转： Java异常处理框架

摘要：本文从Java异常最基本的概念、语法开始讲述了Java异常处理的基本知识，分析了Java异常体系结构，对比Spring的异常 处理框架，阐述了异常处理的基本原则。并且作者提出了自己处理一个大型应用系统异常的思想，并通过设计一个异常处理的框架来论述此思想。

    一、 异常的概念和Java异常体系结构

    异常是程序运行过程中出现的错误。本文主要讲授的是Java语言的异常处理。Java语言的异常处理框架，是Java语言健壮性的一个重要体现。

    Java把异常当作对象来处理，并定义一个基类java.lang.Throwable作为所有异常的超类。在Java API中已经定义了许多异常类，这些异常类分为两大类，错误Error和异常Exception。Java异常体系结构呈树状，其层次结构图如图 1所示：

 

Caption align=center>图 1  Java 异常体系结构

    Thorwable类所有异常和错误的超类，有两个子类Error和Exception，分别表示错误和异常。其中异常类Exception又分为运行时 异常(RuntimeException)和非运行时异常，这两种异常有很大的区别，也称之为不检查异常（Unchecked Exception）和检查异常（Checked Exception）。下面将详细讲述这些异常之间的区别与联系：

    1、Error与Exception

    Error是程序无法处理的错误，比如OutOfMemoryError、ThreadDeath等。这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。

    Exception是程序本身可以处理的异常，这种异常分两大类运行时异常和非运行时异常。程序中应当尽可能去处理这些异常。

    2、运行时异常和非运行时异常

    运行时异常都是RuntimeException类及其子类异常，如NullPointerException、 IndexOutOfBoundsException等，这些异常是不检查异常，程序中可以选择捕获处理，也可以不处理。这些异常一般是由程序逻辑错误引 起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。

    非运行时异常是RuntimeException以外的异常，类型上都属于Exception类及其子类。从程序语法角度讲是必须进行处理的异常，如果不 处理，程序就不能编译通过。如IOException、SQLException等以及用户自定义的Exception异常，一般情况下不自定义检查异 常。
   二、 异常的捕获和处理

    Java异常的捕获和处理是一个不容易把握的事情，如果处理不当，不但会让程序代码的可读性大大降低，而且导致系统性能低下，甚至引发一些难以发现的错误。

    Java异常处理涉及到五个关键字，分别是：try、catch、finally、throw、throws。下面将骤一介绍，通过认识这五个关键字，掌握基本异常处理知识。

     1、 异常处理的基本语法
    在java中，异常处理的完整语法是：

try
{
      //（尝试运行的）程序代码
}catch
(异常类型 异常的变量名){
      //异常处理代码
}finally
{
      //
}

try{
      //（尝试运行的）程序代码
}catch(异常类型 异常的变量名){
      //异常处理代码
}finally{
      //
}

 

以上语法有三个代码块：
    try语句块，表示要尝试运行代码，try语句块中代码受异常监控，其中代码发生异常时，会抛出异常对象。

    catch语句块会捕获try代码块中发生的异常并在其代码块中做异常处理，catch语句带一个Throwable类型的参数，表示可捕获异常类型。当 try中出现异常时，catch会捕获到发生的异常，并和自己的异常类型匹配，若匹配，则执行catch块中代码，并将catch块参数指向所抛的异常对 象。catch语句可以有多个，用来匹配多个中的一个异常，一旦匹配上后，就不再尝试匹配别的catch块了。通过异常对象可以获取异常发生时完整的 JVM堆栈信息，以及异常信息和异常发生的原因等。

    finally语句块是紧跟catch语句后的语句块，这个语句块总是会在方法返回前执行，而不管是否try语句块是否发生异常。并且这个语句块总是在方法返回前执行。目的是给程序一个补救的机会。这样做也体现了Java语言的健壮性。

     2、 try、catch、finally三个语句块应注意的问题
    第一、try、catch、finally三个语句块均不能单独使用，三者可以组成 try...catch...finally、try...catch、try...finally三种结构，catch语句可以有一个或多个，finally语句最多一个。
    第二、try、catch、finally三个代码块中变量的作用域为代码块内部，分别独立而不能相互访问。如果要在三个块中都可以访问，则需要将变量定义到这些块的外面。
    第三、多个catch块时候，只会匹配其中一个异常类并执行catch块代码，而不会再执行别的catch块，并且匹配catch语句的顺序是由上到下。

    3、throw、throws关键字
    throw关键字是用于方法体内部，用来抛出一个Throwable类型的异常。如果抛出了检查异常，则还应该在方法头部声明方法可能抛出的异常类型。该 方法的调用者也必须检查处理抛出的异常。如果所有方法都层层上抛获取的异常，最终JVM会进行处理，处理也很简单，就是打印异常消息和堆栈信息。如果抛出 的是Error或RuntimeException，则该方法的调用者可选择处理该异常。有关异常的转译会在下面说明。

    throws关键字用于方法体外部的方法声明部分，用来声明方法可能会抛出某些异常。仅当抛出了检查异常，该方法的调用者才必须处理或者重新抛出该异常。 当方法的调用者无力处理该异常的时候，应该继续抛出，而不是囫囵吞枣一般在catch块中打印一下堆栈信息做个勉强处理。下面给出一个简单例子，看看如何 使用这两个关键字：

public
 
static
 
void
 test3() 
throws
 Exception{
      //抛出一个检查异常
            throw
 
new
 Exception(
"方法test3中的Exception"
);
}

public static void test3() throws Exception{
      //抛出一个检查异常
            throw new Exception("方法test3中的Exception");
} 

 
    3、 Throwable类中的常用方法
    getCause()：返回抛出异常的原因。如果 cause 不存在或未知，则返回 null。
    getMessage()：返回异常的消息信息。
    printStackTrace()：对象的堆栈跟踪输出至错误输出流，作为字段 system.err 的值。

三、 异常处理的一般原则

    1、 能处理就早处理，抛出不去还不能处理的就想法消化掉或者转换为RuntimeException处理。因为对于一个应用系统来说，抛出大量异常是有问题的，应该从程序开发角度尽可能的控制异常发生的可能。
    2、 对于检查异常，如果不能行之有效的处理，还不如转换为RuntimeException抛出。这样也让上层的代码有选择的余地――可处理也可不处理。
    3、 对于一个应用系统来说，应该有自己的一套异常处理框架，这样当异常发生时，也能得到统一的处理风格，将优雅的异常信息反馈给用户。

    四、 异常的转译与异常链

    1、异常转译的原理

    所谓的异常转译就是将一种异常转换另一种新的异常，也许这种新的异常更能准确表达程序发生异常。

    在Java中有个概念就是异常原因，异常原因导致当前抛出异常的那个异常对象，几乎所有带异常原因的异常构造方法都使用Throwable类型做参数，这 也就为异常的转译提供了直接的支持，因为任何形式的异常和错误都是Throwable的子类。比如将SQLException转换为另外一个新的异常 DAOException，可以这么写：

    先自定义一个异常DAOException：

 

<font color=
"#000000"
>
public
 
class
 DAOException 
extends
 RuntimeException {
     //(省略了部分代码)
        public
 DAOException(String message, Throwable cause) {
            super
(message, cause);
        }
}</font>

public class DAOException extends RuntimeException {
     //(省略了部分代码)
        public DAOException(String message, Throwable cause) {
            super(message, cause);
        }
}

 

    比如有一个SQLException类型的异常对象e，要转换为DAOException，可以这么写：

    DAOException daoEx = new DAOException ( "SQL异常", e);

    异常转译是针对所有继承Throwable超类的类而言的，从编程的语法角度讲，其子类之间都可以相互转换。但是，从合理性和系统设计角度考虑，可将异常 分为三类：Error、Exception、RuntimeException，笔者认为，合理的转译关系图应该如图 2：

   

图 2 异常转译

    为什么要这么做呢？笔者认为，异常的处理存在着一套哲学思想：对于一个应用系统来说，系统所发生的任何异常或者错误对操作用户来说都是系统"运行时"异常，都是这个应用系统内部的异常。这也是异常转译和应用系统异常框架设计的指导原则。 在 系统中大量处理非检查异常的负面影响很多，最重要的一个方面就是代码可读性降低，程序编写复杂，异常处理的代码也很苍白无力。因此，很有必要将这些检查异 常Exception和错误Error转换为RuntimeException异常，让程序员根据情况来决定是否捕获和处理所发生的异常。

    图中的三条线标识转换的方向，分三种情况：

    ①：Error到Exception：将错误转换为异常，并继续抛出。例如Spring WEB框架中，将org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet的doDispatch()方法 中，将捕获的错误转译为一个NestedServletException异常。这样做的目的是为了最大限度挽回因错误发生带来的负面影响。因为一个 Error常常是很严重的错误，可能会引起系统挂起。

    ②：Exception到RuntimeException：将检查异常转换为RuntimeException可以让程序代码变得更优雅，让开发人员集中经理设计更合理的程序代码，反过来也增加了系统发生异常的可能性。

    ③：Error到RuntimeException：目的还是一样的。把所有的异常和错误转译为不检查异常，这样可以让代码更为简洁，还有利于对错误和异常信息的统一处理。

    1、 异常链

    异常链顾名思义就是将异常发生的原因一个传一个串起来，即把底层的异常信息传给上层，这样逐层抛出。Java API文档中给出了一个简单的模型：

<font color=
"#000000"
>
try
 {
     lowLevelOp();
    } catch
 (LowLevelException le) {
     throw
 (HighLevelException)
      new
 HighLevelException().initCause(le);
}</font>

try {
     lowLevelOp();
    } catch (LowLevelException le) {
     throw (HighLevelException)
      new HighLevelException().initCause(le);
}

 

当程序捕获到了一个底层异常le，在处理部分选择了继续抛出一个更高级别的新异常给此方法的调用 者。这样异常的原因就会逐层传递。这样，位于高层的异常递归调用getCause()方法，就可以遍历各层的异常原因。这就是Java异常链的原理。异常 链的实际应用很少，发生异常时候逐层上抛不是个好注意，上层拿到这些异常又能奈之何？而且异常逐层上抛会消耗大量资源，因为要保存一个完整的异常链信息。
   五、 设计一个高效合理的异常处理框架

    对于一个应用系统来说，发生所有异常在用户看来都是应用系统内部的异常。因此应该设计一套应用系统的异常框架，以处理系统运行过程中的所有异常。

    基于这种观点，可以设计一个应用系统的异常比如叫做AppException。并且对用户来说，这些异常都是运行应用系统运行时发生的，因此 AppException应该继承RuntimeException，这样系统中所有的其他异常都转译为AppException，当异常发生的时候，前 端接收到AppExcetpion并做统一的处理。画出异常处理框架如图 3 ：

   

图 3 一个应用系统的异常处理框架

    在这个设计图中，AppRuntimeException是系统异常的基类，对外只抛出这个异常，这个异常可以由前端（客户端）接收处理，当异常发生时，客户端的相关组件捕获并处理这些异常，将"友好"的信息展示给客户。

    在AppRuntimeException下层，有各种各样的异常和错误，最终都转译为 AppRuntimeException，AppRuntimeException下面还可以设计一些别的子类异常，比如 AppDAOException、OtherException等，这些都根据实际需要灵活处理。在往下就是如何将捕获的原始异常比如 SQLException、HibernateException转换为更高级一点AppDAOException。

    有关异常框架设计这方面公认比较好的就是Spring，Spring中的所有异常都可以用 org.springframework.core.NestedRuntimeException来表示，并且该基类继承的是 RuntimeException。Spring框架很庞大，因此设计了很多NestedRuntimeException的子类，还有异常转换的工具， 这些都是非常优秀的设计思想。

    六、 Java异常处理总结

    回顾全文，总结一下Java异常处理的要点：

    1、 异常是程序运行过程过程出现的错误，在Java中用类来描述，用对象来表示具体的异常。Java将其区分为Error与Exception，Error是程序无力处理的错误，Exception是程序可以处理的错误。异常处理是为了程序的健壮性。
    2、 Java异常类来自于Java API定义和用户扩展。通过继承Java API异常类可以实现异常的转译。