Java核心技术笔记 异常、断言和日志
《Java核心技術 卷Ⅰ》 第7章 異常、斷言和日志
- 處理錯誤
- 捕獲異常
- 使用異常機制的技巧
- 記錄日志
處理錯誤
如果由于出現錯誤而是的某些操作沒有完成，程序應該：
- 返回到一種安全狀態，并讓用戶執行一些其他操作；或者
- 允許用戶保存所有操作，并以妥善方式終止程序
檢測（或引發）錯誤條件的代碼通常離：
- 能讓數據恢復到安全狀態
- 能保存用戶的操作結果并正常退出程序
的代碼很遠。
異常處理的任務：將控制權從錯誤產生地方轉移給能夠處理這種情況的錯誤處理器。
異常分類
在Java中，異常對象都是派生于Throwable類的一個實例，如果Java中內置的異常類不能滿足需求，用戶還可以創建自己的異常類。
Java異常層次結構：
- Throwable
- Error
- ...
- Exception
- IOException
- ...
- RuntimeException
- ...
- IOException
- Error
可以看到第二層只有Error和Exception。
Error類層次結構描述了Java運行時系統的內部錯誤和資源耗盡錯誤，應用程序不應該拋出這種類型的對象，這種內部錯誤的情況很少出現，出現了能做的工作也很少。
設計Java程序時，需關注Exception層次結構，這個層次又分為兩個分支，RuntimeException和包含其他異常的IOException。
劃分兩個分支的規則是：
- 由程序錯誤導致的異常屬于RuntimeException
- 程序本身無問題，由于像I/O錯誤這類問題導致的異常屬于其他異常IOException
派生于RuntimeException的異常包含下面幾種情況：
- 錯誤類型轉換
- 數組訪問越界
- 訪問null指針
派生于IOException的異常包含下面幾種情況：
- 試圖在文件尾部后面讀取數據
- 試圖打開一個不存在的文件
- 試圖根據指定字符串查找Class對象，而這個字符串表示的類并不存在
Java語言規范將派生于Exception類和RuntimeException類的所有異常統稱非受查（unchecked）異常，所有其他異常都是受查（checked）異常。
編譯器將核查是否為所有的受查異常提供了異常處理器。
聲明受查異常
一個方法不僅要告訴編譯器將要返回什么值，還要告訴編譯器有可能發生什么錯誤。
異常規范（exception specification）：方法應該在其首部聲明所可能拋出的異常。
public FileInputStream(String name) throws FileNotFoundException 復制代碼如果這個方法拋出了這樣的異常對象，運行時系統會開始搜索異常處理器，以便知道如何處理這個異常對象。
當然不是所有方法都需要聲明異常，下面4種情況應該拋出異常：
出現前兩種情況之一，就必須告訴調用者這個方法可能的異常，因為如果沒有處理器捕獲這個異常，當前執行的線程就會結束。
如果一個方法有多個受查異常類型，就必須在首部列出所有的異常類，異常類之間用逗號隔開：
class MyAnimation {...public Image loadImage(String s) throws FileNotFoundException, EOFException{...} } 復制代碼但是不需要聲明Java的內部錯誤，即從Error繼承的錯誤。
關于子類和超類在這部分的問題：
- 子類方法聲明的受查異常不能比超類中方法聲明的異常更通用（即子類能拋出更特定的異常或者根本不拋出任何異常）
- 如果超類沒有拋出任何受查異常，子類也不能
如果類中的一個方法聲明拋出一個異常，而這個異常是某個特定類的實例時：
- 這個方法可能拋出一個這個類的異常（比如IOExcetion）
- 或拋出這個類的任意一個子類的異常（比如FileNotFoundException）
如何拋出異常
假設程序代碼中發生了一些很糟糕的事情。
首先要決定應該拋出什么類型的異常（通過查閱已有異常類的Java API文檔）。
拋出異常的語句是：
throw new EOFException(); // 或者 EOFException e = new EOFException(); throw e; 復制代碼一個名為readData的方法正在讀取一個首部有信息Content-length: 1024的文件，然而讀到733個字符之后文件就結束了，這是一個不正常的情況，希望拋出一個異常。
String readData(Scanner in) throws EOFException {...while(...){if(!in.hasNext()) // EOF encountered{if(n < len)throw new EOFException();}...}return s; } 復制代碼EOFException類還有一個含有一個字符串類型參數的構造器，這個構造器可以更加細致的描述異常出現的情況。
String gripe = "Content-length:" + len + ", Received:" + n; throw new EOFException(gripe); 復制代碼對于一個已經存在的異常類，將其拋出比較容易：
一旦拋出異常，這個方法就不可能返回到調用者，即不必為返回的默認值或錯誤代碼擔憂。
創建異常類
實際情況中，可能會遇到任何標準異常類不能充分描述的問題，這時候就應該創建自己的異常類。
需要做的只是定義一個派生于Exception的類，或者派生于Exception子類的類。
習慣上，定義的類應該包含兩個構造器：
- 一個是默認的構造器
- 另一個是帶有詳細描述信息的構造器（超類Throwable的toString方法會打印出這些信息，在調試中有很多用）
捕獲異常
捕獲異常
要想捕獲一個異常，必須設置try/catch語句塊。
try {code... } catch(ExceptionType e) {handler for this type } 復制代碼如果try語句塊中任何代碼拋出了一個在catch子句中說明的異常類，那么：
如果沒有代碼拋出任何異常，程序跳過catch子句。
如果方法中的任何代碼拋出了一個在catch子句中沒有聲明的異常類型，那么這個方法就會立即退出。
// 讀取數據的典型代碼 public void read(String filename) {try{InputStream in = new FileInputStream(filename);int b;while((b = in.read()) != -1){// process input...}}catch(IOException exception){exception.printStackTrace();} } 復制代碼read方法有可能拋出一個IOException異常，這種情況下，將跳出整個while循環，進入catch子句，并生成一個棧軌跡。
還有一種選擇就是什么也不做，而是將異常傳遞給調用者。
public void read(String filename) throws IOException {InputStream in = new FileInputStream(filename);int b;while((b = in.read()) != -1){// process input...} } 復制代碼編譯器嚴格地執行throws說明符，如果調用了一個拋出受查異常的方法，就必須對它進行處理，或者繼續傳遞。
兩種方式哪種更好？
通常，應該捕獲那些知道如何處理的異常，將那些不知道怎么樣處理的異常進行傳遞。
這個規則也有一個例外：如果編寫一個覆蓋超類的方法，而這個方法又沒有拋出異常，那么這個方法就必須捕獲方法代碼中出現的每一個受查異常；并且不允許在子類的throws說明符中出現超過超類方法所列出的異常類范圍。
捕獲多個異常
為每個異常類型使用一個單獨的catch子句：
try {code... } catch(FileNotFoundException e) {handler for missing files } catch(UnknownHostException e) {handler for unknown hosts } catch(IOException e) {handler for all other I/O problems } 復制代碼異常對象可能包含與異常相關的信息，可以使用e.getMessage()獲得詳細的錯誤信息，或者使用e.getClass().getName()得到異常對象的實際類型。
在Java SE 7中，同一個catch子句中可以捕獲多個異常類型，如果動作一樣，可以合并catch子句：
try {code... } catch(FileNotFoundException | UnknownHostException e) {handler for missing files and unknown hosts } catch(IOException e) {handler for all other I/O problems } 復制代碼只有當捕獲的異常類型彼此之間不存在子類關系時才需要這個特性。
再次拋出異常與異常鏈
在catch子句中可以拋出一個異常，這樣做的目的是改變異常的類型。
try {access the database } catch(SQLException e) {throws new ServletException("database error:" + e.getMessage()); } 復制代碼ServletException用帶有異常信息文本的構造器來構造。
不過還有一種更好的處理方法，并將原始異常設置為新異常的“原因”：
try {access the database } catch(SQLException e) {Throwable se = new ServletException("database error");se.initCause(e);throw se; } 復制代碼當捕獲到異常時，可以使用下面這條語句重新得到原始異常：
Throwable e = se.getCause(); 復制代碼這樣可以讓用戶拋出子系統中的高級異常，而不會丟失原始異常的細節。
finally子句
當代碼拋出一個異常時，就會終止方法中剩余代碼的處理，并退出這個方法的執行。
如果方法獲得了一些本地資源，并且只有這個方法自己知道，又如果這些資源在退出方法之前必須被回收（比如數據庫連接的關閉），那么就會產生資源回收問題。
一種是捕獲并重新拋出所有異常，這種需要在兩個地方清除所分配的資源，一個在正常代碼中，另一個在異常代碼中。
Java有一種更好地解決方案，就是finally子句。
不管是否有異常被捕獲，finally子句的代碼都會被執行。
InputStream in = new FileInputStream(...); try {// 1code that might throw exception// 2 } catch(IOException e) {// 3show error message// 4 } finally {// 5in.close(); } // 6 復制代碼上面的代碼中，有3種情況會執行finally子句：
try語句可以只有finally子句，沒有catch子句。
有時候finally子句也會帶來麻煩，比如清理資源時也可能拋出異常。
如果在try中發生了異常，并且被catch捕獲了異常，然后在finally中進行處理資源時如果又發生了異常，那么原有的異常將會丟失，轉而拋出finally中處理的異常。
這個時候的一種解決辦法是用局部變量Exception ex暫存catch中的異常：
- 在try中進行執行的時候加入嵌套的try/catch，并在catch中暫存ex并向上拋出
- 在finally中處理資源的時候加入嵌套的try/catch，并且在catch中進行判斷ex是否存在來進一步處理
下一節會介紹，Java SE 7中關閉資源的處理會容易很多。
帶資源的try語句
對于以下代碼模式：
open a resource try {work with the resource } finally {close the resource } 復制代碼假設資源屬于一個實現了AutoCloseable接口的類，Java SE 7位這種代碼提供了一個很有用的快捷方式，AutoCloseable接口有一個方法：
void close() throws Exception 復制代碼帶資源的try語句的最簡形式為：
try(Resource res = ...) {work with res } 復制代碼try塊退出時，會自動調用res.close()。
try(Scanner in = new Scanner(new FileInputStream("..."), "UTF-8")) {while(in.hasNext())System.out.println(in.next()); } 復制代碼這個塊正常退出或存在一個異常時，都會調用in.close()方法，就好像使用了finally塊一樣。
還可以指定多個資源：
try(Scanner in = new Scanner(new FileInputStream("..."), "UTF-8");PrintWriter out = new PrintWriter("...")) {while(in.hasNext())System.out.println(in.next().toUpperCase()); } 復制代碼不論如何這個塊如何退出，in和out都會關閉，但是如果用常規手動編程，就需要兩個嵌套的try/finally語句。
之前的close拋出異常會帶來難題，而帶資源的try語句可以很好的處理這種情況，原來的異常會被重新拋出，而close方法帶來的異常會“被抑制”。
分析堆棧軌跡元素
堆棧軌跡（stack trace）是一個方法調用過程的列表，包含了程序執行過程中方法調用的特定位置。
可以調用Throwable類的printStackTrace方法訪問堆棧軌跡的文本描述信息。
Throwable t = new Throwable(); StringWriter out = new StringWriter(); t.printStackTrace(new PrintWriter(out)); String description = out.toString(); 復制代碼一種更靈活的方法是使用getStackTrace方法，會得到StackTraceElement對象的一個數組，可以在程序中分析這個對象數組：
StackTraceElement[] frames = t.getStackTrace(); for(StackTraceElement frame : frames)analyze frame 復制代碼StackTraceElement類含有能夠獲得文件名和當前執行的代碼行號的方法，同時還含有能獲得類名和方法名的方法，toString方法會產生一個格式化的字符串，其中包含所獲得的信息。
靜態的Thread.getAllStackTraces方法，可以產生所有線程的堆棧軌跡。
Map<Thread, StackTraceElement[]> map = Thread.getAllStackTraces(); for(Thread t : map.keySet()) {StackTraceElememt[] frames = map.get(t);analyze frames } 復制代碼java.lang.Throwable
- Throwable(Throwable cause)
- Throwable(String message, Throwable cause)
- Throwable initCause(Throwable cause)：將這個對象設置為“原因”，如果這個對象已經被設置為“原因”，則拋出一個異常，返回this引用。
- Throwable getCause()：獲得設置為這個對象的“原因”的異常對象，如果沒有則為null
- StackTraceElement[] getStackTrace()：獲得構造這個對象時調用堆棧的跟蹤
- void addSuppressed(Throwable t)：為這個異常增加一個抑制異常
- Throwable[] getSuppressed()：得到這個異常的所有抑制異常
java.lang.StackTraceElement
- String getFileName()
- int getLineNumber()
- String getClassName()
- String getMethodName()
- boolean isNativeMethod()：如果這個元素運行時在一個本地方法中，則返回true
- String toString()：如果存在的話，返回一個包含類名、方法名、文件名和行數的格式化字符串，如StackTraceTest.factorial(StackTraceTest.java:18)
使用異常機制的技巧
1.異常處理不能代替簡單的測試。
在進行一些風險操作時（比如出棧操作），應該先檢測當前操作是否有風險（比如檢查是否已經空棧），而不是用異常捕獲來代替這個測試。
與簡單的測試相比，捕獲異常需要花費更多的時間，所以：只在異常情況下使用異常機制。
2.不要過分細分化異常。
如果可以寫成一個try/catch(s)的語句，那就不要寫成多個try/catch。
3.利用異常層次結構。
不要只拋出RuntimeException異常，應該尋找更適合的子類或創建自己的異常類。
不要只拋出Throwable異常，否則會使程序代碼可讀性、可維護性下降。
4.不要壓制異常。
在Java中，傾向于關閉異常。
public Image loadImage(String s) {try{codes}catch(Exception e){} } 復制代碼這樣代碼就可以通過編譯了，如果發生了異常就會被忽略。當然如果認為異常非常重要，就應該對它們進行處理。
5.檢測錯誤時，“苛刻”要比放任更好。
6.不要羞于傳遞異常。
有時候傳遞異常比捕獲異常更好，讓高層次的方法通知用戶發生了錯誤，或者放棄不成功的命令更加適宜。
斷言
這部分和測試相關，以后有需要的話單獨開設一章進行說明。
記錄日志
不要再使用System.out.println來進行記錄了！
使用記錄日志API吧！
基本日志
簡單的日志記錄，可以使用全局日志記錄器（global logger）并調用info方法：
Logger.getGlobal().info("File->Open menu item selected"); 復制代碼默認情況下會顯示：
May 10, 2013 10:12:15 .... INFO: File->Open menu item selected 復制代碼如果在適當的地方調用：
Logger.getGlobal().setLevel(Level.OFF); 復制代碼高級日志
可以不用將所有的日志都記錄到一個全局日志記錄器中，也可以自定義日志記錄器：
private static final Logger myLogger = Logger.getLogger("com.mycompany.myapp"); 復制代碼未被任何變量引用的日志記錄器可能會被垃圾回收，為了避免這種情況，可以用一個靜態變量存儲日志記錄器的一個引用。
與包名類似，日志記錄器名也具有層次結構，并且層次性更強。
對于包來說，包的名字與其父包沒有語義關系，但是日志記錄器的父與子之間共享某些屬性。
例如，如果對com.mycompany日志記錄器設置了日志級別，它的子記錄器也會繼承這個級別。
通常有以下7個日志記錄器級別Level：
- SEVERE
- WARNING
- INFO
- CONFIG
- FINE
- FINER
- FINEST
默認情況下，只記錄前三個級別。
另外，可以使用Level.ALL開啟所有級別的記錄，或者使用Level.OFF關閉所有級別的記錄。
對于所有的級別有下面幾種記錄方法：
logger.warning(message); logger.info(message); 復制代碼也可以使用log方法指定級別：
logger.log(Level.FINE, message); 復制代碼如果記錄為INFO或更低，默認日志處理器不會處理低于INFO級別的信息，可以通過修改日志處理器的配置來改變這一狀況。
默認的日志記錄將顯示包含日志調用的類名和方法名，如同堆棧所顯示的那樣。
但是如果虛擬機對執行過程進行了優化，就得不到準確的調用信息，此時，可以調用logp方法獲得調用類和方法的確切位置，這個方法的簽名為：
void logp(Level l, String className, String methodName, String message) 復制代碼記錄日志的常見用途是記錄那些不可預料的異常，可以使用下面兩個方法提供日志記錄中包含的異常描述內容：
if(...) {IOException exception = new IOException("...");logger.throwing("com.mycompany.mylib.Reader", "read", exception);throw exception; } 復制代碼還有
try {... } catch(IOException e) {Logger.getLogger("com.mycompany.myapp").log(Level.WARNING, "Reading image", e);z } 復制代碼調用throwing可以記錄一條FINER級別的記錄和一條以THROW開始的信息。
剩余部分暫時不做介紹，初步了解到這即可，一把要結合IDE一起來使用這個功能。如果后續的高級知識部分有需要的話會單獨開設專題來介紹。
Java異常、斷言和日志總結
- 處理錯誤
- 異常分類
- 受查異常
- 拋出異常
- 創建異常類
- 捕獲異常
- 再次拋出異常與異常鏈
- finally子句
- 在資源的try語句
- 分析堆棧軌跡元素
- 使用異常機制的技巧
- 基本日志與高級日志
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的Java核心技术笔记 异常、断言和日志的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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