
InputStream is = null;
try {
is = new FileInputStream("Java高级架构狮.txt");
int b;
while ((b = is.read()) != -1) {}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
is.close();
}
}
选择后一种会让代码看起来很臃肿，就像下面这样。
public static void main(String[] args) {
InputStream is = null;
try {
is = new FileInputStream("Java高级架构狮.txt");
int b;
while ((b = is.read()) != -1) {}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
is.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
总之，我们需要另外一种更优雅的解决方案。JDK7 新增了Try-With-Resource语法：如果一个类（比如InputStream）实现了 AutoCloseable接口，那么就可以将该类的对象创建在 try 关键字后面的括号中，当try-catch代码块执行完毕后，Java 会确保该对象的 close方法被调用。示例如下。
public static void main(String[] args) {
try (InputStream is = new FileInputStream("Java高级架构狮.txt")) {
int b;
while ((b = is.read()) != -1) {
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
四.建议
关于异常处理机制的使用，我这里总结了一些非常实用的建议，希望你能够采纳。
1.尽量捕获原始的异常。
实际应该捕获 FileNotFoundException，却捕获了泛化的 Exception。示例如下。
InputStream is = null;
try {
is = new FileInputStream("Java高级架构狮.txt");
}
catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
这样做的坏处显而易见：假如你喊“王二”，那么我就敢答应；假如你喊“老王”，那么我还真不敢答应，万一你喊的我妹妹“王三”呢？
很多初学者误以为捕获泛化的Exception更省事，但也更容易让人“丈二和尚摸不着头脑”。相反，捕获原始的异常能够让协作者更轻松地辨识异常类型，更容易找出问题的根源。
2.尽量不要打印堆栈后再抛出异常
当异常发生时打印它，然后重新抛出它，以便调用者能够适当地处理它。就像下面这段代码一样。
public static void main(String[] args) throws IOException {
try (InputStream is = new FileInputStream("Java高级架构狮.txt")) {
}catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
throw e;
}
}
这似乎考虑得很周全，但是这样做的坏处是调用者可能也打印了异常，重复的打印信息会增添排查问题的难度。
java.io.FileNotFoundException: Java高级架构狮.txt (系统找不到指定的文件。)
at java.io.FileInputStream.open0(Native Method)
at java.io.FileInputStream.open(FileInputStream.java:195)
at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:138)
at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:93)
at learning.Test.main(Test.java:10)
Exception in thread "main" java.io.FileNotFoundException: Java高级架构狮.txt (系统找不到指定的文件。)
at java.io.FileInputStream.open0(Native Method)
at java.io.FileInputStream.open(FileInputStream.java:195)
at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:138)
at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:93)
at learning.Test.main(Test.java:10)
3.千万不要用异常处理机制代替判断
我曾见过类似下面这样奇葩的代码，本来应该判 null 的，结果使用了异常处理机制来代替。
public static void main(String[] args) {
try {
String str = null;
String[] strs = str.split(",");
} catch (NullPointerException e) {
e.printStackTrace();
}
}
捕获异常相对判断花费的时间要多得多！我们可以模拟两个代码片段来对比一下。
代码片段 A：
long a = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
try {
String str = null;
String[] strs = str.split(",");
} catch (NullPointerException e) {
}
}
long b = System.currentTimeMillis();
System.out.println(b - a);
代码片段 B：
long a = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
String str = null;
if (str != null) {
String[] strs = str.split(",");
}
}
long b = System.currentTimeMillis();
System.out.println(b - a);
100000 万次的循环，代码片段 A（异常处理机制）执行的时间大概需要 1983 毫秒；代码片段 B（正常判断）执行的时间大概只需要 1 毫秒。这样的比较虽然不够精确，但足以说明问题。
4.不要盲目地过早捕获异常
如果盲目地过早捕获异常的话，通常会导致更严重的错误和其他异常。请看下面的例子。
InputStream is = null;
try {
is = new FileInputStream("Java高级架构狮.txt");
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
int b;
try {
while ((b = is.read()) != -1) {
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
finally {
try {
is.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
假如文件没有找到的话，InputStream的对象引用is就为null，新的NullPointerException就会出现。
java.io.FileNotFoundException: Java高级架构狮.txt (系统找不到指定的文件。)
at java.io.FileInputStream.open0(Native Method)
at java.io.FileInputStream.open(FileInputStream.java:195)
at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:138)
at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:93)
at learning.Test.main(Test.java:12)
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at learning.Test.main(Test.java:28)
NullPointerException 并不是程序出现问题的本因，但实际上它出现了，无形当中干扰了我们的视线。正确的做法是延迟捕获异常，让程序在第一个异常捕获后就终止执行。
五.总结
好了，关于异常我们就说到这。异常处理是程序开发中必不可少的操作之一，但如何正确优雅地对异常进行处理却是一门学问，好的异常处理机制可以确保程序的健壮性，提高系统的可用率。
