Java程序中空值/异常最佳实践

2023-03-06  本文已影响0人  雪飘千里

1 空指针问题

NullPointerException 是 Java 代码中最常见的异常，将其最可能出现的场景归为以下 5 种：

其实，对于任何空指针异常的处理，最直白的方式是先判空后操作。不过，这只能让异常不再出现，我们还是要找到程序逻辑中出现的空指针究竟是来源于入参还是 Bug：

如果要先判空后处理，大多数人会想到使用 if-else 代码块。但，这种方式既增加代码量又会降低易读性，我们可以尝试利用 Java 8 的 Optional 类来消除这样的 if-else 逻辑，使用一行代码进行判空和处理。

修复思路如下：

2 DTO 中属性的 null

相比判空避免空指针异常，更容易出错的是 null 的定位问题。对程序来说，null 就是指针没有任何指向，而结合业务逻辑情况就复杂得多，我们需要考虑：

归根结底，这是如下 5 个方面的问题：

3 MySQL 中有关 NULL 的三个坑

数据库表字段允许存 NULL 除了会让我们困惑外，还容易有坑。这里我会结合 NULL 字段，和你着重说明 sum 函数、count 函数，以及 NULL 值条件可能踩的坑

假如表中只有一条数据，其 id 是自增列自动设置的 1，score 是 NULL：

测试下面三个用例，来看看结合数据库中的 null 值可能会出现的坑：

得到的结果，分别是 null、0 和空 List； 显然，这三条 SQL 语句的执行结果和我们的期望不同：

具体原因是：

4 捕获和处理异常容易犯的错

4.1 统一异常处理使用不当

不建议在框架层面进行异常的自动、统一处理，尤其是不要随意捕获异常。

统一异常处理是为了做兜底工作。如果异常上升到最上层逻辑还是无法处理的话，可以以统一的方式进行异常转换，比如通过 @RestControllerAdvice + @ExceptionHandler，来捕获这些“未处理”异常：

@RestControllerAdvice
@Slf4j
public class RestControllerExceptionHandler {
    private static int GENERIC_SERVER_ERROR_CODE = 2000;
    private static String GENERIC_SERVER_ERROR_MESSAGE = "服务器忙，请稍后再试";

    @ExceptionHandler
    public APIResponse handle(HttpServletRequest req, HandlerMethod method, Exception ex) {
        if (ex instanceof BusinessException) {
            BusinessException exception = (BusinessException) ex;
            log.warn(String.format("访问 %s -> %s 出现业务异常！", req.getRequestURI(), method.toString()), ex);
            return new APIResponse(false, null, exception.getCode(), exception.getMessage());
        } else {
            log.error(String.format("访问 %s -> %s 出现系统异常！", req.getRequestURI(), method.toString()), ex);
            return new APIResponse(false, null, GENERIC_SERVER_ERROR_CODE, GENERIC_SERVER_ERROR_MESSAGE);
        }
    }
}

出现运行时系统异常后，异常处理程序会直接把异常转换为 JSON 返回给调用方：

image.png

4.2 捕获了异常后直接生吞

在任何时候，我们捕获了异常都不应该生吞，也就是直接丢弃异常不记录、不抛出。这样的处理方式还不如不捕获异常，因为被生吞掉的异常一旦导致 Bug，就很难在程序中找到蛛丝马迹，使得 Bug 排查工作难上加难。

通常情况下，生吞异常的原因，可能是不希望自己的方法抛出受检异常，只是为了把异常“处理掉”而捕获并生吞异常，也可能是想当然地认为异常并不重要或不可能产生。但不管是什么原因，不管是你认为多么不重要的异常，都不应该生吞，哪怕是一个日志也好。

4.3 丢弃异常的原始信息

下面两个例子中的，虽然没有丢弃异常，但是只记录了异常消息，却丢失了异常的类型、栈等重要信息：

@GetMapping("wrong1")
public void wrong1(){
    try {
        readFile();
    } catch (IOException e) {
        //原始异常信息丢失  
        throw new RuntimeException("系统忙请稍后再试");
    }
}


catch (IOException e) {
    //只保留了异常消息，栈没有记录
    log.error("文件读取错误, {}", e.getMessage());
    throw new RuntimeException("系统忙请稍后再试");
}

可以改为下面这两种方式：

catch (IOException e) {
    log.error("文件读取错误", e);
    throw new RuntimeException("系统忙请稍后再试");
}


catch (IOException e) {
    throw new RuntimeException("系统忙请稍后再试", e);
}

4.4 抛出异常时不指定任何消息

见过一些代码中的偷懒做法，直接抛出没有 message 的异常：

throw new RuntimeException();

这么写的同学可能觉得永远不会走到这个逻辑，永远不会出现这样的异常。但，这样的异常却出现了，被 ExceptionHandler 拦截到后输出了下面的日志信息：

[13:25:18.031] [http-nio-45678-exec-3] [ERROR] [c.e.d.RestControllerExceptionHandler:24  ] - 访问 /handleexception/wrong3 -> org.geekbang.time.commonmistakes.exception.demo1.HandleExceptionController#wrong3(String) 出现系统异常！
java.lang.RuntimeException: null
...

这里的 null 非常容易引起误解。按照空指针问题排查半天才发现，其实是异常的 message 为空。

总之，如果你捕获了异常打算处理的话，除了通过日志正确记录异常原始信息外，通常还有三种处理模式：

一句话总结：捕获和处理异常的最佳实践。

5 finally 中的异常

有些时候，我们希望不管是否遇到异常，逻辑完成后都要释放资源，这时可以使用 finally 代码块而跳过使用 catch 代码块。

但要千万小心 finally 代码块中的异常，因为资源释放处理等收尾操作同样也可能出现异常

因为一个方法无法出现两个异常。所以如果finally中抛出异常，就会覆盖try 中的异常。所以finally 代码块自己负责异常捕获和处理：

@GetMapping("right")
public void right() {
    try {
        log.info("try");
        throw new RuntimeException("try");
    } finally {
        log.info("finally");
        try {
            throw new RuntimeException("finally");
        } catch (Exception ex) {
            log.error("finally", ex);
        }
    }
}

或者可以把 try 中的异常作为主异常抛出，使用 addSuppressed 方法把 finally 中的异常附加到主异常上：

@GetMapping("right2")
public void right2() throws Exception {
    Exception e = null;
    try {
        log.info("try");
        throw new RuntimeException("try");
    } catch (Exception ex) {
        e = ex;
    } finally {
        log.info("finally");
        try {
            throw new RuntimeException("finally");
        } catch (Exception ex) {
            if (e!= null) {
                e.addSuppressed(ex);
            } else {
                e = ex;
            }
        }
    }
    throw e;
}

运行方法可以得到如下异常信息，其中同时包含了主异常和被屏蔽的异常：

java.lang.RuntimeException: try
  at org.geekbang.time.commonmistakes.exception.finallyissue.FinallyIssueController.right2(FinallyIssueController.java:69)
  at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
  ...
  Suppressed: java.lang.RuntimeException: finally
    at org.geekbang.time.commonmistakes.exception.finallyissue.FinallyIssueController.right2(FinallyIssueController.java:75)
    ... 54 common frames omitted

try-with-resources 释放资源

对于实现了 AutoCloseable 接口的资源，建议使用 try-with-resources 来释放资源，否则也可能会产生刚才提到的，释放资源时出现的异常覆盖主异常的问题。

作用：将创建资源的操作写在try()的括号中，那就不需要在finally中编写关闭资源的操作了，减少代码开发量，让代码变得更加美观

示例：

image.png

原理分析：采用try-with-resources写法，当try中代码执行结束（正常结束/异常结束）之后就会调用try()括号中对象的close()方法来关闭资源，虽然表面上来看try-with-resources写法更加优雅，如果我们对try-with-resources语法代码进行反编译，可以看到里面仍然是try-catch-finally写法，所以说try-with-resources写法是一种语法糖写法

demo:

//定义资源
public class TestResource implements AutoCloseable {
    public void read() throws Exception{
        throw new Exception("read error");
    }
    @Override
    public void close() throws Exception {
        throw new Exception("close error");
    }
}

//使用传统的 try-finally 语句，在 try 中调用 read 方法，在 finally 中调用 close 方法：
@GetMapping("useresourcewrong")
public void useresourcewrong() throws Exception {
    TestResource testResource = new TestResource();
    try {
        testResource.read();
    } finally {
        testResource.close();
    }
}

//可以看到，同样出现了 finally 中的异常覆盖了 try 中异常的问题：
=========================================================================================
java.lang.Exception: close error
  at org.geekbang.time.commonmistakes.exception.finallyissue.TestResource.close(TestResource.java:10)
  at org.geekbang.time.commonmistakes.exception.finallyissue.FinallyIssueController.useresourcewrong(FinallyIssueController.java:27)
=======================================================================================


//使用try-with-resources 模式
@GetMapping("useresourceright")
public void useresourceright() throws Exception {
    try (TestResource testResource = new TestResource()){
        testResource.read();
    }
}

//try 和 finally 中的异常信息都可以得到保留：
=======================================================================================================
java.lang.Exception: read error
  at org.geekbang.time.commonmistakes.exception.finallyissue.TestResource.read(TestResource.java:6)
  ...
  Suppressed: java.lang.Exception: close error
    at org.geekbang.time.commonmistakes.exception.finallyissue.TestResource.close(TestResource.java:10)
    at org.geekbang.time.commonmistakes.exception.finallyissue.FinallyIssueController.useresourceright(FinallyIssueController.java:35)
    ... 54 common frames omitted
=======================================================================================================

一句话总结：务必小心 finally 代码块中资源回收逻辑，确保 finally 代码块不出现异常，内部把异常处理完毕，避免 finally 中的异常覆盖 try 中的异常；或者考虑使用 addSuppressed 方法把 finally 中的异常附加到 try 中的异常上，确保主异常信息不丢失。此外，使用实现了 AutoCloseable 接口的资源，务必使用 try-with-resources 模式来使用资源，确保资源可以正确释放，也同时确保异常可以正确处理。

6 提交线程池的任务出了异常会怎么样？

6.1 以execute 方法提交任务

线程池中的线程在抛出异常后，直接退出，线程池只能重新创建一个线程，之前的老线程不能复用，所以如果每个异步任务都以异常结束，那么线程池可能完全起不到线程重用的作用。

同时如果我们没有手动捕获异常进行处理，ThreadGroup 帮我们进行了未捕获异常的默认处理，向标准错误输出打印了出现异常的线程名称和异常信息。但是，这种没有以统一的错误日志格式记录错误信息打印出来的形式，对生产级代码是不合适的。

解决办法：

6.2 以submit方法提交任务

线程池以submit方法提交任务，在线程在抛出异常后，线程并不会退出，但是异常不会直接打印。

原因：查看 FutureTask 源码可以发现，在执行任务出现异常之后，异常存到了一个 outcome 字段中，只有在调用 get 方法获取 FutureTask 结果的时候，才会以 ExecutionException 的形式重新抛出异常：

public void run() {
...
    try {
        Callable<V> c = callable;
        if (c != null && state == NEW) {
            V result;
            boolean ran;
            try {
                result = c.call();
                ran = true;
            } catch (Throwable ex) {
                result = null;
                ran = false;
                setException(ex);
            }
...
}

protected void setException(Throwable t) {
    if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
        outcome = t;
        UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL); // final state
        finishCompletion();
    }
}

public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
    int s = state;
    if (s <= COMPLETING)
        s = awaitDone(false, 0L);
    return report(s);
}

private V report(int s) throws ExecutionException {
    Object x = outcome;
    if (s == NORMAL)
        return (V)x;
    if (s >= CANCELLED)
        throw new CancellationException();
    throw new ExecutionException((Throwable)x);
}

那么怎么捕获submit提交的异常呢？demo如下：

List<Future> tasks = IntStream.rangeClosed(1, 10).mapToObj(i -> threadPool.submit(() -> {
    if (i == 5) throw new RuntimeException("error");
    log.info("I'm done : {}", i);
})).collect(Collectors.toList());

tasks.forEach(task-> {
    try {
        task.get();
    } catch (Exception e) {
        log.error("Got exception", e);
    }
});

一句话总结：确保正确处理了线程池中任务的异常，如果任务通过 execute 提交，那么出现异常会导致线程退出，大量的异常会导致线程重复创建引起性能问题，我们应该尽可能确保任务不出异常，同时设置默认的未捕获异常处理程序来兜底；如果任务通过 submit 提交意味着我们关心任务的执行结果，应该通过拿到的 Future 调用其 get 方法来获得任务运行结果和可能出现的异常，否则异常可能就被生吞了。

上一篇 下一篇

猜你喜欢

热点阅读