Java异常处理最佳实践

灰太狼 2020-06-18 09:09 929阅读 0赞

### 1. 在 finally 块中清理资源或者使用 try-with-resource 语句 ###

当使用类似InputStream这种需要使用后关闭的资源时，一个常见的错误就是在try块的最后关闭资源。

public void doNotCloseResourceInTry() {
        FileInputStream inputStream = null;
        try {
            File file = new File("./tmp.txt");
            inputStream = new FileInputStream(file);
            // use the inputStream to read a file
            // do NOT do this
            inputStream.close();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            log.error(e);
        } catch (IOException e) {
            log.error(e);
        }
    }
    
    问题就是，只有没有异常抛出的时候，这段代码才可以正常工作。try 代码块内代码会正常执行，并且资源可以正常关闭。但是，使用 try 代码块是有原因的，一般调用一个或多个可能抛出异常的方法，而且，你自己也可能会抛出一个异常，这意味着代码可能不会执行到 try 代码块的最后部分。结果就是，你并没有关闭资源。
    
    所以，你应该把清理工作的代码放到 finally 里去，或者使用 try-with-resource 特性。

#### 1.1 使用 finally 代码块 ####

与前面几行 try 代码块不同，finally 代码块总是会被执行。不管 try 代码块成功执行之后还是你在 catch 代码块中处理完异常后都会执行。因此，你可以确保你清理了所有打开的资源。

public void closeResourceInFinally() {
        FileInputStream inputStream = null;
        try {
            File file = new File("./tmp.txt");
            inputStream = new FileInputStream(file);
            // use the inputStream to read a file
        } catch (FileNotFoundException e) {
            log.error(e);
        } finally {
            if (inputStream != null) {
                try {
                    inputStream.close();
                } catch (IOException e) {
                    log.error(e);
                }
            }
        }
    }

#### 1.2 Java 7 的 try-with-resource 语法 ####

如果你的资源实现了 AutoCloseable 接口，你可以使用这个语法。大多数的 Java 标准资源都继承了这个接口。当你在 try 子句中打开资源，资源会在 try 代码块执行后或异常处理后自动关闭。

public void automaticallyCloseResource() {
        File file = new File("./tmp.txt");
        try (FileInputStream inputStream = new FileInputStream(file);) {
            // use the inputStream to read a file
        } catch (FileNotFoundException e) {
            log.error(e);
        } catch (IOException e) {
            log.error(e);
        }
    }

### 2. 优先明确的异常 ###

你抛出的异常越明确越好，永远记住，你的同事或者几个月之后的你，将会调用你的方法并且处理异常。

因此需要保证提供给他们尽可能多的信息。这样你的 API 更容易被理解。你的方法的调用者能够更好的处理异常并且避免额外的检查。

因此，总是尝试寻找最适合你的异常事件的类，例如，抛出一个 NumberFormatException 来替换一个 IllegalArgumentException 。避免抛出一个不明确的异常。

public void doNotDoThis() throws Exception {
        ...
    }
    public void doThis() throws NumberFormatException {
        ...
    }

### 3. 对异常进行文档说明 ###

当在方法上声明抛出异常时，也需要进行文档说明。目的是为了给调用者提供尽可能多的信息，从而可以更好地避免或处理异常。  
在 Javadoc 添加 @throws 声明，并且描述抛出异常的场景。

/** * This method does something extremely useful ... * * @param input * @throws MyBusinessException if ... happens */
    public void doSomething(String input) throws MyBusinessException {
        ...
    }

### 4. 使用描述性消息抛出异常 ###

在抛出异常时，需要尽可能精确地描述问题和相关信息，这样无论是打印到日志中还是在监控工具中，都能够更容易被人阅读，从而可以更好地定位具体错误信息、错误的严重程度等。

但这里并不是说要对错误信息长篇大论，因为本来 Exception 的类名就能够反映错误的原因，因此只需要用一到两句话描述即可。

如果抛出一个特定的异常，它的类名很可能已经描述了这种错误。所以，你不需要提供很多额外的信息。一个很好的例子是 NumberFormatException 。当你以错误的格式提供 String 时，它将被 java.lang.Long 类的构造函数抛出。

try {
        new Long("xyz");
    } catch (NumberFormatException e) {
        log.error(e);
    }

### 5. 优先捕获最具体的异常 ###

大多数 IDE 都可以帮助你实现这个最佳实践。当你尝试首先捕获较不具体的异常时，它们会报告无法访问的代码块。

但问题在于，只有匹配异常的第一个 catch 块会被执行。 因此，如果首先捕获 IllegalArgumentException ，则永远不会到达应该处理更具体的 NumberFormatException 的 catch 块，因为它是 IllegalArgumentException 的子类。

总是优先捕获最具体的异常类，并将不太具体的 catch 块添加到列表的末尾。

你可以在下面的代码片断中看到这样一个 try-catch 语句的例子。 第一个 catch 块处理所有 NumberFormatException 异常，第二个处理所有非 NumberFormatException 异常的IllegalArgumentException 异常。

public void catchMostSpecificExceptionFirst() {
        try {
            doSomething("A message");
        } catch (NumberFormatException e) {
            log.error(e);
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            log.error(e)
        }
    }

### 6. 不要捕获 Throwable 类 ###

Throwable 是所有异常和错误的超类。你可以在 catch 子句中使用它，但是你永远不应该这样做！

如果在 catch 子句中使用 Throwable ，它不仅会捕获所有异常，也将捕获所有的错误。JVM 抛出错误，指出不应该由应用程序处理的严重问题。 典型的例子是 OutOfMemoryError 或者 StackOverflowError 。两者都是由应用程序控制之外的情况引起的，无法处理。

所以，最好不要捕获 Throwable ，除非你确定自己处于一种特殊的情况下能够处理错误。

public void doNotCatchThrowable() {
        try {
            // do something
        } catch (Throwable t) {
            // don't do this!
        }
    }

### 7. 不要忽略异常 ###

很多时候，开发者很有自信不会抛出异常，因此写了一个catch块，但是没有做任何处理或者记录日志。

public void doNotIgnoreExceptions() {
        try {
            // do something
        } catch (NumberFormatException e) {
            // this will never happen
        }
    }

但现实是经常会出现无法预料的异常，或者无法确定这里的代码未来是不是会改动(删除了阻止异常抛出的代码)，而此时由于异常被捕获，使得无法拿到足够的错误信息来定位问题。

合理的做法是至少要记录异常的信息。

public void logAnException() {
        try {
            // do something
        } catch (NumberFormatException e) {
            log.error("This should never happen: " + e);
        }
    }

### 8. 不要记录并抛出异常 ###

这可能是本文中最常被忽略的最佳实践。可以发现很多代码甚至类库中都会有捕获异常、记录日志并再次抛出的逻辑。如下：

try {
        new Long("xyz");
    } catch (NumberFormatException e) {
        log.error(e);
        throw e;
    }

这个处理逻辑看着是合理的。但这经常会给同一个异常输出多条日志。如下：

17:44:28,945 ERROR TestExceptionHandling:65 - java.lang.NumberFormatException: For input string: "xyz"
    Exception in thread "main" java.lang.NumberFormatException: For input string: "xyz"
    at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)
    at java.lang.Long.parseLong(Long.java:589)
    at java.lang.Long.(Long.java:965)
    at com.stackify.example.TestExceptionHandling.logAndThrowException(TestExceptionHandling.java:63)
    at com.stackify.example.TestExceptionHandling.main(TestExceptionHandling.java:58)

如上所示，后面的日志也没有附加更有用的信息。如果想要提供更加有用的信息，那么可以将异常包装为自定义异常。

public void wrapException(String input) throws MyBusinessException {
        try {
            // do something
        } catch (NumberFormatException e) {
            throw new MyBusinessException("A message that describes the error.", e);
        }
    }

因此，仅仅当想要处理异常时才去捕获，否则只需要在方法签名中声明让调用者去处理。

### 9. 包装异常时不要抛弃原始的异常 ###

捕获标准异常并包装为自定义异常是一个很常见的做法。这样可以添加更为具体的异常信息并能够做针对的异常处理。  
在你这样做时，请确保将原始异常设置为原因（注：参考下方代码 NumberFormatException e 中的原始异常 e ）。Exception 类提供了特殊的构造函数方法，它接受一个 Throwable 作为参数。否则，你将会丢失堆栈跟踪和原始异常的消息，这将会使分析导致异常的异常事件变得困难。

### 10. 不要使用异常控制程序的流程 ###

不应该使用异常控制应用的执行流程，例如，本应该使用if语句进行条件判断的情况下，你却使用异常处理，这是非常不好的习惯，会严重影响应用的性能。

### 11. 使用标准异常 ###

如果使用内建的异常可以解决问题，就不要定义自己的异常。Java API 提供了上百种针对不同情况的异常类型，在开发中首先尽可能使用 Java API 提供的异常，如果标准的异常不能满足你的要求，这时候创建自己的定制异常。尽可能得使用标准异常有利于新加入的开发者看懂项目代码。

### 12. 异常会影响性能 ###

异常处理的性能成本非常高，每个 Java 程序员在开发时都应牢记这句话。创建一个异常非常慢，抛出一个异常又会消耗1~5ms，当一个异常在应用的多个层级之间传递时，会拖累整个应用的性能。

*  仅在异常情况下使用异常；
 *  在可恢复的异常情况下使用异常；

尽管使用异常有利于 Java 开发，但是在应用中最好不要捕获太多的调用栈，因为在很多情况下都不需要打印调用栈就知道哪里出错了。因此，异常消息应该提供恰到好处的信息。

### 13. 总结 ###

综上所述，当你抛出或捕获异常的时候，有很多不同的情况需要考虑，而且大部分事情都是为了改善代码的可读性或者 API 的可用性。

异常不仅仅是一个错误控制机制，也是一个通信媒介。因此，为了和同事更好的合作，一个团队必须要制定出一个最佳实践和规则，只有这样，团队成员才能理解这些通用概念，同时在工作中使用它。

### 异常处理-阿里巴巴Java开发手册 ###

1.  【强制】Java 类库中定义的可以通过预检查方式规避的RuntimeException异常不应该通过catch 的方式来处理，比如：NullPointerException，IndexOutOfBoundsException等等。 说明：无法通过预检查的异常除外，比如，在解析字符串形式的数字时，可能存在数字格式错误，不得不通过catch NumberFormatException来实现。 正例：if (obj != null) \{…\} 反例：try \{ obj.method(); \} catch (NullPointerException e) \{…\}
2.  【强制】异常不要用来做流程控制，条件控制。 说明：异常设计的初衷是解决程序运行中的各种意外情况，且异常的处理效率比条件判断方式要低很多。
3.  【强制】catch时请分清稳定代码和非稳定代码，稳定代码指的是无论如何不会出错的代码。对于非稳定代码的catch尽可能进行区分异常类型，再做对应的异常处理。 说明：对大段代码进行try-catch，使程序无法根据不同的异常做出正确的应激反应，也不利于定位问题，这是一种不负责任的表现。 正例：用户注册的场景中，如果用户输入非法字符，或用户名称已存在，或用户输入密码过于简单，在程序上作出分门别类的判断，并提示给用户。
4.  【强制】捕获异常是为了处理它，不要捕获了却什么都不处理而抛弃之，如果不想处理它，请将该异常抛给它的调用者。最外层的业务使用者，必须处理异常，将其转化为用户可以理解的内容。
5.  【强制】有try块放到了事务代码中，catch异常后，如果需要回滚事务，一定要注意手动回滚事务。
6.  【强制】finally块必须对资源对象、流对象进行关闭，有异常也要做try-catch。 说明：如果JDK7及以上，可以使用try-with-resources方式。
7.  【强制】不要在finally块中使用return。 说明：try块中的return语句执行成功后，并不马上返回，而是继续执行finally块中的语句，如果此处存在return语句，则在此直接返回，无情丢弃掉try块中的返回点。 反例：

private int x = 0;
    public int checkReturn() {
        try {
            // x等于1，此处不返回
            return ++x;
        } finally {
            // 返回的结果是2
            return ++x;
        }
    }

1.  【强制】捕获异常与抛异常，必须是完全匹配，或者捕获异常是抛异常的父类。 说明：如果预期对方抛的是绣球，实际接到的是铅球，就会产生意外情况。
2.  【强制】在调用RPC、二方包、或动态生成类的相关方法时，捕捉异常必须使用Throwable类来进行拦截。 说明：通过反射机制来调用方法，如果找不到方法，抛出NoSuchMethodException。什么情况会抛出NoSuchMethodError呢？二方包在类冲突时，仲裁机制可能导致引入非预期的版本使类的方法签名不匹配，或者在字节码修改框架（比如：ASM）动态创建或修改类时，修改了相应的方法签名。这些情况，即使代码编译期是正确的，但在代码运行期时，会抛出NoSuchMethodError。
3.  【推荐】方法的返回值可以为null，不强制返回空集合，或者空对象等，必须添加注释充分说明什么情况下会返回null值。 说明：本手册明确防止NPE是调用者的责任。即使被调用方法返回空集合或者空对象，对调用者来说，也并非高枕无忧，必须考虑到远程调用失败、序列化失败、运行时异常等场景返回null的情况。
4.  【推荐】防止NPE，是程序员的基本修养，注意NPE产生的场景： 1） 返回类型为基本数据类型，return包装数据类型的对象时，自动拆箱有可能产生NPE。 反例：public int f() \{ return Integer对象\}， 如果为null，自动解箱抛NPE。 2） 数据库的查询结果可能为null。 3） 集合里的元素即使isNotEmpty，取出的数据元素也可能为null。 4） 远程调用返回对象时，一律要求进行空指针判断，防止NPE。 5） 对于Session中获取的数据，建议进行NPE检查，避免空指针。 6） 级联调用obj.getA().getB().getC()；一连串调用，易产生NPE。  
    正例：使用JDK8的Optional类来防止NPE问题。
5.  【推荐】定义时区分unchecked / checked 异常，避免直接抛出new RuntimeException()，更不允许抛出Exception或者Throwable，应使用有业务含义的自定义异常。推荐业界已定义过的自定义异常，如：DAOException / ServiceException等。
6.  【参考】对于公司外的http/api开放接口必须使用“错误码”；而应用内部推荐异常抛出；跨应用间RPC调用优先考虑使用Result方式，封装isSuccess()方法、“错误码”、“错误简短信息”。 说明：关于RPC方法返回方式使用Result方式的理由： 1）使用抛异常返回方式，调用方如果没有捕获到就会产生运行时错误。 2）如果不加栈信息，只是new自定义异常，加入自己的理解的error message，对于调用端解决问题的帮助不会太多。如果加了栈信息，在频繁调用出错的情况下，数据序列化和传输的性能损耗也是问题。
7.  【参考】避免出现重复的代码（Don’t Repeat Yourself），即DRY原则。 说明：随意复制和粘贴代码，必然会导致代码的重复，在以后需要修改时，需要修改所有的副本，容易遗漏。必要时抽取共性方法，或者抽象公共类，甚至是组件化。 正例：一个类中有多个public方法，都需要进行数行相同的参数校验操作，这个时候请抽取：  
    private boolean checkParam(DTO dto) \{…\}