【JavaSE进阶】异常的定义、使用和处理

这里写下我对 Java 中异常机制的理解，有些知识是来自书本和实践，有些则完全是我的个人观点，对不对的欢迎大家讨论指正 :-)


0 - 异常的处理

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异常的处理应该尽量集中在某一层处理，处理异常的地方应该知道足够的上下文信息，知道应该如何处理异常。

对于异常的处理，用户代码（Client Code）掌握上面的简单原则就行了，这不是重点，——重点是异常的定义与抛出（使用）。

1 - 异常前后，各相关部分的状态

某个异常何时发生？
因为什么发生？
一旦异常发生，各相关的对象（数据）都将处于何种状态？（所谓相关对象，就是说方法调用路径所经过的每一层的对象，从 new 异常的那一层一直到 catch 异常的那一层）
或者你无法预料这些对象、数据将会处于什么状态？
程序还能不能继续运行？
如果相关对象、数据在异常发生后都处于可以预料的稳定状态并且程序能继续运行，要不要提示信息给用户？
提示什么信息给用户？
异常有没有可能是用户操作错误导致的？
用户有没有办法通过更正操作等方式调用同一个功能，成功避免这个异常？
如果异常不是用户操作导致的，那么程序继续运行，用户做同样的操作，会不会总是发生这个异常？

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-> 如果异常发生后，你不能预料相关对象或数据的状态，或者你预料相关的对象或数据将会处于一种不稳定（或非法）的状态，比如对象内部的状态不再遵从其应有的约束（constraints），如果对对象进行进一步的操作，将会导致不可预料的行为………… 那么这种异常不可恢复，属于应该导致程序崩溃退出的异常。这时，显示友好的信息给用户，比如 “为了防止（对数据产生）更多的损害，程序将停止运行………………”，然后尽最大努力安全结束程序。

这样的异常，应该设计成非检查异常（unchecked exception），一般即 extends RuntimeException 或其子类型。

-> 如果异常是因为非法的用户输入导致的，那么应该在程序中避免，即非法的用户输入应该在其导致异常之前就检验出其不合法，然后不去调用功能，而是反馈合适的信息给用户。

如果检查输入的合法性代价非常昂贵，或者在调用功能之前无法检查其合法性：一种可能是这个功能的设计有问题；如果没有问题，就是无法在调用功能之前检查，或者检查太昂贵，那么就只能 try - catch，这时要明确一旦异常发生，整个调用路径的每一层都将出于什么状态，如果要确保异常发生之后程序能继续运行，那么每一层都应该处于原本调用之前的状态，就像调用没有发生一样。然后你就可以放心给用户提示信息，然后让用户重试了。

（在调用功能之前无法检查其合法性，这种情况大概多存在于多线程环境下，当某接口对外保证线程安全的时候）

这里的异常，可以设计成检查异常（checked exception），也可以设计成非检查异常。这是设计上的取舍问题，如果调用路径很长而你不愿意污染每一层方法的签名（throws），——那么设计成非检查异常。这里的核心问题是注明异常发生后的状态。

2 - 在一个方法被调用以前，有没有办法事先检查这个调用是不是一定会发生异常？

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-> 即有没有办法来检查：这个调用到底是一定会发生异常，还是不一定会发生异常？如果有办法检查，——提供这个检查的方法。这样用户代码就不会被迫使用 try - catch 来做流程控制，而是可以先调用这个检查的方法，再决定要不要调用功能方法本身了。要注意的是，这样的设计，会让接口失去“保证线程安全”的可能性，即这样设计的接口不可能向用户代码保证线程安全，——因为两个方法的调用之间产生了逻辑关系。

曾经看到有人问 “怎样得到一个线程安全的List？”，——不存在 “线程安全的List” 这种东西，因为 size() 方法与 get(index) 方法是否会抛出 IndexOutOfBoundsException 之间存在逻辑关系，接口本身无法为这两个相关的调用提供原子性保护。

能够这样先验检查的异常，应该定义成非检查异常，否则用户代码调用了检查方法之后还得再写 try - catch，那个理论上不应该发生的catch 里面你让用户代码写什么呢？

3 - 小结

现在咱们来看看，什么样的异常可以设计成检查异常。

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如果一个异常可以定义成检查异常，它需要满足下面这些条件：
- 异常无法在调用方法之前预料
- 异常发生以后，相关的对象、数据将仍然处于一种稳定的状态，即异常被catch处理之后，程序可以（confidently）继续运行
- 异常如此重要，以至于整个调用路径上所有的方法代码都应该意识到它的存在，并且把 throws 写进它们的方法签名

这样的异常，可以定义成检查异常。注意是可以 :-)

—— You can never be wrong to define an exception unchecked. 任何一个异常，你把它定义成非检查异常总不会错。（但是要注意把异常写进 Java DOC，即方法的协议）

事实上 “检查异常” 存在的必要性本身就是有争论的。

对于一个懂得异常处理的程序员，他们对非检查异常也会小心仔细的去处理和设计；对于一个不懂得异常处理的程序员，提供“检查异常”这种机制只会导致大量的滥用，然后大量的接口签名被污染。

如果你发现自己在代码中频繁的 catch 一个检查异常，然后转换抛出一个非检查异常，那这个检查异常的设计多半有问题。（java.io.IOException是不是中枪了？）