关于.NET异常处理的思考

    年关将至,对于大部分程序员来说,马上就可以闲下来一段时间了,然而在这个闲暇的时间里,唯有争论哪门语言更好可以消磨时光,估计最近会有很多关于java与.net的博文出现,我表示要作为一个吃瓜群众,静静的看着大佬们发表心情。

    以上的废话说的够多了,这里就不再废话了,还是切入正题吧。

    在项目开发中,对于系统和代码的稳定性和容错性都是有对应的要求。实际开发项目中的代码与样例代码的区别,更多的是在代码的运行的稳定性、容错性、扩展性的比较。因为对于实现一个功能来说,实现功能的核心代码是一样的,可能只是在写法上优化而已,但是在实现某一个操作上使用的类来说,这一点是绝大多数时候是一样的。这样看来,我们在实际开发的过程中,需要考虑的问题比较多,已经不仅仅局限于某一具体的功能实现,更多的是代码的稳定性和扩展性考虑。

    以上是在实际开发中需要面对的问题,笔者在最近的博文中,也在考虑这个异常到底需要怎么去写,以及异常到底需要怎么去理解,在博文中,也有不少的园友对异常的写法和处理提出了自己的意见,在这里我就写一下自己的一些理解,可能写的比较浅显和粗略,但是只当是一个引子,可以引出大佬们来谈谈自己的实际项目经验。希望对大家有一个帮助,也欢迎大家提出自己的想法和意见,分享自己的知识和见解。

一.DotNET异常的概述:

    谈到异常,我们就需要知道什么叫做异常,万事万物如果我们想去学习,就应该知道我们要学习的东西是什么,这样在心里也好有一个大概的认知。异常是指成员没有完成它的名称宣称可以完成的行动。在.NET中,构造器、获取和设置属性、添加和删除事件、调用操作符重载和调用转换操作符等等都没有办法返回错误代码,但是在这些构造中又需要报告错误,那就必须提供异常处理机制。

    在异常的处理中,我们经常使用到的三个块分别是:try块;catch块;finally块。这三个块可以一起使用,也可以不写catch块使用,异常处理块可以嵌套使用,具体的方法在下面会介绍到。

    在异常的处理机制中,一般有三种选择:重新抛出相同的异常,向调用栈高一层的代码通知该异常的发生;抛出一个不同的异常,想调用栈高一层代码提供更丰富的异常信息;让线程从catch块的底部退出。   

    有关异常的处理方式,有一些指导性的建议。

       1.恰当的使用finally块:

       finally块可以保证不管线程抛出什么类型的异常都可以被执行,finall块一般用来做清理那些已经成功启动的操作,然后再返回调用者或者finally块之后的代码。

       2.异常捕捉需适当:

       为什么要适当的捕捉异常呢?如下代码,因为我们不能什么异常都去捕捉,在捕获异常后,我们需要去处理这些异常,如果我们将所有的异常都捕捉后,但是没有预见会发生的异常,我们就没有办法去处理这些异常。

       如果应用程序代码抛出一个异常,应用程序的另一端则可能预期要捕捉这个异常,因此不能写成一个”大小通吃“的异常块,应该允许该异常在调用栈中向上移动,让应用程序代码针对性地处理这个异常。

       在catch块中,可以使用System.Exception捕捉异常,但是最好在catch块末尾重新抛出异常。至于原因在后面会讲解到。

          try
            {
                var hkml = GetRegistryKey(rootKey);
                var subkey = hkml.CreateSubKey(subKey);
                if (subkey != null && keyName != string.Empty)
                    subkey.SetValue(keyName, keyValue, RegistryValueKind.String);
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Log4Helper.Error("创建注册表错误" + ex);
                throw new Exception(ex.Message,ex);
            }

       3.从异常中恢复:

       我们在捕获异常后,可以针对性的写一些异常恢复的代码,可以让程序继续运行。在捕获异常时,需要捕获具体的异常,充分的掌握在什么情况下会抛出异常,并知道从捕获的异常类型派生出了那些类型。除非在catch块的末尾重新抛出异常,否则不要处理或捕获System.Exception异常。

      4.维持状态:

       一般情况下,我们完成一个操作或者一个方法时,需要调用几个方法组合完成,在执行的过程中会出现前面几个方法完成,后面的方法发生异常。发生不可恢复的异常时回滚部分完成的操作,因为我们需要恢复信息,所有我们在捕获异常时,需要捕获所有的异常信息。

      5.隐藏实现细节来维持契约:

       有时可能需要捕捉一个异常并重新抛出一个不同的异常,这样可以维系方法的契约,抛出的心异常类型地应该是一个具体的异常。看如下代码:

FileStream fs = null;
            try
            {
                fs = FileStream();
              
            }
            catch (FileNotFoundException e)
            {          //抛出一个不同的异常,将异常信息包含在其中,并将原来的异常设置为内部异常
                throw new NameNotFoundException();
            }
            catch (IOException e)
            {                //抛出一个不同的异常,将异常信息包含在其中,并将原来的异常设置为内部异常
             throw new NameNotFoundException();             }             finally             {               if (fs != null)                 {                fs.close();             }             }

      以上的代码只是在说明一种处理方式。应该让抛出的所有异常都沿着方法的调用栈向上传递,而不是把他们”吞噬“了之后抛出一个新的异常。如果一个类型构造器抛出一个异常,而且该异常未在类型构造器方法中捕获,CLR就会在内部捕获该异常,并改为抛出一个新的TypeInitialztionException。

二.DotNET异常的常用处理机制:

      在代码发生异常后,我们需要去处理这个异常,如果一个异常没有得到及时的处理,CLR会终止进程。在异常的处理中,我们可以在一个线程捕获异常,在另一个线程中重新抛出异常。异常抛出时,CLR会在调用栈中向上查找与抛出的异常类型匹配的catch块。如果没有任何catch块匹配抛出的异常类型,就发生一个未处理异常。CLR检测到进程中的任何线程有一个位处理异常,都会终止进程。

     1.异常处理块:

       (1).try块:包含代码通常需要执行一些通用的资源清理操作,或者需要从异常中恢复,或者两者都需要。try块还可以包含也许会抛出异常的代码。一个try块至少有一个关联的catch块或finall块。       

       (2).catch块:包含的是响应一个异常需要执行的代码。catch关键字后的圆括号中的表达式是捕获类型。捕获类型从System.Exception或者其派生类指定。CLR自上而下搜素一个匹配的catch块,所以应该教具体的异常放在顶部。一旦CLR找到一个具有匹配捕获类型的catch块,就会执行内层所有finally块中的代码,”内层finally“是指抛出异常的tey块开始,到匹配异常的catch块之间的所有finally块。

       使用System.Exception捕捉异常后,可以采用在catch块的末尾重新抛出异常,因为如果我们在捕获Exception异常后,没有及时的处理或者终止程序,这一异常可能对程序造成很大的安全隐患,Exception类是所有异常的基类,可以捕获程序中所有的异常,如果出现较大的异常,我们没有及时的处理,造成的问题是巨大的。

       (3).finally块:包含的代码是保证会执行的代码。finally块的所有代码执行完毕后,线程退出finally块,执行紧跟在finally块之后的语句。如果不存在finally块,线程将从最后一个catch块之后的语句开始执行。

      备注:异常块可以组合和嵌套,对于三个异常块的样例,在这里就不做介绍,异常的嵌套可以防止在处理异常的时候再次出现未处理的异常,以上这些就不再赘述。

    2.异常处理实例:

       (1).异常处理扩展方法:
        /// <summary>
        ///  格式化异常消息
        /// </summary>
        /// <param name="e">异常对象</param>
        /// <param name="isHideStackTrace">是否隐藏异常规模信息</param>
        /// <returns>格式化后的异常信息字符串</returns>
        public static string FormatMessage(this Exception e, bool isHideStackTrace = false)
        {
            var sb = new StringBuilder();
            var count = 0;
            var appString = string.Empty;
            while (e != null)
            {
                if (count > 0)
                {
                    appString += "  ";
                }
                sb.AppendLine(string.Format("{0}异常消息:{1}", appString, e.Message));
                sb.AppendLine(string.Format("{0}异常类型:{1}", appString, e.GetType().FullName));
                sb.AppendLine(string.Format("{0}异常方法:{1}", appString, (e.TargetSite == null ? null : e.TargetSite.Name)));
                sb.AppendLine(string.Format("{0}异常源:{1}", appString, e.Source));
                if (!isHideStackTrace && e.StackTrace != null)
                {
                    sb.AppendLine(string.Format("{0}异常堆栈:{1}", appString, e.StackTrace));
                }
                if (e.InnerException != null)
                {
                    sb.AppendLine(string.Format("{0}内部异常:", appString));
                    count++;
                }
                e = e.InnerException;
            }
            return sb.ToString();
        }
     (2).验证异常:
       /// <summary>
        /// 检查字符串是空的或空的,并抛出一个异常
        /// </summary>
        /// <param name="val">值测试</param>
        /// <param name="paramName">参数检查名称</param>
        public static void CheckNullOrEmpty(string val, string paramName)
        {
            if (string.IsNullOrEmpty(val))
                throw new ArgumentNullException(paramName, "Value can't be null or empty");
        }

        /// <summary>
        /// 请检查参数不是空的或空的,并抛出异常
        /// </summary>
        /// <param name="param">检查值</param>
        /// <param name="paramName">参数名称</param>
        public static void CheckNullParam(string param, string paramName)
        {
            if (string.IsNullOrEmpty(param))
                throw new ArgumentNullException(paramName, paramName + " can't be neither null nor empty");
        }

        /// <summary>
        /// 检查参数不是无效,并抛出一个异常
        /// </summary>
        /// <param name="param">检查值</param>
        /// <param name="paramName">参数名称</param>
        public static void CheckNullParam(object param, string paramName)
        {
            if (param == null)
                throw new ArgumentNullException(paramName, paramName + " can't be null");
        }

        /// <summary>
        /// 请检查参数1不同于参数2
        /// </summary>
        /// <param name="param1">值1测试</param>
        /// <param name="param1Name">name of value 1</param>
        /// <param name="param2">value 2 to test</param>
        /// <param name="param2Name">name of vlaue 2</param>
        public static void CheckDifferentsParams(object param1, string param1Name, object param2, string param2Name)
        {
            if (param1 == param2) {
                throw new ArgumentException(param1Name + " can't be the same as " + param2Name,
                    param1Name + " and " + param2Name);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 检查一个整数值是正的(0或更大)
        /// </summary>
        /// <param name="val">整数测试</param>
        public static void PositiveValue(int val)
        {
            if (val < 0)
                throw new ArgumentException("The value must be greater than or equal to 0.");
        }
     (3).Try-Catch扩展操作:
        /// <summary>
        ///     对某对象执行指定功能与后续功能,并处理异常情况
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T">对象类型</typeparam>
        /// <param name="source">值</param>
        /// <param name="action">要对值执行的主功能代码</param>
        /// <param name="failureAction">catch中的功能代码</param>
        /// <param name="successAction">主功能代码成功后执行的功能代码</param>
        /// <returns>主功能代码是否顺利执行</returns>
        public static bool TryCatch<T>(this T source, Action<T> action, Action<Exception> failureAction,
            Action<T> successAction) where T : class
        {
            bool result;
            try
            {
                action(source);
                successAction(source);
                result = true;
            }
            catch (Exception obj)
            {
                failureAction(obj);
                result = false;
            }
            return result;
        }

        /// <summary>
        ///     对某对象执行指定功能,并处理异常情况
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T">对象类型</typeparam>
        /// <param name="source">值</param>
        /// <param name="action">要对值执行的主功能代码</param>
        /// <param name="failureAction">catch中的功能代码</param>
        /// <returns>主功能代码是否顺利执行</returns>
        public static bool TryCatch<T>(this T source, Action<T> action, Action<Exception> failureAction) where T : class
        {
            return source.TryCatch(action,
                failureAction,
                obj => { });
        }

        /// <summary>
        ///     对某对象执行指定功能,并处理异常情况与返回值
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T">对象类型</typeparam>
        /// <typeparam name="TResult">返回值类型</typeparam>
        /// <param name="source">值</param>
        /// <param name="func">要对值执行的主功能代码</param>
        /// <param name="failureAction">catch中的功能代码</param>
        /// <param name="successAction">主功能代码成功后执行的功能代码</param>
        /// <returns>功能代码的返回值,如果出现异常,则返回对象类型的默认值</returns>
        public static TResult TryCatch<T, TResult>(this T source, Func<T, TResult> func, Action<Exception> failureAction,
            Action<T> successAction)
            where T : class
        {
            TResult result;
            try
            {
                var u = func(source);
                successAction(source);
                result = u;
            }
            catch (Exception obj)
            {
                failureAction(obj);
                result = default(TResult);
            }
            return result;
        }

        /// <summary>
        ///     对某对象执行指定功能,并处理异常情况与返回值
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T">对象类型</typeparam>
        /// <typeparam name="TResult">返回值类型</typeparam>
        /// <param name="source">值</param>
        /// <param name="func">要对值执行的主功能代码</param>
        /// <param name="failureAction">catch中的功能代码</param>
        /// <returns>功能代码的返回值,如果出现异常,则返回对象类型的默认值</returns>
        public static TResult TryCatch<T, TResult>(this T source, Func<T, TResult> func, Action<Exception> failureAction)
            where T : class
        {
            return source.TryCatch(func,
                failureAction,
                obj => { });
        }

      本文没有具体介绍try,catch,finally的使用,而是给出一些比较通用的方法,主要是一般的开发者对于三个块的使用都有一个认识,就不再做重复的介绍。

三.DotNET的Exception类分析:

      CLR允许异常抛出任何类型的实例,这里我们介绍一个System.Exception类:

      1.Message属性:指出抛出异常的原因。

[__DynamicallyInvokable]
public virtual string Message
{
    [__DynamicallyInvokable]
    get
    {
        if (this._message != null)
        {
            return this._message;
        }
        if (this._className == null)
        {
            this._className = this.GetClassName();
        }
        return Environment.GetRuntimeResourceString("Exception_WasThrown", new object[] { this._className });
    }
}

    由以上的代码可以看出,Message只具有get属性,所以message是只读属性。GetClassName()获取异常的类。GetRuntimeResourceString()获取运行时资源字符串。

     2.StackTrace属性:包含抛出异常之前调用过的所有方法的名称和签名。

public static string StackTrace
{
    [SecuritySafeCritical]
    get
    {
        new EnvironmentPermission(PermissionState.Unrestricted).Demand();
        return GetStackTrace(null, true);
    }
}

      EnvironmentPermission()用于环境限制,PermissionState.Unrestricted设置权限状态,GetStackTrace()获取堆栈跟踪,具体看一下GetStackTrace()的代码。

internal static string GetStackTrace(Exception e, bool needFileInfo)
{
    StackTrace trace;
    if (e == null)
    {
        trace = new StackTrace(needFileInfo);
    }
    else
    {
        trace = new StackTrace(e, needFileInfo);
    }
    return trace.ToString(StackTrace.TraceFormat.Normal);
}
public StackTrace(Exception e, bool fNeedFileInfo)
{
    if (e == null)
    {
        throw new ArgumentNullException("e");
    }
    this.m_iNumOfFrames = 0;
    this.m_iMethodsToSkip = 0;
    this.CaptureStackTrace(0, fNeedFileInfo, null, e);
}

      以上是获取堆栈跟踪方法的具体实现,此方法主要用户调试的时候。

     3.GetBaseException()获取基础异常信息方法。

[__DynamicallyInvokable]
public virtual Exception GetBaseException()
{
    Exception innerException = this.InnerException;
    Exception exception2 = this;
    while (innerException != null)
    {
        exception2 = innerException;
        innerException = innerException.InnerException;
    }
    return exception2;
}

    InnerException属性是内在异常,这是一个虚方法,在这里被重写。具体看一下InnerException属性。

[__DynamicallyInvokable]
public Exception InnerException
{
    [__DynamicallyInvokable, TargetedPatchingOptOut("Performance critical to inline this type of method across NGen image boundaries")]
    get
    {
        return this._innerException;
    }
}

    4.ToString()将异常信息格式化。

private string ToString(bool needFileLineInfo, bool needMessage)
{
    string className;
    string str = needMessage ? this.Message : null;
    if ((str == null) || (str.Length <= 0))
    {
        className = this.GetClassName();
    }
    else
    {
        className = this.GetClassName() + ": " + str;
    }
    if (this._innerException != null)
    {
        className = className + " ---> " + this._innerException.ToString(needFileLineInfo, needMessage) + Environment.NewLine + "   " + Environment.GetRuntimeResourceString("Exception_EndOfInnerExceptionStack");
    }
    string stackTrace = this.GetStackTrace(needFileLineInfo);
    if (stackTrace != null)
    {
        className = className + Environment.NewLine + stackTrace;
    }
    return className;
}

     在此方法中,将获取的异常信息进行格式化为字符串,this.GetClassName() 获取异常类的相关信息。

     以上我们注意到[__DynamicallyInvokable]定制属性,我们看一下具体的实现代码:

[TargetedPatchingOptOut("Performance critical to inline this type of method across NGen image boundaries")]
public __DynamicallyInvokableAttribute()
{
}

   以上我们主要注释部分,”图像边界“这个属性的相关信息,请参见《Via CLR c#》,这里就不做具体的介绍。

四.总结:

    以上在对异常的介绍中,主要介绍了CLR的异常处理机制,一些较为通用的异常代码,以及对Exception类的介绍。在实际的项目中,我们一般不要将异常直接抛出给客户,我们在编写程序时,已经考虑程序的容错性,在程序捕获到异常后,尽量去恢复程序,或者将异常信息写入日志,让程序进入错误页。如果出现比较严重的异常,最后将异常抛出,终止程序。

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