(25) 异常 (下) / 计算机程序的思维逻辑

上节我们介绍了异常的基本概念和异常类，本节我们进一步介绍对异常的处理，我们先来看Java语言对异常处理的支持，然后探讨在实际中到底应该如何处理异常。

异常处理

catch匹配

上节简单介绍了使用try/catch捕获异常，其中catch只有一条，其实，catch还可以有多条，每条对应一个异常类型，比如说：

try{
    //可能触发异常的代码
}catch(NumberFormatException e){
    System.out.println("not valid number");
}catch(RuntimeException e){
    System.out.println("runtime exception "+e.getMessage());
}catch(Exception e){
    e.printStackTrace();
}

异常处理机制将根据抛出的异常类型找第一个匹配的catch块，找到后，执行catch块内的代码，其他catch块就不执行了，如果没有找到，会继续到上层方法中查找。需要注意的是，抛出的异常类型是catch中声明异常的子类也算匹配，所以需要将最具体的子类放在前面，如果基类Exception放在前面，则其他更具体的catch代码将得不到执行。

示例也演示了对异常信息的利用，e.getMessage()获取异常消息，e.printStackTrace()打印异常栈到标准错误输出流。通过这些信息有助于理解为什么会出异常，这是解决编程错误的常用方法。示例是直接将信息输出到标准流上，实际系统中更常用的做法是输出到专门的日志中。

重新throw

在catch块内处理完后，可以重新抛出异常，异常可以是原来的，也可以是新建的，如下所示：

try{
    //可能触发异常的代码
}catch(NumberFormatException e){
    System.out.println("not valid number");
    throw new AppException("输入格式不正确", e);
}catch(Exception e){
    e.printStackTrace();
    throw e;
}

对于Exception，在打印出异常栈后，就通过throw e重新抛出了。

而对于NumberFormatException，我们重新抛出了一个AppException，当前Exception作为cause传递给了AppException，这样就形成了一个异常链，捕获到AppException的代码可以通过getCause()得到NumberFormatException。

为什么要重新抛出呢？因为当前代码不能够完全处理该异常，需要调用者进一步处理。

为什么要抛出一个新的异常呢？当然是当前异常不太合适，不合适可能是信息不够，需要补充一些新信息，还可能是过于细节，不便于调用者理解和使用，如果调用者对细节感兴趣，还可以继续通过getCause()获取到原始异常。

finally

异常机制中还有一个重要的部分，就是finally, catch后面可以跟finally语句，语法如下所示：

try{
    //可能抛出异常
}catch(Exception e){
    //捕获异常
}finally{
    //不管有无异常都执行
}

finally内的代码不管有无异常发生，都会执行。具体来说：

• 如果没有异常发生，在try内的代码执行结束后执行。
• 如果有异常发生且被catch捕获，在catch内的代码执行结束后执行
• 如果有异常发生但没被捕获，则在异常被抛给上层之前执行。

由于finally的这个特点，它一般用于释放资源，如数据库连接、文件流等。

try/catch/finally语法中，catch不是必需的，也就是可以只有try/finally，表示不捕获异常，异常自动向上传递，但finally中的代码在异常发生后也执行。

finally语句有一个执行细节，如果在try或者catch语句内有return语句，则return语句在finally语句执行结束后才执行，但finally并不能改变返回值，我们来看下代码：

public static int test(){
    int ret = 0;
    try{
        return ret;
    }finally{
        ret = 2;
    }
}

这个函数的返回值是0，而不是2，实际执行过程是，在执行到try内的return ret;语句前，会先将返回值ret保存在一个临时变量中，然后才执行finally语句，最后try再返回那个临时变量，finally中对ret的修改不会被返回。

如果在finally中也有return语句呢？try和catch内的return会丢失，实际会返回finally中的返回值。finally中有return不仅会覆盖try和catch内的返回值，还会掩盖try和catch内的异常，就像异常没有发生一样，比如说：

public static int test(){
    int ret = 0;
    try{
        int a = 5/0;
        return ret;
    }finally{
        return 2;
    }
}

以上代码中，5/0会触发ArithmeticException，但是finally中有return语句，这个方法就会返回2，而不再向上传递异常了。

finally中不仅return语句会掩盖异常，如果finally中抛出了异常，则原异常就会被掩盖，看下面代码：

public static void test(){
    try{
        int a = 5/0;
    }finally{
        throw new RuntimeException("hello");
    }
}

finally中抛出了RuntimeException，则原异常ArithmeticException就丢失了。

所以，一般而言，为避免混淆，应该避免在finally中使用return语句或者抛出异常，如果调用的其他代码可能抛出异常，则应该捕获异常并进行处理。

throws

异常机制中，还有一个和throw很像的关键字throws，用于声明一个方法可能抛出的异常，语法如下所示：

public void test() throws AppException, SQLException, NumberFormatException {
    //....
}

throws跟在方法的括号后面，可以声明多个异常，以逗号分隔。这个声明的含义是说，我这个方法内可能抛出这些异常，我没有进行处理，至少没有处理完，调用者必须进行处理。这个声明没有说明，具体什么情况会抛出什么异常，作为一个良好的实践，应该将这些信息用注释的方式进行说明，这样调用者才能更好的处理异常。

对于RuntimeException(unchecked exception)，是不要求使用throws进行声明的，但对于checked exception，则必须进行声明，换句话说，如果没有声明，则不能抛出。

对于checked exception，不可以抛出而不声明，但可以声明抛出但实际不抛出，不抛出声明它干嘛？主要用于在父类方法中声明，父类方法内可能没有抛出，但子类重写方法后可能就抛出了，子类不能抛出父类方法中没有声明的checked exception，所以就将所有可能抛出的异常都写到父类上了。

如果一个方法内调用了另一个声明抛出checked exception的方法，则必须处理这些checked exception，不过，处理的方式既可以是catch，也可以是继续使用throws，如下代码所示：

public void tester() throws AppException {
    try {
        test();
    }  catch (SQLException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

对于test抛出的SQLException，这里使用了catch，而对于AppException，则将其添加到了自己方法的throws语句中，表示当前方法也处理不了，还是由上层处理吧。

Checked对比Unchecked Exception

以上，可以看出RuntimeException(unchecked exception)和checked exception的区别，checked exception必须出现在throws语句中，调用者必须处理，Java编译器会强制这一点，而RuntimeException则没有这个要求。

为什么要有这个区分呢？我们自己定义异常的时候应该使用checked还是unchecked exception啊？对于这个问题，业界有各种各样的观点和争论，没有特别一致的结论。

一种普遍的说法是，RuntimeException(unchecked)表示编程的逻辑错误，编程时应该检查以避免这些错误，比如说像空指针异常，如果真的出现了这些异常，程序退出也是正常的，程序员应该检查程序代码的bug而不是想办法处理这种异常。Checked exception表示程序本身没问题，但由于I/O、网络、数据库等其他不可预测的错误导致的异常，调用者应该进行适当处理。

但其实编程错误也是应该进行处理的，尤其是，Java被广泛应用于服务器程序中，不能因为一个逻辑错误就使程序退出。所以，目前一种更被认同的观点是，Java中的这个区分是没有太大意义的，可以统一使用RuntimeException即unchcked exception来代替。

这个观点的基本理由是，无论是checked还是unchecked异常，无论是否出现在throws声明中，我们都应该在合适的地方以适当的方式进行处理，而不是只为了满足编译器的要求，盲目处理异常，既然都要进行处理异常，checked exception的强制声明和处理就显得啰嗦，尤其是在调用层次比较深的情况下。

其实观点本身并不太重要，更重要的是一致性，一个项目中，应该对如何使用异常达成一致，按照约定使用即可。Java中已有的异常和类库也已经在哪里，我们还是要按照他们的要求进行使用。

如何使用异常

针对异常，我们介绍了try/catch/finally, catch匹配、重新抛出、throws、checked/unchecked exception，那到底该如何使用异常呢？

异常应该且仅用于异常情况

这个含义是说，异常不能代替正常的条件判断。比如说，循环处理数组元素的时候，你应该先检查索引是否有效再进行处理，而不是等着抛出索引异常再结束循环。对于一个引用变量，如果正常情况下它的值也可能为null，那就应该先检查是不是null，不为null的情况下再进行调用。

另一方面，真正出现异常的时候，应该抛出异常，而不是返回特殊值，比如说，我们看String的substring方法，它返回一个子字符串，它的代码如下：

public String substring(int beginIndex) {
    if (beginIndex < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
    }
    int subLen = value.length - beginIndex;
    if (subLen < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(subLen);
    }
    return (beginIndex == 0) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
}

代码会检查beginIndex的有效性，如果无效，会抛出StringIndexOutOfBoundsException。纯技术上一种可能的替代方法是不抛异常而返回特殊值null，但beginIndex无效是异常情况，异常不能假装当正常处理。

异常处理的目标

异常大概可以分为三个来源：用户、程序员、第三方。用户是指用户的输入有问题，程序员是指编程错误，第三方泛指其他情况如I/O错误、网络、数据库、第三方服务等。每种异常都应该进行适当的处理。

处理的目标可以分为报告和恢复。恢复是指通过程序自动解决问题。报告的最终对象可能是用户，即程序使用者，也可能是系统运维人员或程序员。报告的目的也是为了恢复，但这个恢复经常需要人的参与。

对用户，如果用户输入不对，可能提示用户具体哪里输入不对，如果是编程错误，可能提示用户系统错误、建议联系客服，如果是第三方连接问题，可能提示用户稍后重试。

对系统运维人员或程序员，他们一般不关心用户输入错误，而关注编程错误或第三方错误，对于这些错误，需要报告尽量完整的细节，包括异常链、异常栈等，以便尽快定位和解决问题。

对于用户输入或编程错误，一般都是难以通过程序自动解决的，第三方错误则可能可以，甚至很多时候，程序都不应该假定第三方是可靠的，应该有容错机制。比如说，某个第三方服务连接不上(比如发短信)，可能的容错机制是，换另一个提供同样功能的第三方试试，还可能是，间隔一段时间进行重试，在多次失败之后再报告错误。

异常处理的一般逻辑

如果自己知道怎么处理异常，就进行处理，如果可以通过程序自动解决，就自动解决，如果异常可以被自己解决，就不需要再向上报告。

如果自己不能完全解决，就应该向上报告。如果自己有额外信息可以提供，有助于分析和解决问题，就应该提供，可以以原异常为cause重新抛出一个异常。

总有一层代码需要为异常负责，可能是知道如何处理该异常的代码，可能是面对用户的代码，也可能是主程序。如果异常不能自动解决，对于用户，应该根据异常信息提供用户能理解和对用户有帮助的信息，对运维和程序员，则应该输出详细的异常链和异常栈到日志。

这个逻辑与在公司中处理问题的逻辑是类似的，每个级别都有自己应该解决的问题，自己能处理的自己处理，不能处理的就应该报告上级，把下级告诉他的，和他自己知道的，一并告诉上级，最终，公司老板必须要为所有问题负责。每个级别既不应该掩盖问题，也不应该逃避责任。

小结

上节和本节介绍了Java中的异常机制。在没有异常机制的情况下，唯一的退出机制是return，判断是否异常的方法就是返回值。

方法根据是否异常返回不同的返回值，调用者根据不同返回值进行判断，并进行相应处理。每一层方法都需要对调用的方法的每个不同返回值进行检查和处理，程序的正常逻辑和异常逻辑混杂在一起，代码往往难以阅读理解和维护。

另外，因为异常毕竟是少数情况，程序员经常偷懒，假定异常不会发生，而忽略对异常返回值的检查，降低了程序的可靠性。

在有了异常机制后，程序的正常逻辑与异常逻辑可以相分离，异常情况可以集中进行处理，异常还可以自动向上传递，不再需要每层方法都进行处理，异常也不再可能被自动忽略，从而，处理异常情况的代码可以大大减少，代码的可读性、可靠性、可维护性也都可以得到提高。

至此，关于Java语言本身的主要概念我们就介绍的差不多了，接下来的几节中，我们介绍Java中一些常用的类及其操作，从包装类开始。