高效的异常处理框架（转）

原文：https://www.sunwei.org/archives/196

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。

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：

Java代码  

1. try{
2.       //（尝试运行的）程序代码
3. }catch(异常类型 异常的变量名){
4.       //异常处理代码
5. }finally{
6.       //
7. }

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：

Java代码  

1. public static void test3() throws Exception{
2.       //抛出一个检查异常
3.             throw new Exception(“方法test3中的Exception”);
4. }

Java代码  

1. public class DAOException extends RuntimeException {
2.      //(省略了部分代码)
3.         public DAOException(String message, Throwable cause) {
4.             super(message, cause);
5.         }
6. }

    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：

Java代码  

1. try {
2.      lowLevelOp();
3.     } catch (LowLevelException le) {
4.      throw (HighLevelException)
5.       new HighLevelException().initCause(le);
6. }

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。