О чем и зачем эта статья?

В статье рассказывается об исключениях в языке Java, методах их обработки и некоторых особенностях работы с исключениями. Статья написана для семинара по технологиям Java, проводимого компанией i.Point.

Что такое исключения?

Исключения или исключительные события, это события, нарушающие нормальный ход выполнения программы.

Итак, каждый раз, когда при выполнении программы происходит ошибка, то программа выбрасывает исключение - в этот момент создается специальный объект-исключение (exception-object), дальше будем называть его просто исключение. Этот объект содержит информацию о возникшей ошибке: тип ошибки, а также запись о состоянии программы на момент возникновения ошибки. Создание исключения и передача его среде выполнения называется выбрасыванием исключения (exception throwing). Посмотрим, как происходит выброс исключений при выполнении программы в Java:

Во время выполнения первого метода возникла какая-то проблема, после этого было сгенерировано исключение. В момент генерации исключения Java начинает искать для него подходящий обработчик (handler), передавая объект вверх по стеку вызовов до тех пор, пока обработчик исключения не будет найден.

Типы исключений в Java

Взглянем на иерархию классов объектов-исключений в Java:

Как мы видим, все исключения имеют общего предка - Throwable. Он имеет два важных подкласса - Exception и Error. Исключения (Exceptions) являются результатом возникших внутри программы проблем, которые в принципе решаемы и предсказуемы. Ошибки (Errors) представляют собой более серьёзные проблемы, которые, согласно спецификации Java, не следует пытаться перехватить в приложении, написанном достаточно рационально (например ошибка OutOfMemoryError происходит в тех случаях, когда JVM не хватает памяти для выполнения программы). Кроме того, у Exception есть важный потомок - RuntimeException (исключение времени выполнения). Этот класс и его потомки представляют собой исключения, которые возникают во время "нормальной работы Java-машины" (примерами таких исключений являются попытки использования нулевых ссылок на объекты, деления на ноль или выход за границы массива).

В Java все исключения делятся на три типа: контролируемые исключения(checked), ошибки (Errors) и исключения времени выполнения (RuntimeExceptions) - последние два типа также объединяют в категорию неконтролируемых (unchecked) исключений. В чем различие? Все очень просто контролируемые исключения представляют собой те ошибки, которые могут быть обработаны в ходе выполнения программы, как вы уже догадались к этому типу относятся все потомки класса Exception (но не RuntimeException). Контролируемые исключения обязательны для обработки в коде программы, они должны быть обработаны либо включением в блок try-catch, либо объявлены в сигнатуре метода.

Неконтролируемые (unchecked) исключения не требуют обязательной обработки, поскольку представляют собой те ситуации, когда ошибка не зависит непосредственно от программиста (например произошёл сбой в аппаратном обеспечении), либо те, когда ошибку обрабатывать не имеет смысла, т.к. проще внести изменения в код - к ним относятся все потомки классов Error и RuntimeException.

Как обрабатывать исключения?

Все современные реализации языка Java придерживаются принципа обработки или объявления исключений (The Catch or Specify Requirement), который гласит, что код, который потенциально может сгенерировать контроллируемое исключение должен либо быть заключен в блок try-catch (таким образом в блоке catch мы предоставляем обработчик для исключительной ситуации), либо мы должны объявить, что наш метод может выбросить такое исключение (после ключевого слова throws, после имени метода).

Рассмотрим несколько примеров:

//Note: This class won't compile by design!
import java.io.*;
import java.util.Vector;
 
public class ListOfNumbers {
 
    private Vector vector;
    private static final int SIZE = 10;
 
    public ListOfNumbers () {
        vector = new Vector(SIZE);
        for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
            vector.addElement(new Integer(i));
        }
    }
 
    public void writeList() {
 
    //Необработанное контролируемое (checked) исключение IOException
        PrintWriter out = new PrintWriter(
                            new FileWriter("OutFile.txt"));
 
        for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
        // метод elementAt выбрасывает неконтролируемое исключение ArrayIndexOutOfBoundsException
            out.println("Value at: " + i + " = " +
                         vector.elementAt(i));
        }
 
        out.close();
    }
}

Этот код не скомпилируется, т.к. конструктор FileWriter требует от нас обработать IOException. Правильно написанный код должен выглядеть примерно так:

try{
    //Необработанное контролируемое (checked) исключение IOException
        PrintWriter out = new PrintWriter(
                            new FileWriter("OutFile.txt"));
        for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
        // метод elementAt выбрасывает неконтролируемое исключение ArrayIndexOutOfBoundsException
            out.println("Value at: " + i + " = " +
                         vector.elementAt(i));
        }
    catch(IOException e){
        //Пытаемся как-то исправить ситуацию, если ошибка возникла при создании файла OutFile.txt
    }
    catch(Exception e){
        //В случае если в блоке try будет сгенерировано не IOException, то управление перейдет сюда
    }
    finally{
    //В любом случае нам необходимо закрыть файл.
    if(out!=null){
            out.close();
        }
    }

Таким образом мы обрабатываем исключение IOException. Обратите внимание на порядок объявления блоков catch - если поменять их местами, то код не скомпилируется, т.к. IOException подкласс Exception, то код обработки IOException станет недостижимым и компилятор выдаст ошибку. Особого внимания заслуживает блок finally - код в этом блоке выполняется всегда, независимо от того, что произошло в блоках try и catch.

Кроме непосредственно обработки исключения с помощью блока try-catch мы можем просто его объявить, предоставив пользователям метода самим разбираться с этой проблемой:

public void writeList() throws IOException{
    //теперь нам не нужно самим обрабатывать исключение.
}

Обрабатывать или объявлять?

Когда нам следует обрабатывать исключения, а когда объявлять? Очень простой вопрос.. жаль что на него нет однозначного ответа. В целом, следует придерживаться следующего правила:

Обрабатывайте исключение, когда вы можете это сделать; объявляйте исключение, когда вы вынуждены так поступить.

Что из этого следует? В основном, метод должен передавать исключение вызвавшей программе только в том случае, если он сам не обладает информацией, достаточной для обработки исключения.

Преимущества, которые дает нам использование исключений

написать тут про errorcodes и раскрыть списочег

Разделение обычного кода и кода обработки ошибок
Возможность передачи исключений для обработки вверх по стеку вызовов
Группировка и обработка ошибок по типам

Проблемы, связанные с обработкой исключений

"Потерянные исключения"

Вообще, исключения в Java очень удобны и просты, но, к сожалению, и у них есть недостаток. Хотя исключения являются индикаторами проблем в программе и не должны игнорироваться, возможна ситуация, при которой исключение просто потеряется. Это может произойти, если мы неправильно напишем код в блоке finally. Рассмотрим простой пример:

// Как может быть потеряно исключение.
 
class VeryImportantException extends Exception {
  public String toString() {
    return "A very important exception!";
  }
}
 
class HoHumException extends Exception {
  public String toString() {
    return "A trivial exception";
  }
}
 
public class LostMessage {
  void f() throws VeryImportantException {
    throw new VeryImportantException();
  }
  void dispose() throws HoHumException {
    throw new HoHumException();
  }
  public static void main(String[] args) 
      throws Exception {
    LostMessage lm = new LostMessage();
    try {
      lm.f();
    } finally {
      lm.dispose();
    }
  }
}

Что же мы получим в результате выполнения этого кода?

Exception in thread "main" A trivial exception
at LostMessage.dispose(LostMessage.java:21)
at LostMessage.main(LostMessage.java:29)

О ужас, мы потеряли очень важное для нас VeryImportantException, получив вместо него менее значительное.
Поэтому при написании кода в блоке finally нужно быть очень осторожными, чтобы не происходило подобных потерь информации.