Nomad & His Life

《 Robust Java 》
作者： Stephen Stelting
本书详细的讲述了异常的各个方面的知识，兼带介绍了测试和调试的基本方法。是了解 Java 异常的极佳教材。

异常概念
从某种意义上讲，异常就是这样一种消息：它传送一些系统问题、故障及未按规定执行的动作的相关信息。异常包含信息，以将信息从应用程序的一部分发送到另一部分。
异常本身表示消息，指发送者传给接受者的数据 “ 负荷 ” 。首先，异常基于类的类型来传输有用信息。很多情况下，只需异常对象的类即能识别故障本因并更正问题。其次，异常还带有可能有用的数据（如属性）。异常消息或故障本质原因等数据属于这个范畴。
在处理异常时，消息必须有接受者；否则将无法处理产生异常的底层问题。


异常类层次结构
所有异常有一个共同祖先 Throwable （可抛出）。 Throwable 指定代码中可用异常传播机制通过 Java 应用程序传输的任何问题的共性。
Throwable 有两个重要的子类： Exception （异常）和 Error （错误），二者都是 Java 异常处理的重要子类，各自都包含大量子类。
“ 异常 ” 是应用程序中可能的可预测、可恢复的问题。 Java API 文档记录给出的定义是： “ 合理应用程序可能需要捕获的情况。 ” 一般地，大多数异常表示轻度到中度的问题。
异常一般在特定环境下产生的，通常出现于代码的特定方法或操作中。
“ 错误 ” 表示运行应用程序中的较严重问题。 Java API 文档记录给出的定义是 :“ 是 Throwable 的一个子类，代表严重问题，合理应用程序不应试图捕获它。大多数此类错误属反常情况。 ”
大多数错误与代码编写者执行的操作无关，而表示代码运行时 JVM （ Java 虚拟机）出现的问题。例如，当 JVM 不再有继续执行操作所需的内存资源时，将出现 OutOfMemoryError 。
Exception 有一个重要的子类 RuntimeException 。 RuntimeException 及其子类表示 “JVM 常用操作 ” 引发的错误。例如，若试图使用空值 对象引用、除数为零，或数组越界，则将分别引发运行时异常（ NullPointerException 、 ArithmeticException ）和 ArrayIndexOutOfBoundException 。


异常的处理或声明选项
在处理潜在故障时，有两个选项。在调用可能引发异常的方法时，可以捕获异常，也可以声明该方法抛出异常。也就是说的 “ 处理（ handle ）或声明（ declare ） ” 规则。

处理异常： try 、 catch 和 finally
若要捕获异常，则必须在代码中添加异常处理器块。

import java.io.*;
public class EchoInputTryCatchFinally{
    public static void main(String [] args) {
        System.out.println("Enter text to echo");
        InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
        BufferedReader inputReader = new BufferedReader(isr);
        try{
            String inputLine = inputReader.readLine();
            System.out.println("READ: "+inputLine);
        }
        catch(IOException exc){
            System.out.println("Exceptin encountered: "+exc);
        }
        finally{
            System.out.println("My job here is done.");
        }
    }
}

1.try 块
在将一个或多个语句放入 try 块时，则表示这些语句可能抛出异常。编译器知道可能要发生异常，于是用一个特殊结构评估块内所有语句。

2.catch 块
当 问题出现时，一种选择是定义代码块来处理问题， catch 的目的便在与此。 catch 块是 try 块所产生异常的接受者。基本原理为：一旦生成异常，则 try 块的执行中止， JVM 将查找相应的 catch 块。在 try-catch 结构中，可能有多个 catch 块；此时，异常将交由第一个匹配的 catch 块 处理。

3.finally 块
还可以定义这样 一个代码块，无论试图运行 try 块代码的结果如何，该块一定运行。 finally 块作用便在于此。在常见的所有环境中， finally 块都将运行。无论 try 块是否运行完，无论是否产生异常，也不论异常是否在 catch 块得到处理， finally 块都将运行。
   

try-catch-finally 的规则
· 必须在 try 之后添加 catch 块。可任意接不接 finally 块。
· 必须遵守块顺序：如代码同时使用 catch 和 finally 块，则必须将 catch 块放在 try 块之后。
· try 块与相应的 catch 或 finally 之间可能不存在语句。
· catch 块与特定异常类的类型相关。
· 一个 try 块可能有多个 catch 块。若如此，将执行第一个匹配块。有一个经验法则：要按从最具体到最一般的顺序组织处理块。
· 除下列情况，总将执行 finally 作为结束：
        a.JVM 过早中止（调用 System.exit(int) ）
        b. 在 finally 块中抛出一个未处理的异常。
        c. 计算机断电、失火，或遭遇病毒攻击。
· 可嵌套 try-catch-finally 结构
· 在 try-catch-finally 结构中，可重新抛出异常。



声明异常
若要声明异常，则必须将其添加到方法签名块的结束位置，即输入部分之后。以下是一个异常声明方法的示例：
public void errorProneMethod(int input) throws java.io.IOException {
    ...
}
这样，声明的异常将传给方法调用者，而且也通知了编译器；该方法的任何调用者必须遵守处理或声明规则。

声明异常的规则
· 必须声明方法可能抛出的任何可检测异常（ checked exception ）。
· 非检测异常（ unchecked exception ）不是必须的，可声明，也可不声明。
· 调用方法必须遵守任何可检测异常的处理或声明规则。若覆盖一个方法，则不能声明与覆盖方法不同的异常。声明任何异常必须被覆盖方法所声明异常的同类或子类。



可检测异常和非可检测异常
Java 的可检测异常和非检测异常泾渭分明。可检测异常经编译器验证，对于声明抛出异常的任何方法，编译器将强制执行处理或声明规则。
非检测异常不遵循处理或声明规则。在产生此类异常时，不一定非要采取任何适当操作，编译器不会检查是否已解决这样一个异常。有两个主要类定义非检测异常： RuntimeException 和 Error 。
为 什么 Error 子类属于非检测异常？这是因为无法预知它们的产生时间。若 Java 应用程序内存不足，则随时可能出现 OutOfMemoryError ；起 因一般不是应用程序中的特殊调用，而是 JVM 自身的问题。另外， Error 类一般表示应用程序无法解决的严重问题，故将这些类视为非检测异常。
RuntimeException 类也属于非检测异常，一个原因是普通 JVM 操作引发的运行时异常随时可能发生。与 Error 不同，此类异常一般有特定操作引发，但这些操作在 Java 应用 程序会频繁出现。另一个原因是：它们表示的问题不一定作为异常处理。可以在 try-catch 结构中处理 NullPointerException ，但若 在使用引用前测试空值，则更简单经济。


异常处理技术和实践

选择处理或声明
一个经验法则是：
“ 尽可能去处理异常，如果没有能力处理就声明异常。 ”
从本质上将，仅当方法缺少自我处理异常的信息、上下文或资源时，才将异常信息传给调用者。

标准异常处理选项
对于处理器代码块捕获的大多数错误情况，一般可以采用以下 9 种响应方式：
· 记录异常和相关信息
· 要求用户或应用程序输入信息
· 使用默认值或替换数据
· 将控制转移到应用程序的其他部分
· 将异常转换为其他形式
· 忽略问题
· 重试操作
· 采取替换或恢复操作
· 使系统作好停止准备


记录异常和相关信息
为有效处理异常，日志记录（ logging ）是最有效的工具之一。这有利于系统的长期开发和维护，有助于完成系统恢复、测试和调试等任务。一般要记录信息，可使用下列方法：
    · 标准输出或标准错误流
    · 自定义记录类
    · Java 记录 API

1. 标准输出或标准错误流
对于简单的记录任务，可使用标准输出或错误流： System.out 、 System.err 。
System.out.println("User error: replace user and continue");
System.err.println("Press any key. Go on. I dare ya.");
因为 System 类允许通过方法调用 System.setOut(PrintStream) 和 System.setErr(PrintStream), 将输出重定向到另一个目标位置，所以能够满足基本文件输出等的需要。
此类功能一般适用于简单应用程序的本地记录。而对于较复杂的应用程序，使用这些功能工作量过大。此外，一些 Java 代码类型运行在服务器的 JVM 中，不允许将输出定向到这些位置。

2. 自定义记录类
一些应用程序要求记录更灵活，更易配置。此时，应为系统开发记录资源（即开发一个类）来接受应用程序范围内的调用，并将它们记录到一个中心位置。这样的类常实现为静态资源或单模式（ Singleton ），以确保通用于系统，而不需要其他对象包含其引用。

import java.io.*;
import java.util.*;

public class CustomLogger {
    private static final String DEFAULT_FILE="exceptions.log";
    private static final String FILE_KEY="application.logfile";
    private static CustomLogger instance = new CustomLogger();
    private static PrintWriter outputLog;
   
    private CustomLogger() {
        String filename = System.getProperty(FILE_KEY,DEFAULT_FILE);
        try{
            outputLog = new PrintWriter(new FileWriter(filename,true));
        }
        catch (IOException exc) {
            exc.printStackTrace();
        }
    }

    public static CustomLogger getInstance() {
        return instance;
    }

    public void log(String message) {
        logMessage(new Date() + " " + message);
    }

    public void log(Throwable error) {
        StringBuffer message = new StringBuffer(new Date() + " ERROR: "+ error.getClass().getName()+ System.getProperty("line.separator"));
        message.append(error);
        logMessage(message.toString());
    }

    private void logMessage(String message) {
        outputLog.println(message);
        outputLog.flush();
    }
}

3.Java 记录 API
在 JDK1.4 中， Sun 引入了记录 API ，以更灵活有效地记录错误、消息和通知。一般地，使用 java.util.logging 包中的几个类即可执行简单的记录任务。例如，若要将消息发送到标准输出，则代码如下所示：
Logger logException = Logger.getLogger("basic.exception.example");
logExcetption.log(Level.WARNING, "Unable to find configuration file.");
也可以方便地设置易于阅读的日志文件：
Logger logException = Logger.getLogger("exception.example");
try{
    Handler fileOut = new FileHandler("exc.err",true);
    fileOut.setFormatter(new SimpleFormatter());
    logException.addHadndler(fileOut);
}
catch (IOException ex) {
    //....
}
logException.log(Level.WARNING,"Exception generated");


要求用户或应用程序输入信息
对 于与最终用户 “ 接近 ” 的问题，最好让用户来确定响应应用程序相应问题的方式。这一般通过 GUI 管理，使用户作出选择或输入信息。对于简单故障，用户可能仅 需确定适当的操作序列；而对于较复杂的问题，则可能要添加附加或替换信息。很多 GUI 使用对话框来提示用户作出决策，在 AWT 中，可使用 java.awt.Dialog 类；在 Swing API 中，一般使用 javax.swing.JDialog 或 javax.swing.JOptionPane 。下面的示例代码显示了在出现错误时如何要 求用户输入信息：
private void showConfigErrorMessage() {
    String msg = "Unable to load user preferences file: create new file?";
    String title = "Application Error";
    int result = JOptionPane.showConfirmDialog(null,msg,title,JOptionPane.YES_NO_OPTION, JOptionPane.WARNING_MESSAGE);
    if(result == JOptionPane.YES_OPTION) {
        creatNewConfigFile();
    }
    else{
        loadDefaultSettings();
    }
}


使用默认值或替换数据
如 果使用替换或默认值，那么，即使在执行操作时遇到异常，程序仍可继续运行。在通信示例中。另一台服务器（或同一台服务器上的不同端口）可能是一个合适的替 换方案。若有可识别的任何标准值，则可以在应用程序中包含默认值。在最简单的情况下，可以将这些值作为应用程序中的常量（静态最终值）：
private static final String ALTERNATE_HOST = "denver";
private static final int ALTERNATE_PORT = 5280;
更复杂一些的选项是允许默认值存储在配置文件中，并在运行时加载到应用程序。
private static final String ALTERNATE_HOST = "denver";
private static final String HOST_KEY = "client.app.host";

public void sendData(String host,int port,Serializable information, String propertyFile){
    if(communication ==null){
        communication = new ClientNetWork();
    }

    try{
        communication.connect(host,port);
        conmunication.sendData(information);
    }
    catch( IOException exc){
        Properties serverProps = new Properties();
        try{
            FileInputStream input = FileInputStream(propertyFile);
            serverProps.load(input);
            String serverName = serverProps.getProperty(HOST_KEY,ALTERNATE_HOST);
            sendData(serverName,port,information);
        }
        catch(IOException exc2) {
            exc.printStackTrace();
        }
    }
}


将控制转移到应用程序的其他部分
还有一种将异常处理职责传给系统另一部分的非终极方式：不是从异常产生方法完全委托，而是开发一个异常处理类，使用它来集中处理应用程序代码。
private void saveOrderInfo(OrderInfo info){
    try{
        OrderService.getInstance().saveOrderInfoToFile(info);
    }
    catch(IOException exc)
    {
        handleFileSaveError(info);
    }
}


将异常转换为其他形式
有 时，最好将异常转化为其他形式，以将异常更改为对应用程序更有意义的形式，提供更适当的上下文以准确描述错误。由于可将原始异常包装到另一个异常中（从 JDK1.4 开始），故不会失去原始异常的上下文或数据。下例显示解决 saveOrderInfo 方法产生的 IOException 的另一种方法： catch 块将异常转化为 OrderException 抛给方法调用者。
private void saveOrderInfo(OrderInfo info) throws OrderException{
    try {
        OrderService.getInstance().saveOrderInfoToFile(info);
    }
    catch(java.io.IOException exc) {
        throw new OrderException("File I/O error when saving ORderInfo",exc);
    }
}

忽略问题
注 意，不能滥用这种方法，否则，代码将出现严重问题。确实存在这样的情况，即一个异常对应用程序的所有其他部分没有任何影响。例如，在调用 I/O 流的关闭方 法时产生的异常便属于这种类型。该方法可抛出表示问题的 IOException ，但应用程序除了记录事件之外，一般什么也不做。
//Declare member variable sourceFile in the class
private FileReader souceFile;
//...
    try{
        sourceFile.close();
    }
    catch (java.io.IOException exc) {
        //...
    }


重试操作
有些情况下，最适当的操作是在等一段时间后重试操作。在试图连接到服务器或数据库时，有时会发生异常，因为服务器的信息量过大。此时，最好再等一段时间，再尝试连接。
try{
    clientNetwork.connect("www.talk-about-tech.com",5280);
}
catch (java.io.IOException exc)
{
    try {
        Thread.sleep(10000);
    }
    catch (InterruptedException exc2) {}

    try{
        clientNetwork.connect("www.talk-about-tech.com",5280);
    }
    catch (java.io.IOException exc)
    {
        //...
    }
}


采取替换或恢复操作
有时，可采取补偿方式来处理异常。例如，若不能连接服务器，则可以在本地缓存数据，并在之后某一段时间将数据发送到服务器。理想情况下，恢复操作将允许应用程序正常运行。
try{
    svr.connect("www.talk-about-tech.ocm",5280);
}
catch (IOException exc)
{
    enableFileCache();
}


使系统作好停止准备
如果某一异常确实是应用程序的关键错误，则需要采取步骤，使系统作好停止准备。这种情况下，要确保该应用程序不致使系统的其他部分出现故障，也不会使数据处于不一致状态，这就需要完成以下几件事情：
    · 若有打开的文件，则关闭它
    · 若有基于连接的资源，则采用普通方式关闭
    · 若有需要保持一致的信息，则一定要保存
    · 根据需要，通知应用程序、客户端或子系统应用程序将结束。



处理异常时提倡的事情

尽可能地处理异常
要尽量处理处理异常，如果条件确实不允许，无法在自己的代码中完成处理，就考虑声明异常。如果人为避免在代码中处理异常，仅做声明，则是一种错误和懒惰的实践。

具体问题具体解决
异常的部分优点在于能为不同类型的问题提供不同的处理操作。有效异常处理的关键是识别特定故障场景，并开发解决此场景的特定相应行为。为了充分利用异常处理能力，需要为特定类型的问题构建特定的处理器块。

记录可能影响应用程序运行的异常
至少要采取一些永久方式，记录下可能影响应用程操作的异常。理想情况下，当然是在第一时间解决引发异常的基本问题。不过，无论采用什么处理操作，一般总应记录下潜在的关键问题。别看这个操作非常简单，但可以帮助您用很少的时间来跟踪应用程序复杂的问题起因。

根据情况将异常转换为业务上下文
构建异常成本不高，所以，若要通知一个应用程序特有的问题，有必要将应用程序转换为不同形式。若用业务特定状态表示异常，则代码更易维护。 J2SE 1.4 的异常有所增强，允许包装原始异常，故不会失去问题的原始上下文。



处理异常是忌讳的事项

一般不要忽略异常
在异常处理块中，一项最危险的举动是 “ 不加通告 ” 地处理异常。如下所示：
try {
    Class.forName("business.domain.Customer");
}
catch (ClassNotFoundException exc) {}
经常能够在代码中看到类似的代码块。有人总喜欢在编写代码简单快速地编写空处理块，并 “ 自我安慰地 ” 宣称准备在 “ 后期 ” 添加恢复代码，但这个 “ 后期 ” 最终成了 “ 无期 ” 。
这种做法有什么坏处？如果异常对应用程序的其他部分确实没有任何负面影响，这未尝不可。但事实往往并非如此，异常会扰乱应用程序的状态；此时，这样的代码块无异于掩耳盗铃。

不要使用覆盖式异常处理块
另一个危险的处理实践式覆盖式处理器（ blanket handler ）。该代码的基本结构如下所示：
try{
    //...
}
catch (Exception e) {
    //...
}
使用覆盖式异常处理块有以下两个前提之一：
· 代码中只有一类问题。
    这可能正确，但即便如此，也不应该使用覆盖式处理，捕获更具体的异常形式有利无弊。
· 单个恢复操作始终适用。
    这几乎绝对错误。几乎没有哪个方法能放之四海而皆准，能应付出现的任何问题。
分析一下这样编写代码将发生的情况。只要方法不断抛出预期的异常集，则一切正常。但是，如果方法抛出了未预料到的异常，则无法看到要采取的操作。当覆盖式处理器对新异常类型执行千篇一律的任务时，只能间接看到异常处理结果。如果代码没有打印或记录语句，则根本看不到结果。
更糟的是，当代码发生变化时，覆盖式处理器将继续作用于所有新的异常类型，并以相同方式处理所有类型。一般地，在修改代码时，这是不智之举 —— 要考虑方法更改所产生的影响，并相应更改异常处理块。

一般不要将特定异常转换为更通用的异常
将特定异常转换为更通用异常是一种错误做法。一般而言，这将取消异常起初抛出时产生的上下文，在将异常传到系统的其他位置时，将更难处理。见下例：
try{
    //error-prone code
}
catch (IOException e) {
    String msg = "If you didn't have a problem before, you do now!";
    throw new Exception(msg);
}
因 为没有原始异常的信息，所以处理器块无法确定问题的起因，也不知如何更正问题。更糟的是，该方法必须声明它抛出 Exception ，实际上，这形同虚设， 对该方法的 Java 文档读者没有任何帮助作用。对于抛出通用 Exception 对象的方法，应执行哪种恢复操作？一般而言，若要重新抛出异常，要有 3 个理 由：
    · 重新抛出同一异常，以采取一些操作，然后传送异常作进一步处理。
    · 包装或重新抛出更具体的异常类型，以缩小后续处理器的问题类型。
    · 包装或重新抛出不同类型的异常，转换为适当上下文，提供给不同应用程序子系统的处理器。在转换为业务异常时，一般会这样做。

不要处理能构避免的异常
对 于有些异常类型，实际上根本不必处理。一般地，要秉持这样一个理念：为不可避免的错误使用异常。虽然可用异常来处理形形色色的各种问题，但不一定非要这么 做。处理或声明异常必然会影响代码的运行效率。也就是说，若能避免某些问题类型，则成本比使用异常来解决要低。诸如处理空指针等问题。





高级异常处理概念

自定义异常
使用子定义异常有什么好处呢？创建自定义异常是为了表示应用程序的一些错误类型，为代码可能发生的一个或多个问题提供新的含义。可以显示代码多个位置之间的错误的相似性，也可区分代码运行时可能出现的相似问题的一个或多个错误，或给出应用程序中一组错误的特定含义。
创建和使用自定义异常并不难。遵循以下 3 个步骤即可。

1. 定义异常类
一般要定义新类来表示自定义异常。多数情况下，只需创建已有异常类的子类。
public class CustomerExistsException extends Exception {
    public CustomerExistException() { }
    public CustomerExistException(String message) {
        super(message);
    }
}
至少要继承 Throwable 或 Throwable 的子类。经常要定义一个或多个构造函数，以在对想中存储错误消息。在继承任何异常时，将自动继承 Throwable 类的一些标准特性，如：
    · 错误消息
    · 栈跟踪
    · 异常包装
若要在异常中添加附加信息，则可以为类添加一些变量和方法：
public class CustomerExistsException extends Exception
{
    private String customerName;
    public CustomerExistsException() {}
    public CustomerExistsException(String message) {
        super(message);
    }
    public CustomerExistsException(String message, String customer){
        super(message);
        customerName = customer;
    }
    public String getCustomerName() {
        return customerName;
    }
}
由本例可知，可修改 CustomerExistsException 类，以支持其他属性。例如，可将 customerName 字符串（引发异常的记录的客户名）与异常联系起来。

2. 声明方法抛出自定义异常
这实际上时 “ 处理或声明 ” 规则的 “ 声明 ” 部分。为了使用自定义异常，必须通知调用代码的类：要准备处理这个异常类型。为此，声明一个或多个方法抛出异常：
public void insertCustomer(Customer c) throws CustomerExistsException {
    //...
}

3. 找到故障点，新建异常并加上关键子 throw
最后一步实际上是创建对象，并通过系统传送该对象。为此，需要了解代码将在方法的哪个位置出现故障。根据情况，可能要使用以下部分或所有条件，来指示代码中的故障点。
    (1) 外部问题
        · 应用程序中产生的异常
        · 其他方法返回的故障代码
    (2) 内部问题
        · 应用程序状态不一致
        · 应用程序中的处理问题



子类
在 构建子类时，可以覆盖父类的方法，此时，必须遵守一些严格的规则。必须复制方法的签名：方法名、输入和输出都要匹配。不能使覆盖的方法比父类更私有。还要 注意，方法不能抛出父类方法未声明的异常。也就是说，在覆盖方法时，可抛出与父类的方法相同的异常或异常的子集。如果在父类方法中未定义，则不能抛出不同 的异常。

接口和抽象类的异常声明
抽象方法只提供方法签名，不真正定义任何代码；接口实际上全部由抽象方法组成。为这类方法定义异常时，实际上是在设置一种期望，描述最终实现的方法可能出现的错误。
public interface CommunicationServer {
    public void processClient() throws ServerConnectException;
    public void listen();
}



Java 核心语言中的异常

基本数据类型的常见问题
1. 不允许在布尔和数值类型间转换
在 Java 中，布尔变量不能转换为其他任何基本数据类型。也就是说，不能声明这样一个方法，它返回整型，并将结果视为布尔值。

2. 数值数据类型的数据截断
在两种情况下，可能出现这个问题：收缩转换和数学运算。
强制转换：
int i = 2048;
byte b = (byte)i;
数学运算：
int i,j,k;
i = 10000;
j = 400000;
k = i * j;

3. 数值数据类型的精度丢失
例：
double c= 0.025;
double d= 21.003;
double e=c*d;
System.out.println("c ="+c+", d="+d);
System.out.println("c*d="+e);
在 本例中，输出的乘积是 0.5250750000000001 。这个问题出现的是舍入错误。可采用几种方案来消除这个问题。如果要在操作小数值时确保精度， 则使用 BigDecimal 类。如果仅要求格式符合输出要求，则可用 java.lang.format 包中的类来处理舍入。

4. 数学运算和 ArithmeticException
除零错误。

一般建议
· 预先了解应用程序的数据要求，并制定相应规划。选项有：
    a. 使用 BigDecimal 或 BigInteger 。
    b. 选择一种足够大、足够精确，可以满足需要的存储类型。
· 在使用 / 或％运算符时，检查操作数中的 0 值。
· 在显示值时，使用满足需要的策略。选项有：
    a. 原始基本类型用于基本需要。
    b. BigDecimal 或 BigInteger 用于扩展精度。
    c. NumberFormat 用于准确格式控制。