Программируем вместе: JAVA Исключения

Исключение - это проблема(ошибка) возникающая во время выполнения программы. Исключения могут возникать во многих случаях, например:

Пользователь ввел некорректные данные.
Файл, к которому обращается программа, не найден.
Сетевое соединение с сервером было утеряно во время передачи данных.

И т.п.

Обработка исключительных ситуаций (exception handling) — механизм языков программирования, предназначенный для описания реакции программы на ошибки времени выполнения и другие возможные проблемы (исключения), которые могут возникнуть при выполнении программы и приводят к невозможности (бессмысленности) дальнейшей отработки программой её базового алгоритма.

Синтаксис

В Java есть пять ключевых слов для работы с исключениями:

try - данное ключевое слово используется для отметки начала блока кода, который потенциально может привести к ошибке.
catch - ключевое слово для отметки начала блока кода, предназначенного для перехвата и обработки исключений.
finally - ключевое слово для отметки начала блока кода, которое является дополнительным. Этот блок помещается после последнего блока 'catch'. Управление обычно передаётся в блок 'finally' в любом случае.
throw - служит для генерации исключений.
throws - ключевое слово, которое прописывается в сигнатуре метода, и обозначающее что метод потенциально может выбросить исключение с указанным типом.

Начнем с простого. Допустим мы пишем метод для вычисления площади прямоугольника:

    public static void main(String[] args) { 
        System.out.println(getAreaValue(-1, 100)); 
    } 
    
    public static int getAreaValue(int x, int y){ 
        if(x < 0 || y < 0) throw new IllegalArgumentException("value of 'x' or 'y' is negative: x="+x+", y="+y); 
        return x*y; 
    }

Здесь в методе getAreaValue мы бросаем исключение IllegalArgumentException с помощью ключевого слова throw. В данном случае в сигнатуре метода отсутствует throws IllegalArgumentException, это не сделано потому что исключение IllegalArgumentException является не проверяемым, о них мы ещё поговорим.

Общий вид конструкции для "поимки" исключительной ситуации выглядит следующим образом:

try{ 
//здесь код, который потенциально может привести к ошибке 
} 
catch(SomeException e ){ //в скобках указывается класс конкретной ожидаемой ошибки  
//здесь описываются действия, направленные на обработку исключений 
} 
finally{ 
//выполняется в любом случае ( блок finnaly не обязателен) 
}

В нашем случае для площади прямоугольника:

    public static void main(String[] args) { 
         
        int result = 0; 
         
        try{ 
            result = getAreaValue(-1, 100); 
        }catch(IllegalArgumentException e){ 
            Logger.getLogger(NewClass.class.getName()).log(new LogRecord(Level.WARNING, "В метод вычисления площади был передан аргумент с негативным значением!")); 
            throw e; 
        } 
        System.out.println("Result is : "+result); 
    } 
    
    public static int getAreaValue(int x, int y){ 
        if(x < 0 || y < 0) throw new IllegalArgumentException("value of 'x' or 'y' is negative: x="+x+", y="+y); 
        return x*y; 
    }

Здесь мы поймали IllegalArgumentException и залогировали данное событие. Дело в том что "починить" такую поломку мы не можем, не будем же мы угадывать что хотел пользователь :). По этому мы пробрасываем данное исключение дальше с помощью "throw e;". Такое часто можно встретить на серверах приложений(веб-серверах).

finally

Иногда требуется гарантировать, что определенный участок кода будет выполняться независимо от того, какие исключения были возбуждены и перехвачены. Для создания такого участка кода используется ключевое слово finally. Даже в тех случаях, когда в методе нет соответствующего возбужденному исключению раздела catch, блок finally будет выполнен до того, как управление перейдет к операторам, следующим за разделом try. У каждого раздела try должен быть по крайней мере или один раздел catch или блок finally. Блок finally очень удобен для закрытия файлов и освобождения любых других ресурсов, захваченных для временного использования в начале выполнения метода. Ниже приведен пример класса с двумя методами, завершение которых происходит по разным причинам, но в обоих перед выходом выполняется код раздела finally.

class FinallyDemo { 
    static void procA() { 
        try { 
            System.out.println("inside procA"); 
            throw new RuntimeException("demo"); 
        } finally { 
            System.out.println("procA's finally"); 
        } 
    } 
    static void procB() { 
        try { 
            System.out.println("inside procB"); 
            return; 
        } finally { 
            System.out.println("procB's finally"); 
        } 
    } 
    public static void main(String args[]) { 
        try { 
            procA(); 
        } catch (Exception e) { 
        } 
        procB(); 
    } 
}

В этом примере в методе procA из-за возбуждения исключения происходит преждевременный выход из блока try, но по пути «наружу» выполняется раздел finally. Другой метод procB завершает работу выполнением стоящего в try-блоке оператора return, но и при этом перед выходом из метода выполняется программный код блока finally. Ниже приведен результат, полученный при выполнении этой программы.

inside procA

procA's finally

inside procB

procB's finally

Иерархия исключений

Все классы обрабатывающие ошибки являются наследниками класса java.lang.Throwable. Только объекты этого класса или его наследников могут быть "брошены" JVM при возникновении какой-нибудь исключительной ситуации, а также только эти объекты могут быть "брошены" во время выполнения программы с помощью ключевого слова throw.

Прямыми наследниками класса Throwable являются Error и Exception.

Error - это подкласс, который показывает серьезные проблемы возникающие во время выполнения приложения. Большинство из этих ошибок сигнализируют о ненормальном ходе выполнения программы, т.е. о каких-то критических проблемах. Эти ошибки не рекомендуется отмечать в методах посредством throws-объявления, поэтому они также очень часто называются не проверяемые (unchecked).
Источник

При программировании на Java основное внимание следует уделять иерархии Exception. Эта иерархия также разделяется на две ветви: исключения, производные от класса RuntimeException, и остальные. Исключения типа RuntimeException возникают вследствие ошибок программирования. Все другие исключения являются следствием непредвиденного стечения обстоятельств, например, ошибок ввода-вывода, возникающих при выполнении вполне корректных программ.

Рассмотрим основные классы исключений.

Оригинал сам рисовал :)

Здесь основными классами являются Throwable, Error, Exception и RuntimeException. Именно с ними связанна вся "магия".

Дело в том, что в java есть два типа исключений: checked и unchecked.

1. Checked исключения, это те, которые должны обрабатываться блоком catch или описываться в сигнатуре метода. Unchecked могут не обрабатываться и не быть описанными.

2. Unchecked исключения в Java - наследованные от RuntimeException, checked - от Exception (не включая unchecked).

Пример unchecked исключения - NullPointerException, checked исключения - IOException

(Вопрос собеседования)

То есть если в вашем коде есть участок который может бросить checked исключение то вы обязаны либо заключить его в конструкцию try/catch либо объявить в сигнатуре метода "throws SomeException" но в данном случае обработка исключения делегируется на уровень выше. В любом случае его нужно будет перехватить. В противном случае программа просто не скомпилируется.

Почему я выделил Throwable, Error, Exception и RuntimeException.

Throwable - проверяемое исключение

Error - не проверяемое

Exception - проверяемое

RuntimeException - не проверяемое

Все остальные исключения наследуют это свойство от данных классов. Например SQLException является наследником Exception и оно проверяемое. NullPointerException - наследник RuntimeException и оно не проверяемое.

Так почему не все исключения являются проверяемыми? Дело в том, что если проверять каждое место, где теоретически может быть ошибка, то ваш код сильно разрастется, станет плохо читаемым. Например в любом месте, где происходит деление чисел, нужно было бы проверять на ArithmeticException, потому что возможно деление на ноль. Эту опцию(пере отлавливать не проверяемые исключения) создатели языка оставили программисту на его усмотрение.

Вернемся к классам исключений:

1. RuntimeException

IndexOutOfBoundsException - выбрасывается, когда индекс некоторого элемента в структуре данных(массив/коллекция) не попадает в диапазон имеющихся индексов.

NullPointerException - ссылка на объект, к которому вы обращаетесь хранит null/

ClassCastException – Ошибка приведения типов. Всякий раз при приведении типов делается проверка на возможность приведения (проверка осуществляется с помощью instanceof.

ArithmeticException - бросается когда выполняются недопустимые арифметические операции, например деление на ноль.

2. Error

ThreadDeath - вызывается при неожиданной остановке потока посредством метода Thread.stop().

StackOverflowError - ошибка переполнение стека. Часто возникает в рекурсивных функциях из-за неправильного условия выхода.

OutOfMemoryError - ошибка переполнения памяти.

Создание своих классов исключений

Хотя встроенные исключения Java обрабатывают большинство частых ошибок, вероятно, вам потребуется создать ваши собственные типы исключений для обработки ситуаций, специфичных для ваших приложений. Это достаточно просто сделать: просто определите подкласс Exception (который, разумеется, является подклассом Throwable). Ваши подклассы не обязаны реализовывать что-либо — важно само их присутствие в системе типов, которое позволит использовать их как исключения.

public class MyException extends Exception{ 
    public MyException(Throwable e) { 
        initCause(e); 
    } 
} 
 
public class NewClass { 
    public static void main(String[] args) throws MyException { 
         
        int result = 0; 
        
        try{ 
            result = getAreaValue(-1, 100); 
        }catch(IllegalArgumentException e){ 
            Logger.getLogger(NewClass.class.getName()).log(new LogRecord(Level.WARNING, "В метод вычисления площади был передан аргумент с негативным значением!")); 
            throw new MyException(e); 
        } 
        System.out.println("Result is : "+result); 
    } 
    
    public static int getAreaValue(int x, int y){ 
        if(x < 0 || y < 0) throw new IllegalArgumentException("value of 'x' or 'y' is negative: x="+x+", y="+y); 
        return x*y; 
    } 
}

А вот получившейся стектрейс:

Exception in thread "main" javatest.MyException

at javatest.NewClass.main(NewClass.java:29)

Caused by: java.lang.IllegalArgumentException: value of 'x' or 'y' is negative: x=-1, y=100

at javatest.NewClass.getAreaValue(NewClass.java:37)

at javatest.NewClass.main(NewClass.java:26)

Java Result: 1

Таким образом мы создали собственный класс исключения и в конструкторе завернули первичное исключение с помощью initCause(e), и у нас получился такой стектрейс MyException -> IllegalArgumentException.

Идея initCause(e) в том, что бы заворачивать исключение источник в новое исключение. Таким образом можно будет проще проследить место и причину возникновения ошибки. В каждом исключении будет ссылка на предыдущее исключение, и это напоминает связной список.

Обработка нескольких исключений

Одному блоку try может соответствовать сразу несколько блоков catch с разными классами исключений.

class Main {  
    public static void main(String[] args) {  
         FileInputStream fis = null; 
try{ 
fis = new FileInputStream(fileName); 
}catch (FileNotFoundException ex){ 
System.out.println("Oops, FileNotFoundException caught"); 
}catch (IOException e) {  
System.out.println("IOEXCEOTION");  
} 
        }  
    }  
}

Здесь если файл не найден, то будет выведено на экран "Oops, FileNotFoundException caught" и программа продолжит работать(в данном случае завершится), если же файл найден, но, например, он не доступен для записи то на экран будет выведено "IOEXCEOTION".

Важная особенность, последовательность блоков catch должна идти от частного к более общему. В противном случае будет ошибка компиляции.

try{ 
fis = new FileInputStream(fileName); 
}catch (Exception ex){    
//... 
}catch (IOException e) { // <--- Ошибка 
//... 
}

В Java 7 стала доступна новая конструкция, с помощью которой можно пере отлавливать несколько исключений одни блоком catch:

try {  
 ... 
} catch( IOException | SQLException ex ) {  
  logger.log(ex); 
  throw ex; 
}

Это удобно, если обработка ошибок не отличается.

Конструкция try-with-resources

В Java 7 ввели ещё одну конструкцию, призванную упростить жизнь программисту.

Если раньше приходилось писать так:

static String readFirstLineFromFileWithFinallyBlock(String path) 
                                                     throws IOException { 
    BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(path)); 
    try { 
        return br.readLine(); 
    } finally { 
        if (br != null) br.close(); 
    } 
}

То теперь это можно сделать так:

static String readFirstLineFromFile(String path) throws IOException { 
    try (BufferedReader br = 
                   new BufferedReader(new FileReader(path))) { 
        return br.readLine(); 
    } 
}

Но где же закрытие потока br? Дело в том, что в Java SE 7 поток BufferedReader реализует интерфейсjava.lang.AutoCloseable и теперь в конструкции try-with-resources нет необходимости закрывать его. Удобно и выглядит компактнее :)

рекомендую ознакомиться с интерфейсом AutoCloseable

Наследование методов бросающих исключения

Рассмотрим следующий код:

public class SuperClass {   
    public void start() throws IOException{ 
        throw new IOException("Not able to open file"); 
    } 
} 
public class SubClass extends SuperClass{   
    public void start() throws Exception{ 
        throw new Exception("Not able to start"); 
    } 
}

Он не скомпилируется.

Дело в том, что метод start() был переопределен в сабклассе и в сигнатуре был указан более общий класс исключения. Согласно правилам переопределения методов, это действие не допустимо.

Можно лишь сужать класс исключения:

import java.io.FileNotFoundException; 
import java.io.IOException; 
public class SuperClass {   
    public void start() throws IOException{ 
        throw new IOException("Not able to open file"); 
    } 
} 
 class SubClass extends SuperClass{   
    public void start() throws FileNotFoundException{  
// FileNotFoundException - наследник IOException 
        throw new FileNotFoundException("Not able to start"); 
    } 
}

Как бросить проверяемое исключение не обрабатывая его (хак)

Нет ничего невозможного. С помощью рефлексии и внутреннего API языка java можно творить магию :).

Естественно так писать нельзя, но знать как это делается все же интересно.

public class UglyDirtyHack{

    public static void main(String[] args) {

        getUnsafe().throwException(new IOException("This is checked exception"));

    }

    public static Unsafe getUnsafe() {

        Unsafe unsafe = null;

        try {

            Field f = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");

            f.setAccessible(true);

            unsafe = (Unsafe) f.get(null);

        } catch (ReflectiveOperationException e) {

            System.out.println("Who cares");

        }

        return unsafe;

    }

}

sun.misc.Unsafe - API позволяющее выполнять с классами, методами и полями действия, недопустимые стандартными средствами языка.Идея заключается в получении системного объекта Unsafe.

В примере используется рефлексия для получения объекта Unsafe так как другими средствами это сделать проблематично. У класса Unsafe приватный конструктор. А если попытаться вызвать статический метод getUnsafe() то будет брошено исключение SecurityException.

Заключение

Изначально я хотел сделать себе шпаргалку по иерархии классов исключений и не планировал писать статью. Но получилось так, что шпаргалка выросла в статью :)

Надеюсь она поможет кому-нибудь перед собеседованием, или просто вспомнить/углубить знания :) Спасибо за внимание!

Программируем вместе

JAVA Исключения