【编写高质量代码：改善Java程序的151个建议】第8章:异常___建议110~117

 不管人类的思维有多么缜密，也存在“智者千虑必有一失”的缺憾。无论计算机技术怎么发展，也不可能穷尽所有的场景，这个世界是不完美的，是有缺陷的，完美的世界只存在于理想中。

对于软件帝国的缔造者来说，程序也是不完美的，异常情况会随时出现，我们需要它为我们描述例外时间，需要它处理非预期的情景，需要它帮我们建立“完美世界”。

前言：浅谈Java异常

1、在Java中，所有的异常都有一个共同的祖先Throwable（可抛出）。

Throwable有两个子类：Exception和error。

 Trowable类中常用方法如下：

1. 返回异常发生时的详细信息
public string getMessage();
 
2. 返回异常发生时的简要描述
public string toString();
 
3. 返回异常对象的本地化信息。使用Throwable的子类覆盖这个方法，可以声称本地化信息。如果子类没有覆盖该方法，则该方法返回的信息与getMessage（）返回的结果相同
public string getLocalizedMessage();
 
4. 在控制台上打印Throwable对象封装的异常信息
public void printStackTrace();

 2、异常分两大类：

①运行时异常：都是RuntimeException类及其子类异常，如NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)等，这些异常是不可查异常，这些异常一般由程序逻辑错误引起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这些异常的发生。运行时异常的特点是Java编译器不会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，即使没有用try-catch语句捕获它，也没有用throws子句声明抛出它，也会编译通过。

Java的异常（Throwable）分为可查的异常（checked exceptions）和不可查的异常（unchecked exceptions）。

① 可查异常（编译器要求必须处置的异常）：正确的程序在运行中，很容易出现的、情理可容的异常状况。除了Exception中的RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类(例如：IOException和ClassNotFoundException)都属于可查异常。这种异常的特点是Java编译器会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，要么用try-catch语句捕获它，要么用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。

② 不可查异常(编译器不要求强制处置的异常)：包括运行时异常（RuntimeException与其子类）和错误（Error）。

3、异常处理的机制

① 抛出异常：任何Java代码都可以抛出异常。

② 捕获异常：捕捉异常通过try-catch语句或者try-catch-finally语句实现。

finally 块：无论是否捕获或处理异常，finally块里的语句都会被执行。当在try块或catch块中遇到return语句时，finally语句块将在方法返回之前被执行。在以下4种特殊情况下，finally块不会被执行：
     1）在finally语句块中发生了异常。
     2）在前面的代码中用了System.exit()退出程序。
     3）程序所在的线程死亡。
     4）关闭CPU。

应该在声明方法抛出异常还是在方法中捕获异常？

捕捉并处理知道如何处理的异常，而抛出不知道如何处理的异常。

 总体来说，Java规定：对于可查异常必须捕捉、或者声明抛出。允许忽略不可查的RuntimeException和Error。

建议110：提倡异常封装

 Java语言的异常处理机制可以确保程序的健壮性，提高系统的可用率，但是Java API提供的异常都是比较低级别的，只有开发人员才能看的懂。而对于终端用户来说，这些异常无异于天书，那该怎么办呢？这就需要我们对异常进行封装。

异常封装有三方面的有点：

1、提高系统的友好性

2、提高系统的可维护性

正确的做法是对异常进行分类处理，并进行封装输出，代码如下：

public  void doStuff4(){
    try{
        //doSomething
    }catch(FileNotFoundException e){
        log.info("文件未找到，使用默认配置文件....");
        e.printStackTrace();
    }catch(SecurityException e1){
        log.info(" 无权访问，可能原因是......");
        e1.printStackTrace();
    }
}

如此包装后，维护人员看到这样的异常就有了初步的判断，或者检查配置，或者初始化环境，不需要直接到代码层级去分析了。

3、解决Java异常机制自身的缺陷

Java中的异常一次只能抛出一次，比如doStuff方法中有两个逻辑代码片段，如果在第一个逻辑片段中抛出异常，则第二个逻辑片段就不再执行了，也就无法抛出第二个异常了，现在的问题是如何才能一次抛出两个或更多的异常呢？

其实，使用自行封装的异常可以解决该问题，代码如下：

class MyException extends Exception {
    // 容纳所有的异常
    private List causes = new ArrayList();

    // 构造函数，传递一个异常列表
    public MyException(List _causes) {
        causes.addAll(_causes);
    }

    // 读取所有的异常
    public List getExceptions() {
        return causes;
    }
}

MyException异常只是一个异常容器，可以容纳多个异常，但它本身并不代表任何异常含义，它所解决的是一次抛出多个异常的问题，具体调用如下：

public void doStuff() throws MyException {
    List list = new ArrayList();
    // 第一个逻辑片段
    try {
        // Do Something
    } catch (Exception e) {
        list.add(e);
    }
    // 第二个逻辑片段
    try {
        // Do Something
    } catch (Exception e) {
        list.add(e);
    }
    // 检查是否有必要抛出异常
    if (list.size() > 0) {
        throw new MyException(list);
    }
}

这样一来，DoStuff方法的调用者就可以一次获得多个异常了，也能够为用户提供完整的例外情况说明。可能有人会问：这种情况会出现吗？怎么回要求一个方法抛出多个异常呢？

绝对有可能出现，例如Web界面注册时，展现层依次把User对象传递到逻辑层，Register方法需要对各个Field进行校验并注册，例如用户名不能重复，密码必须符合密码策略等，不要出现用户第一次提交时系统显示" 用户名重复 "，在用户修改用户名再次提交后，系统又提示" 密码长度小于6位 " 的情况，这种操作模式下的用户体验非常糟糕，最好的解决办法就是异常封装，建立异常容器，一次性地对User对象进行校验，然后返回所有的异常。

建议111：采用异常链传递异常

正确的做法是先封装再传递，步骤如下：

比如我们的JavaEE项目一般都有三层结构：持久层，逻辑层，展现层，持久层负责与数据库交互，逻辑层负责业务逻辑的实现，展现层负责UI数据库的处理。

1、把FIleNotFoundException封装为MyException。

2、抛出到逻辑层，逻辑层根据异常代码(或者自定义的异常类型)确定后续处理逻辑，然后抛出到展现层。

3、展现层自行决定要展现什么，如果是管理员则可以展现低层级的异常，如果是普通用户则展示封装后的异常。

在IOException的构造函数中，上一个层级的异常可以通过异常链进行传递，链中传递异常的代码如下所示：

try{
    //doSomething
}catch(Exception e){
    throw new IOException(e);
}

捕捉到Exception异常，然后将其转化为IOException异常并抛出（此方法叫异常转译），调用者获得该异常后再调用getCause方法即可获得Exception的异常信息。

综上所述，异常需要封装和传递，我们在开发时不要“吞噬”异常，也不要赤裸裸的抛出异常，封装后再抛出，或者通过异常链传递，可以达到系统更健壮，更友好的目的。

建议112：可查异常尽可能转化为不可查异常

可查异常(Checked Exception)是正常逻辑的一种补偿手段，特别是对可靠性要求比较高的系统来说，在某些条件下必须抛出可查异常以便由程序进行补偿处理，也就是说可查异常有存在的理由，那为什么要把可查异常转化为非=不可查异常呢？可查异常确实有不足的地方：

1、可查异常使接口声明脆弱

我们要尽量多使用接口编程，可以提高代码的扩展性、稳定性，但是涉及异常问题就不一样了，例如系统初期是一个接口是这样设计的：

interface User{
    //修改用户密码，抛出安全异常
    public void changePassword() throws MySecurityException;
}

可能有多个实现者，也可能抛出不同的异常。

这里会产生两个问题：① 异常时主逻辑的补充逻辑，修改一个补充逻辑，就会导致主逻辑也被修改，也就会出现实现类“逆影响”接口的情景，我们知道实现类是不稳定的，而接口是稳定的，一旦定义异常，则增加了接口的不稳定性，这是面向对象设计的严重亵渎；② 实现的变更最终会影响到调用者，破坏了封装性，这也是迪米特法则锁不能容忍的。

迪米特法则，俗称最少知识法则，就是说，一个对象应当对其它对象有尽可能少的了解，尽量降低类与类之间的耦合度。

迪米特法则的初衷是降低类之间的耦合，由于每个类都减少了不必要的依赖，因此的确可以降低耦合关系。但是凡事都要有度，虽然可以避免与非直接的类通信，但是要通信，必然会通过一个“中介”来发生联系，过分的使用迪米特原则，会产生大量这样的中介和传递类，导致系统的复杂度变大。所以在采用迪米特原则的时间，要反复权衡，既做到结构清晰，又要高内聚低耦合。

在将迪米特法则运用到系统的设计中时，应注意的几点：

• 在类的划分上，应该创建弱耦合的类；
• 在类的结构设计上，每个类都应该尽量降低类的访问权限、降低成员的访问权限；
• 在类的设计上，只要有可能，一个类应当设计成不变类；
• 一个对象在对其它对象的引用应当降低到最低。
• 谨慎使用序列化功能；
• 不要暴露类成员，而应该提供相应的访问器。

2、可查异常使代码的可读性降低

一个方法增加了可查异常，则必须有一个调用者对异常进行处理。

用try...catch捕捉异常，代码膨胀很多，可读性也就降低了，特别是多个异常需要捕捉的时候，而且可能在catch中再次抛出异常，这大大降低了代码的可读性。

3、可查异常增加了开发工作量

我们知道异常需要封装和传递，只有封装才能让异常更容易理解，上层模块才能更好的处理，可这会导致低层级的异常没完没了的封装，无端加重了开发的工作量。

可查异常有这么多的缺点，有什么好的方法可以避免或减少这些缺点呢？就是将可查异常转化为不可查异常，但是也不能把所有的异常转化为不可查异常，有很多的未知不确定性。

我们可以在实现类中根据不同情况抛出不同的异常，简化了开发工作，提高了代码的可读性。

那什么样的能转化，什么样的不能转化呢？

当可查异常威胁到系统额安全性、稳定性、可靠性、正确性，则必须处理，不能转化为不可查异常，其它情况即可转化为不可查异常。

建议113：不要在finally中处理返回值

1、覆盖了try代码块中的return返回值

public static int doStuff() {
    int a = 1;
    try {
        return a;
    } catch (Exception e) {
 
    } finally {
        // 重新修改一下返回值
        a = -1;
    }
    return 0;
}

该方法的返回值永远是1，不会是-1或0(为什么不会执行到" return 0 " 呢？原因是finally执行完毕后该方法已经有返回值了，后续代码就不会再执行了)

    public static Person doStuffw() {
        Person person = new Person();
        person.setName("张三");
        try {
            return person;
        } catch (Exception e) {    

        } finally {
            // 重新修改一下值
            person.setName("李四");
        }
        person.setName("王五");
        return person;
    }

此方法的返回值永远都是name为李四的Person对象，原因是Person是一个引用对象，在try代码块中的返回值是Person对象的地址，finally中再修改那当然会是李四了。

上面的两个例子可以好好的琢磨琢磨！

2、屏蔽异常

public static void doSomeThing(){
    try{
        //正常抛出异常
        throw new RuntimeException();
    }finally{
        //告诉JVM：该方法正常返回
        return;
    }
}

public static void main(String[] args) {
    try {
        doSomeThing();
    } catch (RuntimeException e) {
        System.out.println("这里是永远不会到达的");
    }
}

上面finally代码块中的return已经告诉JVM：doSomething方法正常执行结束，没有异常，所以main方法就不可能获得任何异常信息了。

这样的代码会使可读性大大降低，读者很难理解作者的意图，增加了修改的难度。

与return语句相似，System.exit(0)或RunTime.getRunTime().exit(0)出现在异常代码块中也会产生非常多的错误假象，增加代码的复杂性，大家有兴趣可以自行研究一下。

建议114：不要在构造函数中抛出异常 

1、构造函数中抛出错误是程序猿无法处理的

2、构造函数不应该抛出不可查异常

class Person {
    public Person(int _age) {
        // 不满18岁的用户对象不能建立
        if (_age < 18) {
            throw new RuntimeException("年龄必须大于18岁.");
        }
    }

    public void doSomething() {
        System.out.println("doSomething......");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Person p =  new Person(17);
    p.doSomething();
    /*其它的业务逻辑*/
}

game over了！

3、构造函数中尽可能不要抛出可查异常

① 导致子类膨胀

② 违背了里氏替换原则：“里氏替换原则”是说父类能出现的地方子类就可以出现，而且将父类替换为子类也不会产生任何异常。

//父类
class Base {
    // 父类抛出IOException
    public Base() throws IOException {
        throw new IOException();
    }
}
//子类
class Sub extends Base {
    // 子类抛出Exception异常
    public Sub() throws Exception {

    }
}

Sub的构造函数抛出了Exception异常，它比父类的构造函数抛出更多的异常范围要宽，必须增加新的catch块才能解决。　　

在构造函数中抛出受检异常会违背里氏替换原则原则，使我们的程序缺乏灵活性。

③ 子类构造函数扩展受限：子类存在的原因就是期望实现扩展父类的逻辑，但父类构造函数抛出异常却会让子类构造函数的灵活性大大降低，例如我们期望这样的构造函数。

package OSChina.Throwable;

import java.io.IOException;

public class Base {
    // 父类抛出IOException
    public Base() throws IOException {
        throw new IOException();
    }
}

这就尴尬了！

受检异常尽量不抛出，能用曲线的方式实现就用曲线方式实现！

建议115：使用Throwable获得栈信息

AOP编程可以很轻松的控制一个方法调用哪些类，也能够控制哪些方法允许被调用，一般来说切面编程，只能控制到方法级别，不能实现代码级别低的植入（Weave）。

使用Throwable获得栈信息，然后鉴别调用者并分别输出，代码如下：　

package OSChina.Throwable;

public class Foo {
    public static boolean method(){
        // 取得当前栈信息
        StackTraceElement[] ste = new Throwable().getStackTrace();
        //检查是否是methodA方法调用
        for(StackTraceElement st:ste){
            if(st.getMethodName().equals("methodA")){
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
}

package OSChina.Throwable;

public class Invoker {
    //该方法打印出true
    public static void methodA(){
        System.out.println("methodA(),"+Foo.method());
    }
    //该方法打印出false
    public static void methodB(){
        System.out.println("methodB(),"+Foo.method());
    }

    public static void main(String[] args) {
        methodA();
        methodB();
    }
}

注意看Invoker类，两个方法methodA和methodB都调用了Foo的method方法，都是无参调用，返回值却不同，这是我们的Throwable类发挥效能了。JVM在创建一本Throwable类及其子类时会把当前线程的栈信息记录下来，以便在输出异常时准确定位异常原因，我们来看Throwable源代码。

public class Throwable implements Serializable {
    private static final StackTraceElement[] UNASSIGNED_STACK = new StackTraceElement[0];
    //出现异常记录的栈帧
    private StackTraceElement[] stackTrace = UNASSIGNED_STACK;
    //默认构造函数
    public Throwable() {
        //记录栈帧
        fillInStackTrace();
    }
    //本地方法，抓取执行时的栈信息
    private native Throwable fillInStackTrace(int dummy);

    public synchronized Throwable fillInStackTrace() {
        if (stackTrace != null || backtrace != null /* Out of protocol state */) {
            fillInStackTrace(0);
            stackTrace = UNASSIGNED_STACK;
        }
        return this;
    }

}

在出现异常时(或主动声明一个Throwable对象时)，JVM会通过fillInStackTrace方法记录下栈帧信息，然后生成一个Throwable对象，这样我们就可以知道类间的调用顺序，方法名称及当前行号等了。

我们虽然可以根据调用者的不同产生不同的逻辑，但这仅局限在对此方法的广泛认知上，更多的时候我们使用method方法的变形体，代码如下:　

class Foo {
    public static boolean method() {
        // 取得当前栈信息
        StackTraceElement[] sts = new Throwable().getStackTrace();
        // 检查是否是methodA方法调用
        for (StackTraceElement st : sts) {
            if (st.getMethodName().equals("methodA")) {
                return true;
            }
        }
        throw new RuntimeException("除了methodA方法外，该方法不允许其它方法调用");
    }
}

只是把“return false” 替换成了一个运行期异常，除了methodA方法外，其它方法调用都会产生异常，该方法常用作离线注册码校验，让破解者视图暴力破解时，由于执行者不是期望的值，因此会返回一个经过包装和混淆的异常信息，大大增加了破解难度。

建议116：异常只为异常服务

异常只为异常服务，这是何解？难道异常还能为其它服务不成？确实能，异常原本是正常逻辑的一个补充，但是有时候会被当做主逻辑使用，看如下代码：

//判断一个枚举是否包含String枚举项
    public static > boolean Contain(Class clz,String name){
        boolean result = false;
        try{
            Enum.valueOf(clz, name);
            result = true;
        }catch(RuntimeException e){
            //只要是抛出异常，则认为不包含
        }
        return result;
    }

判断一个枚举是否包含指定的枚举项，这里会根据valueOf方法是否抛出异常来进行判断，如果抛出异常(一般是IllegalArgumentException异常)，则认为是不包含，若不抛出异常则可以认为包含该枚举项，看上去这段代码很正常，但是其中有是哪个错误：

1、异常判断降低了系统的性能

2、降低了代码的可读性，只有详细了解valueOf方法的人才能读懂这样的代码，因为valueOf会跑出一个不可查异常。

3、隐藏了运行期可能产生的错误，catch到异常，但没有做任何处理。

// 判断一个枚举是否包含String枚举项
public static > boolean Contain(Class clz, String name) {
    // 遍历枚举项
    for (T t : clz.getEnumConstants()) {
        // 枚举项名称是否相等
        if (t.name().equals(name)) {
            return true;
        }
    }
    return false;
}

常只能用在非正常的情况下，不能成为正常情况下的主逻辑，也就是说，异常是是主逻辑的辅助场景，不能喧宾夺主。而且，异常虽然是描述例外事件的，但能避免则避免之，除非是确实无法避免的异常，例如：　

public static void main(String[] args) {
    File file = new File("a.txt");
    try {
        FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
        // 其它业务处理
    } catch (FileNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
        // 异常处理
    }
}

这样一段代码经常在我们的项目中出现，但经常写并不代表不可优化，这里的异常类FileNotFoundException完全可以在它诞生前就消除掉：先判断文件是否存在，然后再生成FileInputStream对象，这也是项目中常见的代码：

public static void main(String[] args) {
    File file = new File("a.txt");
    // 经常出现的异常，可以先做判断
    if (file.exists() && !file.isDirectory()) {
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
            // 其它业务处理
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
            // 异常处理
        }
    }
}

虽然增加了if判断语句，增加了代码量，但是却减少了FileNotFoundException异常出现的几率，提高了程序的性能和稳定性。

建议117：多使用异常，把性能问题放一边

我们知道异常是主逻辑的例外逻辑，举个简单的例子来说，比如我在马路上走(这是主逻辑)，突然开过一辆车，我要避让(这是受检异常，必须处理)，继续走着，突然一架飞机从我头顶飞过(非受检异常)，我们可以选在继续行走(不捕捉)，也可以选择指责其噪音污染(捕捉，主逻辑的补充处理)，再继续走着，突然一颗流星砸下来，这没有选择，属于错误，不能做任何处理。

使用异常还有很多优点，可以让正常代码和异常代码分离、能快速查找问题(栈信息快照)等，但是异常有一个缺点：性能比较慢。

Java的异常机制缺失比较慢，这个“比较慢”是相对于String、Integer等对象而言，单单从创建对象来说，new一个IOException会比String慢5倍，这从异常的处理机制上可以解释：

因为new异常要执行fillInStackTrace方法，要记录当前栈的快照，而String类则是直接申请一个内存创建对象，异常类慢半拍再说难免。

而且，异常类时不能缓存的。

难道异常的性能问题就没有任何可以提高的办法了？确实没有，但是我们不能因为性能问题而放弃使用异常，而且经过测试，在JDK1.6下，一个异常对象的创建时间只需1.4毫秒左右(注意是毫秒，通常一个交易是在100毫秒左右)，难道我们的系统连如此微小的性能消耗都不予许吗？

注意：性能问题不是拒绝异常的借口。