2020-04-20Java10 分钟读完 (大约 1543 个字)

Java/Java异常体系

Java 从诞生之初就提供了完善的异常处理机制，大大降低了编写和维护可靠程序的门槛。Java 的异常处理机制主要回答了 3 个问题：

What：异常类型回答了什么被抛出
Where：异常堆栈跟踪回答了在哪里被抛出
Why：异常信息回答了为什么被抛出

Java异常体系类图

Error 以及 Exception

Error 和 Exception 的区别

Error：程序无法处理的系统错误，编译器不做检查，这种情况应该终止程序
Exception：程序可以处理的异常，捕获后可以恢复，应尽可能在程序内处理这种异常

Exception 的分类：

RuntimeException：这类异常是不可预知的，程序应该通过各种判断来自行避免
可预知的异常，编译器强制必须校验的异常。如果程序不处理，则编译不通过不要抛出异常的父类来粗化异常

从责任角度看：

Error 属于 JVM 需要承担的责任
RuntimeException 属于程序应该负担的责任
Checked Exception 可检查异常是 Java 编译器应该承担的责任

常见 Error 以及 Exception

NullPointException：空指针引用异常
ClassCastException：类型强制转换异常
IllegalArgumentException：传递非法参数异常
IndexOutOfBoundsException：下标越界异常
NumberFormatException：数字格式异常

Checked Exception

ClassNotFoundException：找不到指定 Class 的异常
IOException：IO 操作异常

Error

NoClassDefFoundError：找不到 Class 定义的异常
- 类依赖的 Class 或者 jar 不存在
- 类文件存在，但同一个类被多个类加载器重复加载，存在于不同的域中
- 大小写问题：javac 编译是无视大小写的，很有可能编译出来的 Class 文件与想要的不一样
StackOverflowError：深递归导致栈被耗尽而抛出的异常
OutOfMemoryError：内存溢出异常

下面是一个例子：

public class ExceptionAndError {
    private void throwError() {
        throw new StackOverflowError();
    }

    private void throwRuntimeException() {
        throw new RuntimeException();
    }

    private void throwCheckedException() {
        throw new IOException();
    }
}

上面的代码里，第三个方法体throwCheckedException()内的异常属于 CheckedException(可检查异常)，编译器会强制要求捕获该异常，否则编译不能通过。可以使用try-catch把异常捕获，在catch里面增加相应的处理逻辑，具体的处理逻辑需要依据业务需要而定，一般的原则是理解这种Exception的原因，并结合实际业务处理，如下所示。

private void throwCheckedException() {
    try {
        throw new IOException();
    } catch (IOException e) {
        //在这里根据业务需要处理异常
        e.printStackTrace();
    }
}

在实际场景中，一个项目是由很多模块组成的。假设上面的代码是模块 A 的，如果 B 调用了 A 的方法产生了异常，那么异常不应该由 A 使用try-catch捕获，因为A 并不了解 B 的业务，因此 A 难以根据 B 的业务来处理Exception，因此最佳实践是 A 把异常继续往上抛出，由上层调用者来处理异常，如下所示。

//最佳实践：把异常往上抛出(并且不要抛出异常的父类，这样会粗化异常，丢失异常细节信息)，由调用者来处理异常
private void throwCheckedException() throws IOException {
    throw new IOException();
}

在引发异常时，会在堆上创建异常对象，对象包含异常类型和程序运行状态等异常信息。然后中断当前正在执行的流程，由运行时系统去寻找合适的异常处理器。在catch代码块 return 之前，会先执行 finally 代码块的语句，所以 finally 里的 return 会先于 catch 代码块的 return。

捕获异常时不要捕获异常的父类，会给团队中其他同事掩盖具体的异常信息，并且可能捕获到不希望捕获的异常。不要生吞异常，如果不在第一时间抛出异常，程序会以不可控的方式结束，并且难以定位出错的地方

Java 异常的处理原则

具体明确：抛出的异常应该能够通过异常类名和 message 准确说明异常的类型和产生异常的原因
提早抛出：应尽可能早地发现并抛出异常，便于精确定位问题
延迟捕获：异常的捕获和处理应该尽可能延迟，让掌握更多信息的作用域处理异常

下面来对比if-else和try-catch的性能

public class ExceptionPerformance {
    public static void testException(String[] array) {
        try {
            System.out.println(array[0]);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("array can not be null");
        }
    }

    public static void testIf(String[] array) {
        if (array != null) {
            System.out.println(array[0]);
        } else {
            System.out.println("array can not be null");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        long start = System.nanoTime();
        testIf(null);
        long end = System.nanoTime();
        System.out.println("if-else handle time:" + (end - start));

        start = System.nanoTime();
        testException(null);
        end = System.nanoTime();
        System.out.println("Exception handle time:" + (end - start));
    }
}

上面代码对比了if-else和try-catch的耗时，一般来说if-else的耗时总会比try-catch的耗时短

Java 异常处理消耗性能的地方：

try-catch块影响 JVM 的优化，影响了指令重排序带来的优化
异常对象实例需要保存堆栈快照等信息，开销较大所以建议仅捕获可能出现异常的必要的代码段，不要用 try-catch 包住整个代码段，也不要用 try-catch 来控制代码流程，因为 try-catch 远没有 if-else 和 switch 的效率高

高效主流的异常处理框架