Описание классов ошибок java

% Throwable

Класс: java.lang.Throwable

Описание

Throwable — базовый класс всех исключений Java. В инструкциях throw и catch можно использовать только
объекты класса Throwable и его подклассов.

Объект-исключение содержит в себе текстовое сообщение, говорящее о причине ошибки, трассировку стека вызовов на момент
создания, а также, возможно, причину (cause) — исключение более низкого уровня, завёрнутое в данное исключение.

Иерархия исключений

Все исключения в Java делятся на две большие и неравные группы. Меньшая группа наследует от класса Error и обозначает
серьёзные низкоуровневые ошибки, после которых продолжение выполнения программы обычно бессмысленно. Большая группа
наследует от класса Exception и отвечает за обычные нештатные ситуации, которые могут возникнуть в ходе выполнения
программы.

Теоретически язык Java не запрещает определить свой подкласс класса Throwable, не производный ни от Error, ни от
Exception. Компилятор будет рассматривать такую неведому зверушку как обычное проверяемое исключение (см. ниже), но
на практике так никто не поступает, да и необходимости в этом нет.

Проверяемые и непроверяемые исключения

Классы Error и RuntimeException занимают особое положение в иерархии исключений. Эти классы, а также все производные
от них, являются непроверяемыми исключениями (unchecked exceptions). Все остальные исключения являются проверяемыми
(checked exceptions). На диаграмме классов выше непроверяемые исключения выделены голубым, а проверяемые
— зелёным.

Метод, внутри которого может быть выброшено проверяемое исключение, должен либо обработать его в блоке catch, либо
передать выше и явно сказать об этом в объявлении с помощью ключевого слова throws (и тогда разбираться с ним будут
уже где-то выше). На непроверяемые исключения компилятор не налагает таких требований.

void throwsIOException() throws IOException {
	if (MoonPhase.getCurrent() == MoonPhase.FULL) {
		// непроверяемое исключение; можно обработать, но компилятор не заставляет
		throw new IllegalStateException();
	} else {
		// проверяемое исключение
		throw new IOException();
	}
}

void handlesIOException() {
	try {
		throwsIOException();
	} catch (IOException e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

В стандартной библиотеке есть одно нарушение этого правила. Статический метод Class.newInstance передаёт во внешний
код любые исключения, в том числе проверяемые, что позволяет обойти проверки времени компиляции:

public class Thrower {
    private Thrower () throws IOException {
        throw new IOException();
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Thrower t = Thrower.class.newInstance();
        } catch (IllegalAccessException | InstantiationException e) {
            // Ну хотя бы эти нужно обрабатывать, но уже поздно
        }
    }
}

Здесь main упадёт по IOException, хотя обычно компилятор заставил бы нас объявить его как throws IOException.
Мораль в том, что при использовании рефлексии всегда нужно быть осторожными, потому что она предоставляет внеязыковой
механизм манипуляции классами и методами.

Ошибки (Error)

Исключения, производные от класса Error, являются непроверяемыми и обладают объединяющими свойствами:

1. Они сигнализируют о серьёзных ошибках низкого уровня, после которых восстановление обычно невозможно.
2. Многие из них (в частности, OutOfMemoryError, LinkageError и ThreadDeath) могут возникнуть практически в любом
   месте программы, поэтому настраиваться на них заранее обычно бессмысленно. Кроме того, место, где выбрасывается
   исключение, обычно не связано с местом логического возникновения нижележащей проблемы.

Ловить и обрабатывать исключения, производные от Error, обычно не следует. Они выбрасываются затем, чтобы как можно
быстрее дать потоку завершиться аварийно, выполнив при этом все блоки finally при раскрутке стека.

Вот некоторые наиболее распространённые исключения типа Error:

StackOverflowError
: Переполнение стека вызовов. Обычно это указывает на бесконечную рекурсию.

OutOfMemoryError
: Переполнение кучи, причём сборщик мусора уже попытался её почистить и беспомощно развёл руками. Обычно это указывает
на утечки памяти, вызванные хранением ссылок на множество ненужных объектов в корневых переменных.

LinkageError
: Базовый класс для различных ошибок при загрузке классов, необходимых для работы выполняемого кода. Сюда относятся в
том числе NoClassDefFoundError и ExceptionInInitializerError.

NoClassDefFoundError
: JVM не может найти класс, к которому пытается обратиться код. Это может случиться, если код был скомпилирован с
зависимостью от какого-то класса или библиотеки, но запущен при отсутствии этого класса/библиотеки в classpath.

ExceptionInInitializerError
: При инициализации статического поля класса или внутри блока static выбросилось исключение, к которому можно
доступиться через метод getCause.

ThreadDeath
: В многопоточной программе чужой поток нагло и бесцеремонно завершил работу нашего потока методом Thread.stop. Если
поток завершается по этому исключению, по умолчанию сообщение об ошибке подавляется и не пишется в консоль.

AssertionError
: Нарушено базовое условие, которое в корректно работающей программе должно выполняться всегда. Исключения этого класса
бросает инструкция assert при запуске JVM с параметром -ea (enable assertions), а также библиотека JUnit при провале
тестов.

Как правило, не стоит выбрасывать исключения типа Error инструкцией throw, кроме исключения AssertionError. Его
принято выбрасывать как «невозможное» исключение, чтобы «заткнуть» выбросом исключения пути выполнения, которые заведомо
никогда не будут выполнены, но компилятор об этом не знает. Часто это приходится делать при использовании перечислимых
типов в инструкции switch:

public enum Stoplight { RED, YELLOW, GREEN }
public enum CarState { STOPPED, STOPPING, MOVING }

public class Car {
	public CarState approachIntersection(Intersection intersection) {
		switch (intersection.getStoplight()) {
		case RED:
			stop();
			return CarState.STOPPING;
		case YELLOW:
			if (stopIfPossible()) {
				return CarState.STOPPING;
			} else {
				return CarState.MOVING;
			}
		case GREEN:
			keepMoving();
			return CarState.MOVING;
		default:
			// не может случиться
			throw new AssertionError();
		}
	}
	
	public CarState handleStoplightSwitch(Stoplight stoplight) {
		switch (stoplight) {
		case RED:
			return CarState.STOPPED;
		case YELLOW:
			prepareToMove();
			return CarState.STOPPED;
		case GREEN:
			startMoving();
			return CarState.MOVING;
		default:
			// не может случиться
			throw new AssertionError();
		}
	}
}

В нашем случае у светофора всего три возможных состояния, но компилятор тем не менее требует, чтобы блок switch
обработал невозможную ситуацию default. С помощью throw new AssertionError мы затыкаем компилятор и говорим
сопровождающему код, что эта строка кода заведомо не выполнится.

Ещё один частый use case для AssertionError — блок catch для исключения, невозможного по определению.
Например, стандартные классы URLEncoder и URLDecoder имеют методы, принимающие два параметра: перекодируемую строку
и строку с именем кодировки.

String url = "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B5%D0%BA";
String decodedUrl = URLDecoder.decode(url, "UTF-8");

Этот код просто так не скомпилируется, потому что метод URLDecoder.decode объявлен как
throws UnsupportedEncodingException. Однако кодировка UTF-8 гарантированно поддерживается в любой реализации JVM,
поэтому на самом деле это исключение никогда не выбросится (но компилятор, увы, об этом не знает). Нам придётся
обернуть этот код в идиому «невозможное исключение» (impossible exception):

try {
	String url = "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B5%D0%BA";
	String decodedUrl = URLDecoder.decode(url, "UTF-8");
	// https://ru.wikipedia.org/wiki/Стек
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
	// не может случиться
	throw new AssertionError(e);
}

Большинство методов, работающих с кодировками, имеют версии, принимающие вместо строки с именем кодировки объект
класса Charset и не бросающие UnsupportedEncodingException. Им можно передавать константы из класса
StandardCharsets:

List<String> fileContents = Files.readAllLines(
		Paths.get("отчёт.txt"), StandardCharsets.UTF_8);
fileContents.forEach(System.out::println);

К сожалению, некоторые старые классы, в том числе URLEncoder и URLDecoder, так и не были обновлены для поддержки
параметров типа Charset.

Исключения времени выполнения (RuntimeException)

Строго говоря, все исключения возникают во время выполнения, но класс RuntimeException занимает особое положение.
Во-первых, RuntimeException и все производные от него исключения являются непроверяемыми. Во-вторых,
многие из этих исключений сигнализируют об ошибках в программном коде и в корректно написанной программе не должны
возникать вообще. Такие исключения полезно выбрасывать в собственных public-методах в качестве предусловий
(preconditions), краткий смысл которых состоит в том, чтобы сказать вызывающему коду: «Ты виноват, такой ситуации вообще
не должно быть».

Вот некоторые самые важные из них:

NullPointerException
: Программа попыталась обратиться к полю или методу ссылки null, либо значение null было передано в метод, не
допускающий null в качестве параметра.

IllegalArgumentException
: Метод был вызван с недопустимым значением параметра. Например, один из конструкторов стандартного класса Color,
принимающий три целых числа RGB, выбрасывает это исключение, если переданные числа не лежат в диапазоне 0–255.

IllegalStateException
: Объект находится в состоянии, в котором выполнение операции невозможно. Например, реализация стека может выбросить
это исключение при попытке извлечь элемент из пустого стека.

IndexOutOfBoundsException
: Попытка обратиться к упорядоченной последовательности элементов (массиву, строке или списку) по индексу, лежащему
вне допустимых значений. Часто происходит при ошибке на единицу, когда в качестве индекса используется length или
size.

NoSuchElementException
: Выбрасывается итератором при попытке прочитать элемент за концом последовательности (когда hasNext() == false). В
корректной реализации итератора это исключение возможно только при ручной работе с итератором и невозможно при
использовании цикла for-each.

UnsupportedOperationException
: Вызываемая операция в принципе запрещена для этого объекта. Например, неизменяемые коллекции выбрасывают это
исключение при попытке изменить их методами set, add или remove.

ArithmeticException
: Вызвана недопустимая арифметическая операция, например, деление на ноль. Операции над числами с плавающей точкой не
выбрасывают это исключение, вместо этого при недопустимой операции они возвращают значение NaN (а при делении
ненулевого числа на ноль — бесконечность).

ClassCastException
: Попытка привести объект к несовместимому типу, например, (String) new Object().

Все эти исключения объединяет то, что в корректно написанной программе они не должны выбрасываться. Если одно из этих
исключений ловится в программе, это знак неверной логики кода. Часто отлов такого исключения можно заменить проверкой;
например, вместо отлова ClassCastException использовать оператор instanceof, вместо IndexOutOfBoundsException
— проверку диапазона (index >= 0 && index < size()), а вместо NoSuchElementException — проверку
Iterator.hasNext().

Прочие исключения (Exception)

Исключения, производные от Exception, но не RuntimeException, являются проверяемыми. Их очень много, и сторонние
библиотеки часто добавляют свои собственные классы исключений. Вот лишь несколько примеров:

ReflectiveOperationException
: Базовый класс для исключений, возникающих при работе с механизмом рефлексии. Сюда относятся IllegalAccessException
(попытка доступиться извне к членам класса с доступом private, protected или package-private), NoSuchMethodException
(метод не найден) и InvocationTargetException (оборачивает исключение, выброшенное вызываемым через рефлексию
методом). Отдельно стоит выделить…

ClassNotFoundException
: Не путать с NoClassDefFoundError. Выбрасывается методом Class.forName, если класс с таким именем не найден. Это
исключение, в отличие от NoClassDefFoundError, предназначено для того, чтобы его перехватывали и обрабатывали.

CloneNotSupportedException
: По умолчанию выбрасывается protected-методом Object.clone, если объект не реализует интерфейс Cloneable. По
каким-то непонятным причинам конченые укурки, проектировавшие Java 1.0, сделали это исключение проверяемым, и при
реализации Cloneable-классов это исключение приходится подавлять.

SQLException
: Базовый класс для ошибок при работе с базами данных через JDBC API.

IOException
: Базовый класс для исключений при операциях ввода-вывода, к которым относятся операции, в том числе, с файловой
системой и сетью. У этого класса очень много подклассов, обозначающих конкретные ситуации; например,
ConnectException бросается при неудачной попытке соединения с сервером.

FileSystemException
: Подкласс IOException, являющийся базовым классом для исключений при операциях с файловой системой.

AccessDeniedException
: Попытка обратиться к файлу, на доступ к которому у пользователя нет прав — например, попытка открыть
защищённый системный файл для записи.

NoSuchFileException
: Попытка обратиться к несуществующему файлу.

Класс NoSuchFileException появился в Java 7 и является частью нового файлового API (классы Path и Files). В
старых API, спроектированных для Java 6 и ниже, можно встретить более старое исключение FileNotFoundException,
присутствовавшее ещё в Java 1.0. К сожалению, это исключение не позволяет различить ситуации «файл не найден» и «доступ
запрещён» и выбрасывается старыми API в обоих этих случаях.

Использование проверяемых и непроверяемых исключений

Тема проверяемых и непроверяемых исключений, а также правил их использования, сломала немало копий (и кода). Полного
консенсуса по этому вопросу нет, но можно пользоваться эмпирическим правилом.

Выбрасывайте проверяемые исключения только при одновременном выполнении трёх условий:

1. Вызывающий код не может гарантированно избежать ошибочной ситуации, то есть она находится вне его полного контроля.
2. Ошибочная ситуация является «стандартной», то есть в любом случае автору вызывающего кода нужно думать о том, что
   произойдёт при возникновении ошибки. Например, при попытке открыть файл может оказаться, что файл недоступен.
3. Вызывающий код может осмысленно обработать ошибку или даже восстановиться после неё.

Хорошими примерами проверяемых исключений являются исключения при работе с файловой системой, сетью, базами данных,
окнами, другими процессами в системе и т.д. Все эти сущности объединяет то, что это внешние ресурсы, корректную работу
которых вызывающий код не может полностью гарантировать. Плохой пример проверяемого исключения — исключение
CloneNotSupportedException, которое может возникнуть только при логической ошибке в использовании метода clone.
Если бы класс CloneNotSupportedException был написан в наши дни, скорее всего, это исключение было бы непроверяемым.

Если хотя бы одно из этих трёх условий не выполняется, используйте непроверяемые исключения. Вот примеры ошибок, для
которых подходят непроверяемые исключения:

• Низкоуровневые ошибки самой JVM и загруженных классов (Error).
• Ошибки в логике программы, необнаружимые на этапе компиляции (RuntimeException).
• Ошибки, при которых продолжение выполнения кода не имеет смысла. Например, в серверных приложениях это могут быть
  ошибки конфигурации сервера, при которых приложение вообще не может запуститься, или ошибки доступа к основной базе
  данных, с которой работает серверное приложение (здесь само приложение всё равно не сможет восстановиться). Как правило,
  такие исключения тоже наследуют от RuntimeException.

Создание исключения

Объекты исключений, как правило, создаются прямо в инструкции throw:

throw new SomeException(параметры);

По соглашению у большинства классов исключений есть четыре конструктора, позволяющие задать исключению сообщение и/или
причину — более низкоуровневое исключение.

SomeException()

SomeException(String message)

SomeException(Throwable cause)

SomeException(String message, Throwable cause)

Это позволяет, с одной стороны, соблюдать инкапсуляцию, не проталкивая низкоуровневые исключения вверх, а с другой
— сохранять информацию о низкоуровневых исключениях для отладочных целей.

try {
	readConfigFile("server-config.xml");
} catch (XMLStreamException e) {
	throw new ServerStartupException("Invalid server configuration format", e);
} catch (IOException e) {
	throw new ServerStartupException("Cannot access server configuration", e);
}

У некоторых очень старых классов исключений, написанных до выхода Java 1.4, может не быть конструкторов с параметром
cause. Для них можно установить причину после создания объекта с помощью метода initCause:

throw new OldException("Message").initCause(e);

Получение информации об исключении

Все исключения поддерживают три базовых операции:

String getMessage()
: Возвращает короткое, в одно-два предложения, сообщение об ошибке, переданное в объект исключения при его создании.

Throwable getCause()
: Возвращает исключение, послужившее причиной данного исключения, или null, если таковое не было задано. У причины,
в свою очередь, тоже может быть причина; с помощью последовательных вызовов getCause можно восстановить причинную
цепь исключений (causal chain).

void printStackTrace()
void printStackTrace(PrintStream s)
void printStackTrace(PrintWriter s)
: Выводит трассировку стека (stack trace) в указанный байтовый или символьный поток (по умолчанию — в
System.err). Варианты с PrintStream и PrintWriter бывают полезны, чтобы записать трассировку стека в файл или
сетевой поток, либо получить её в виде строки с помощью StringWriter.

Если у исключения есть причина, методы printStackTrace вслед за трассировкой стека самого исключения печатают
трассировку стека его причины, затем — причины причины и так далее.

По умолчанию для всех исключений, кроме ThreadDeath, при завершении потока по необработанному исключению трассировка
стека записывается в System.err с помощью printStackTrace. Это относится и к главному потоку при аварийном
завершении метода main.

Как пример, вот такая неправильная программа

public class ExceptionChain {
	private static class BadInitializer {
		private static final char CONSTANT = "Hello".charAt(5);
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(BadInitializer.CONSTANT);
	}
}

при выполнении выдаст:

Exception in thread "main" java.lang.ExceptionInInitializerError
	at ExceptionChain.main(ExceptionChain.java:11)
Caused by: java.lang.StringIndexOutOfBoundsException: String index out of range: 5
	at java.lang.String.charAt(String.java:658)
	at ExceptionChain$BadInitializer.<clinit>(ExceptionChain.java:7)
	... 1 more

Исключения

• Исключения
  • Введение
  • Иерархия исключений
    • Проверяемые и непроверяемые
    • Иерархия
      • Классификация
      • Error и Exception
  • Работа с исключениями
    • Обработка исключений
      • Правила try/catch/finally
      • Расположение catch блоков
      • Транзакционность
    • Делегирование
    • Методы и практики работы с исключительными ситуацими
      • Собственные исключения
      • Реагирование через re-throw
      • Не забывайте указывать причину возникновения исключения
      • Сохранение исключения
      • Логирование
      • Чего нельзя делать при обработке исключений
    • Try-with-resources или try-с-ресурсами
    • Общие советы
      • Избегайте генерации исключений, если их можно избежать простой проверкой
      • Предпочитайте Optional, если отсутствие значения — не исключительная ситуация
      • Заранее обдумывайте контракты методов
      • Предпочитайте исключения кодам ошибок и boolean флагам-признакам успеха
  • Исключения и статические блоки
  • Многопоточность и исключения
  • Проверяемые исключения и их необходимость
  • Заключение
  • Полезные ссылки

Введение

Начав заниматься программированием, мы, к своему удивлению, обнаружили, что не так уж просто заставить программы делать задуманное. Я могу точно вспомнить момент, когда я понял, что большая часть моей жизни с этих пор будет посвящена поиску ошибок в собственных программах.

(c) Морис Уилкс.

Предположим, вам понадобилась программа, считывающая содержимое файла.
В целом, здесь нет ничего сложного и код, выполняющий поставленную задачу, мог бы выглядеть как-то так:

    public List<String> readAll(String path) {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(path));
        String line;
        List<String> lines = new ArrayList<>();
        while ((line = br.readLine()) != null) {
            lines.add(line);
        }
        
        return lines;
    }

И это был бы вполне рабочий вариант, если бы не одно но: мы живём не в идеальном мире. Код, приведённый выше, рассчитан на то, что всё работает идеально: путь до файла указан верный, файл можно прочитать, во время чтения с файлом ничего не происходит, место хранения файла работает без ошибок и еще огромное количество предположений.

Однако, как показывает практика, мир не идеален, а нас повсюду преследуют ошибки и проблемы. Кто-то может указать путь до несуществующего файла, во время чтения может произойти ошибка, например, файл повреждён или удален в процессе чтения и т.д.

Игнорирование подобных ситуаций недопустимо, так как это ведет к нестабильно и непредсказуемо работающему коду.
Значит, на такие ситуации надо реагировать.

Самая простая реакция — это возвращать boolean — признак успеха или некоторый код ошибки, например, какое-то число.
Пусть, 0 — это код удачного завершения приложения, 1 — это аварийное завершение и т.д.
Мы получаем код возврата и уже на него реагируем.

Подобный ход имеет право на жизнь, однако, он крайне неудобен в повседневной разработке с её тысячами возможных ошибок и проблемных ситуаций.

Во-первых, он слишком немногословен, так как необходимо помнить что означает каждый код возврата, либо постоянно сверяться с таблицей расшифровки, где они описаны.

Во-вторых, такой подход предоставляет не совсем удобный способ обработки возникших ошибок. Более того, нередки ситуации, когда в месте возникновения ошибки непонятно, как реагировать на возникшую проблему. В таком случае было бы удобнее делегировать обработку ошибки вызывающему коду, до места, где будет понятно как реагировать на ошибку.

В-третьих, и это, на мой взгляд, самое главное — это небезопасно, так как подобный способ можно легко проигнорировать.

Lots of newbie’s coming in from the C world complain about exceptions and the fact that they have to put exception handling all over the place—they want to just write their code. But that’s stupid: most C code never checks return codes and so it tends to be very fragile. If you want to build something really robust, you need to pay attention to things that can go wrong, and most folks don’t in the C world because it’s just too damn hard.
One of the design principles behind Java is that I don’t care much about how long it takes to slap together something that kind of works. The real measure is how long it takes to write something solid.

In Java you can ignore exceptions, but you have to willfully do it. You can’t accidentally say, «I don’t care.» You have to explicitly say, «I don’t care.»

(c) James Gosling.

Поэтому, в Java используется другой механизм работы с такими ситуациями: исключения.

Что такое исключение? В некотором смысле можно сказать, что исключение — это некоторое сообщение, уведомляющее о проблеме, незапланированном поведении.

В нашем примере с чтением содержимого файла, источником такого сообщения может являться BufferedReader или FileReader. Сообщению необходим получатель/обработчик, чтобы перехватить его и что-то сделать, как-то отреагировать.

Важно понимать, что генерация исключения ломает поток выполнения программы, так как либо это сообщение будет перехвачено и обработано каким-то зарегистрированным получателем, либо программа завершится.

Что значит «ломает поток выполнения программы»?

Представьте, что по дороге едет грузовик. Движение машины и есть поток выполнения программы. Вдруг водитель видит, что впереди разрушенный мост — исключение, ошибка. Теперь он либо поедет по объездной дороге, т.е перехватит и отреагирует на исключение, либо остановится и поездка будет завершена.

Исключения могут быть разных типов, под разные ситуации, а значит и получателей(обработчиков) может быть несколько — на каждый отдельный тип может быть своя реакция, свой обработчик.

Исключение также может хранить информацию о возникшей проблеме: причину, описание-комментарий и т.д.
Исходя из описания можно сказать, что исключение — это объект некоторого, специально для этого предназначенного, класса. Так как проблемы и ошибки бывают разного рода, их можно классифицировать и логически разделить, значит и классы исключений можно выстроить в некоторую иерархию.

Как генерировать исключения и регистрировать обработчики мы рассмотрим позднее, а пока давайте взглянем на иерархию этих классов.

Иерархия исключений

Ниже приведена иерархия исключений:

Картинка большая, чтобы лучше запоминалась.

Для начала разберем загадочные подписи checked и unchecked на рисунке.

Проверяемые и непроверяемые

Все исключения в Java делятся на два типа: проверяемые (checked) и непроверяемые исключения (unchecked).

Как видно на рисунке, java.lang.Throwable и java.lang.Exception относятся к проверяемым исключениям, в то время как java.lang.RuntimeException и java.lang.Error — это непроверяемые исключения.

Принадлежность к тому или иному типу каждое исключение наследует от родителя.
Это значит, что наследники java.lang.RuntimeException будут unchecked исключениями, а наследники java.lang.Exception — checked.

Что это за разделение?

В первую очередь напомним, что Java — это компилируемый язык, а значит, помимо runtime(время выполнения кода), существует ещё и compile-time(то, что происходит во время компиляции).

Так вот проверяемые исключения — это исключения, на которые разработчик обязан отреагировать, т.е написать обработчики, и наличие этих обработчиков будет проверено на этапе компиляции. Ваш код не будет скомпилирован, если какое-то проверяемое исключение не обработано, компилятор этого не допустит.

Непроверяемые исключения — это исключения времени выполнения. Компилятор не будет от вас требовать обработки непроверяемых исключений.

В чём же смысл этого разделения на проверяемые и непроверяемые исключения?

Я думаю так: проверяемые исключения в Java — это ситуации, которые разработчик никак не может предотвратить и исключение является одним из вариантов нормальной работы кода.

Например, при чтении файла требуется обрабатывать java.io.FileNotFoundException и java.io.IOException, которые является потомками java.io.Exception.

Потому, что отсутствие файла или ошибка работы с вводом/выводом — это вполне допустимая ситуация при чтении.

С другой стороны, java.lang.RuntimeException — это скорее ошибки разработчика.
Например, java.lang.NullPointerException — это ошибка обращения по null ссылке, данную ситуацию можно предотвратить: проверить ссылку на null перед вызовом.

Представьте, что вы едете по дороге, так вот предупредительные знаки — это проверяемые исключения. Например, знак «Осторожно, дети!» говорит о том, что рядом школа и дорогу может перебежать ребенок. Вы обязаны отреагировать на это, не обязательно ребенок перебежит вам дорогу, но вы не можете это проконтролировать, но в данном месте — это нормальная ситуация, ведь рядом школа.

Делать абсолютно все исключения проерямыми — не имеет никакого смысла, потому что вы просто с ума сойдете, пока будете писать обработчики таких ситуаций. Да и зачастую это будет только мешать: представьте себе дорогу, которая утыкана постоянными предупредительными знаками, на которые вы должны реагировать. Ехать по такой дороге будет крайне утомительно.

Разделение на проверяемые и непроверяемые исключения существует только в Java, в других языках программирования, таких как Scala, Groovy, Kotlin или Python, все исключения непроверяемые.

Это довольно холиварная тема и свои мысли по ней я изложу в конце статьи.

Теперь рассмотрим непосредственно иерархию исключений.

Иерархия

Итак, корнем иерархии является java.lang.Throwable, у которого два наследника: java.lang.Exception и java.lang.Error.
В свою очередь java.lang.Exception является родительским классом для java.lang.RuntimeException.

Занятно, что класс java.lang.Throwable назван так, как обычно называют интерфейсы, что иногда вводит в заблуждение новичков. Однако помните, что это класс! Запомнить это довольно просто, достаточно держать в уме то, что исключения могут содержать состояние (например, информация о возникшей проблеме).

Так как в Java все классы являются наследниками java.lang.Object, то и исключения (будучи тоже классами) наследуют все стандартные методы, такие как equals, hashCode, toString и т.д.

Раз мы работаем с классами, то можно с помощью наследования создавать свои собственные иерархии исключений, добавляя в них какое-то специфическое поведение и состояние.

Чтобы создать свой собственный класс исключение необходимо отнаследоваться от одного из классов в иерархии исключений. При этом помните, что наследуется еще и тип исключения: проверяемое или непроверяемое.

Классификация

Каждый тип исключения отвечает за свою область ошибок.

1. java.lang.Exception

   Это ситуации, которые разработчик никак не может предотвратить, например, не получилось закрыть файловый дескриптор или отослать письмо, и исключение является одним из вариантов нормальной работы кода.

   Это проверяемые исключения, мы обязаны на такие исключения реагировать, это будет проверено на этапе компиляции.

   Пример: java.io.IOException, java.io.FileNotFoundException.

2. java.lang.RuntimeException

   Это ситуации, когда основной причиной ошибки является сам разработчик, например, происходит обращение к null ссылке, деление на ноль, выход за границы массива и т.д. При этом исключение не является одним из вариантов нормальной работы кода.

   Это непроверяемые исключения, реагировать на них или нет решает разработчик.

   Пример: java.lang.NullPointerException.

3. java.lang.Error

   Это критические ошибки, аварийные ситуации, после которых мы с трудом или вообще не в состоянии продолжить работу. Например, закончилась память, переполнился стек вызовов и т.д.

   Это непроверяемые исключения, реагировать на них или нет решает разработчик.

   Реагировать на подобные ошибки следует только в том случае, если разработчик точно знает как поступить в такой ситуации. Перехватывать такие ошибки не рекомендуется, так как чаще всего разработчик не знает как реагировать на подобного рода аварийные ситуации.

Теперь перейдем к вопросу: в чем же разница между java.lang.Error и java.lang.Exception?

Error и Exception

Все просто. Исключения java.lang.Error — это более серьезная ситуация, нежели java.lang.Exception.
Это серьезные проблемы в работе приложения, которые тяжело исправить, либо вообще неясно, можно ли это сделать.

Это не просто исключительная ситуация — это ситуация, в которой работоспособность всего приложения под угрозой! Например, исключение java.lang.OutOfMemoryError, сигнализирующее о том, что кончается память или java.lang.StackOverflowError – переполнение стека вызовов, которое можно встретить при бесконечной рекурсии.

Согласитесь, что если не получается преобразовать строку к числу, то это не та ситуация, когда все приложение должно завершаться. Это ситуация, после которой приложение может продолжить работать.
Да, это неприятно, что вы не смогли найти файл по указанному пути, но не настолько критично, как переполнение стека вызовов.

Т.е разница — в логическом разделении.

Поэтому, java.lang.Error и его наследники используются только для критических ситуаций.

Работа с исключениями

Обработка исключений

Корнем иерархии является класс java.lang.Throwable, т.е. что-то «бросаемое».
А раз исключения бросаются, то для обработки мы будем ловить их!

В Java исключения ловят и обрабатывают с помощью конструкции try/catch/finally.

При заключении кода в один или несколько блоков try указывается потенциальная возможность выбрасывания исключения в этом месте, все операторы, которые могут сгенерировать исключение, помещаются в этом блоке.

В блоках catch перечисляются исключения, на которые решено реагировать. Тут определяются блоки кода, предназначенные для решения возникших проблем. Это и есть объявление тех самых получателей/обработчиков исключений.

Пример:

public class ExceptionHandling {
    public static void main(String[] args) {
        try {
             // код
        } catch(FileNotFoundException fnf) {
            // обработчик на FileNotFoundException
        }
    }
}

Тот тип исключения, что указывается в catch блоке можно расценивать как фильтр, который перехватывает все исключения того типа, что вы указали и всех его потомков, расположенных ниже по иерархии.

Представьте себе просеивание муки. Это процесс целью которого является удаление посторонних частиц, отличающихся по размерам от частиц муки. Вы просеиваете через несколько фильтров муку, так как вам не нужны крупные комочки, осколки и другие посторонние частицы, вам нужна именно мука определенного качества. И в зависимости от выставленных фильтров вы будете перехватывать разные частицы, комочки и т.д. Эти частицы и есть исключения. И если выставляется мелкий фильтр, то вы словите как крупные частицы, так и мелкие.

Точно также и в Java, ставя фильтр на java.lang.RuntimeException вы ловите не только java.lang.RuntimeException, но и всех его наследников! Ведь эти потомки — это тоже runtime ошибки!

В блоке finally определяется код, который будет всегда выполнен, независимо от результата выполнения блоков try/catch. Этот блок будет выполняться независимо от того, выполнился или нет блок try до конца, было ли сгенерировано исключение или нет, и было ли оно обработано в блоке catch или нет.

Пример:

public class ExceptionHandling {
    public static void main(String[] args) {
        try {
             // some code
        } catch(FileNotFoundException fnf) {
            // обработчик 1
        } catch(RuntimeException re) {
            // обработчик 2
        } finally {
            System.out.println("Hello from finally block.");
        }
    }
}

В примере выше объявлен try блок с кодом, который потенциально может сгенерировать исключения, после try блока описаны два обработчика исключений, на случай генерации FileNotFoundException и на случай генерации любого RuntimeException.
Объект исключения доступен по ссылке exception.

Правила try/catch/finally

1. Блок try находится перед блоком catch или finally. При этом должен присутствовать хотя бы один из этих блоков.

2. Между try, catch и finally не может быть никаких операторов.

3. Один блок try может иметь несколько catch блоков. В таком случае будет выполняться первый подходящий блок.

   Поэтому сначала должны идти более специальные блоки обработки исключений, а потом уже более общие.

4. Блок finally будет выполнен всегда, кроме случая, когда JVM преждевременно завершит работу или будет сгенерировано исключение непосредственно в самом finally блоке.

5. Допускается использование вложенных конструкций try/catch/finally.

   public class ExceptionHandling {
       public static void main(String[] args) {
           try {
                try {
                   // some code
               } catch(FileNotFoundException fnf) {
                   // обработчик 1
               }
           } catch(RuntimeException re) {
               // обработчик 2
           } finally {
               System.out.println("Hello from finally block.");
           }
       }
   }

Вопрос:

Каков результат выполнения примера выше, если в блоке try не будет сгенерировано ни одного исключения?

Ответ:

Будет выведено на экран: «Hello from finally block.».

Так как блок finally выполняется всегда.

Вопрос:

Теперь немного видоизменим код, каков результат выполнения будет теперь?

public class ExceptionHandling {
  public static void main(String[] args) {
    try {
         return;
    } finally {
         System.out.println("Hello from finally block");
    }
  }
}

Ответ:

На экран будет выведено: Hello from finally block.

Вопрос:

Плохим тоном считается прямое наследование от java.lang.Throwable.
Это строго не рекомендуется делать, почему?

Ответ:

Наследование от наиболее общего класса, а в данном случае от корневого класса иерархии, усложняет обработку ваших исключений. Проблему надо стараться локализовать, а не делать ее описание/объявление максимально общим. Согласитесь, что java.lang.IllegalArgumentException говорит гораздо больше, чем java.lang.RuntimeException. А значит и реакция на первое исключение будет более точная, чем на второе.

Далее приводится несколько примеров перехвата исключений разных типов:

Обработка java.lang.RuntimeException:

try {
    String numberAsString = "one";
    Double res = Double.valueOf(numberAsString);
} catch (RuntimeException re) {
    System.err.println("Error while convert string to double!");
}

Результатом будет печать на экран: Error while convert string to double!.

Обработка java.lang.Error:

try {
    throw new Error();
} catch (RuntimeException re) {
    System.out.println("RuntimeException");
} catch (Error error) {
    System.out.println("ERROR");
}

Результатом будет печать на экран: ERROR.

Расположение catch блоков

Как уже было сказано, один блок try может иметь несколько catch блоков. В таком случае будет выполняться первый подходящий блок.

Это значит, что порядок расположения catch блоков важен.

Рассмотрим ситуацию, когда некоторый используемый нами метод может выбросить два разных исключения:

void method() throws Exception {
    if (new Random((System.currentTimeMillis())).nextBoolean()) {
        throw new Exception();
    } else {
       throw new IOException();
    }
}

Конструкция new Random((System.currentTimeMillis())).nextBoolean() генерирует нам случайное значение false или true.

Для обработки исключений этого метода написан следующий код:

try {
  method();
} catch (Exception e) {
  // Обработчик 1
} catch (IOException e) {
  // Обработчик 2
}

Все ли хорошо с приведенным выше кодом?
Нет, код выше неверен, так как обработчик java.io.IOException в данном случае недостижим. Все дело в том, что первый обработчик, ответсвенный за Exception, перехватит все исключения, а значит не может быть ситуации, когда мы сможем попасть во второй обработчик.

Снова вспомним пример с мукой, приведенный в начале.

Так вот песчинка, которую мы ищем, это и есть наше исключение, а каждый фильтр это catch блок.

Если первым установлен фильтр ловить все, что является Exception и его потомков, то до фильтра ловить все, что является IOException и его потомков ничего не дойдет, так как верхний фильтр уже перехватит все песчинки.

Отсюда следует правило:

Сначала должны идти более специальные блоки обработки исключений, а потом уже более общие.

А что если на два разных исключения предусмотрена одна и та же реакция? Написание двух одинаковых catch блоков не приветствуется, ведь дублирование кода — это зло.

Поэтому допускается объединить два catch блока с помощью |:

try {
    method2();
} catch (IllegalArgumentException | IndexOutOfBoundsException e) {
    // Обработчик
}

Вопрос:

Есть ли способ перехватить все возможные исключения?

Ответ:

Есть! Если взглянуть еще раз на иерархию, то можно отметить, что java.lang.Throwable является родительским классом для всех исключений, а значит, чтобы поймать все, необходимо написать что-то в виде:

try {
  method();
} catch (Throwable t) {
  // Обработчик
}

Однако, делать так не рекомендуется, что наталкивает на следующий вопрос.

Вопрос:

Почему перехватывать java.lang.Throwable — плохо?

Ответ:

Дело в том, что написав:

try {
  method();
} catch (Throwable t) {
  // catch all
}

Будут перехвачены абсолютно все исключения: и java.lang.Exception, и java.lang.RuntimeException, и java.lang.Error, и все их потомки.

И как реагировать на все? При этом надо учесть, что обычно на java.lang.Error исключений вообще не ясно как реагировать. А значит, мы можем неверно отреагировать на исключение и вообще потерять данные. А ловить то, что не можешь и не собирался обрабатывать — плохо.

Поэтому перехватывать все исключения — плохая практика.

Вопрос-Тест:

Что будет выведено на экран при запуске данного куска кода?

public static void main(String[] args) {
    try {
        try {
            throw new Exception("0");
        } finally {
            if (true) {
                throw new IOException("1");
            }

            System.err.println("2");
        }
    } catch (IOException ex) {
        System.err.println(ex.getMessage());
    } catch (Exception ex) {
        System.err.println("3");
        System.err.println(ex.getMessage());
    }
}

Ответ:

При выполнении данного кода выведется «1».
Давайте разберем почему.

Мы кидаем исключение во вложенном try блоке: throw new Exception("0");.

После этого поток программы ломается и мы попадаем в finally блок:

if (true) {
    throw new IOException("1");
}

System.err.println("2");

Здесь мы гарантированно зайдем в if и кинем уже новое исключение: throw new IOException("1");.
При этом вся информация о первом исключении будет потеряна! Ведь мы никак не отреагировали на него, а в finally блоке и вовсе ‘перезатерли’ новым исключением.

На try, оборачивающий наш код, настроено два фильтра: первый на IOException, второй на Exception.

Так как порядок расположения задан так, что мы прежде всего смотрим на IOException, то и сработает этот фильтр, который выполнит следующий код:

System.err.println(ex.getMessage());

Именно поэтому выведется 1.

Транзакционность

Важным моментом, который нельзя пропустить, является то, что try блок не транзакционный.

Под термином транзакционность я имею в виду то, что либо действия будут выполнены целиком и успешно, либо не будут выполнены вовсе.

Что это значит?

Это значит, что при возникновении исключения в try блоке все совершенные действия не откатываются к изначальному состоянию, а так и остаются совершенными.
Все выделенные ресурсы так и остаются занятыми, в том числе и при возникновении исключения.

По сути именно поэтому и существует finally блок, так как туда, как уже было сказано выше, мы зайдем в любом случае, то там и освобождают выделенные ресурсы.

Вопрос:

Работа с объектами из try блока в других блоках невозможна:

public class ExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            String line = "hello";
        } catch (Exception e) {
            System.err.println(e);
        }

        // Compile error
        System.out.println(line); // Cannot resolve symbol `line`
    }
}

Почему?

Ответ:

Потому что компилятор не может нам гарантировать, что объекты, объявленные в try-блоке, были созданы.

Ведь могло быть сгенерировано исключение. Тогда после места, где было сгенерировано исключение, оставшиеся действия не будут выполнены, а значит возможна ситуация, когда объект не будет создан. Следовательно и работать с ним нельзя.

Вернемся к примеру с грузовиком, чтобы объяснить все вышесказанное.

Объездная здесь — это catch блок, реакция на исключительную ситуацию. Если добавить еще несколько объездных дорог, несколько catch блоков, то водитель выберет наиболее подходящий путь, наиболее подходящий и удобный catch блок, что объясняет важность расположения этих блоков.

Транзакционность на этом примере объясняется тем, что если до этого водитель где-то оплатил проезд по мосту, то деньги ему автоматически не вернутся, необходимо будет написать в поддержку или куда-то пожаловаться на управляющую компанию.

Делегирование

Выше было разобрано то, как обрабатывать исключения. Однако, иногда возникают ситуации, когда в нет конкретного понимания того, как обрабатывать возникшее исключение. В таком случае имеет смысл делегировать задачу обработки исключения коду, который вызвал ваш метод, так как вызывающий код чаще всего обладает более обширными сведениями об источнике проблемы или об операции, которая сейчас выполняется.

Делегирование исключения производится с помощью ключевого слова throws, которое добавляется после сигнатуры метода.

Пример:

// Код написан только для ознакомительной цели, не стоит с него брать пример!
String readLine(String path) throws IOException {
    BufferedReader br = new BufferedReader(...);
    String line = br.readLine();

    return line;
}

Таким образом обеспечивается передача объявленного исключения в место вызова метода. И то, как на него реагировать уже становится заботой вызывающего этот метод.
Поэтому реагировать и писать обработчики на те исключения, которые мы делегировали, внутри метода уже не надо.

Механизм throws введен для проброса проверяемых исключений.

Разумеется, с помощью throws можно описывать делегирование как проверяемых, так и непроверяемых исключений.
Однако перечислять непроверяемые не стоит, такие исключения не контролируются в compile time.

Перечисление непроверяемых исключений бессмысленно, так как это примерно то же самое, что перечислять все, что может с вами случиться на улице.

Теперь пришла пора рассмотреть методы обработки исключительных ситуаций.

Методы и практики работы с исключительными ситуацими

Главное и основное правило при работе с исключениями звучит так:

На исключения надо либо реагировать, либо делегировать, но ни в коем случае не игнорировать.

Определить когда надо реагировать, а когда делегировать проще простого. Задайте вопрос: «Знаю ли я как реагировать на это исключение?».

Если ответ «да, знаю», то реагируйте, пишите обработчик и код, отвечающий за эту реакцию, если не знаете что делать с исключением, то делегируйте вызывающему коду.

Собственные исключения

Выше мы уже затронули то, что исключения это те же классы и объекты.
И иногда удобно выстроить свою иерархию исключений, заточенных под конкретную задачу. Дабы более гибко обрабатывать и реагировать на те исключительные ситуации, которые специфичны решаемой задаче.

Например, пусть есть некоторый справочник:

class Catalog {
    Person findPerson(String name);
}

В данном случае нам надо обработать ситуации, когда name является null, когда в каталоге нет пользователя с таким именем.

Если генерировать на все ситуации java.lang.Exception, то обработка ошибок будет крайне неудобной.
Более того, хотелось бы явно выделить ошибку, связанную с тем, что пользователя такого не существует.
Очевидно, что стандартное исключение для этого случая не существует, а значит вполне логично создать свое.

class PersonNotFoundException extends RuntimeException {
    private String name;

    // some code
}

Обратите внимание, что имя Person, по которому в каталоге не смогли его найти, выделено в свойство класса name.

Теперь при использовании этого метода проще реагировать на различные ситуации, такие как null вместо имени, а проблему с отсутствием Person в каталоге можно отдельно вынести в свой catch блок.

Реагирование через re-throw

Часто бывает необходимо перехватить исключение, сделать запись о том, что случилось (в файл лога, например) и делегировать его вызывающему коду.
Как уже было сказано выше, в рамках конструкции try/catch/finally можно сгенерировать другое исключение.

Такой подход называется re-throw.

Исключение перехватывается в catch блоке, совершаются необходимые действия, например, запись в лог или создание нового, более конкретного для контекста задачи, исключения и повторная генерация исключения.

Как это выглядит на практике:

try {
    Reader readerConf = ....
    readerConf.readConfig();
} catch(IOException ex) {
    System.err.println("Log exception: " + ex);
    throw new ConfigException(ex);
}

Во время чтения конфигурационного файла произошло исключение java.io.IOException, в catch блоке оно было перехвачено, сделана запись в консоль о проблеме, после чего было создано новое, более конкретное, исключение ConfigException, с указанием причины (перехваченное исключение, ссылка на которое ex) и оно было проброшено дальше.

По итогу, из метода с приведенным кодом, в случае ошибки чтения конфигурации, будет выброшено ConfigException.

Для чего мы здесь так поступили?

Это полезно для более гибкой обработки исключений.
В примере выше чтение конфигурации генерирует слишком общее исключение, так как java.io.IOException это довольно общее исключение, но проблема в примере выше понятна: работа с этим конфигурационным файлом невозможна.

Значит и сообщить лучше именно как о том, что это не абстрактный java.io.IOException, а именно ConfigException. При этом, так как перехваченное исключение было передано новому в конструкторе, т.е. указалась причина возникновения (cause) ConfigException, то при выводе на консоль или обработке в вызывающем коде будет понятно почему ConfigException был создан.

Также, можно было добавить еще и текстовое описание к сгенерированному ConfigException, более подробно описывающее произошедшую ситуацию.

Еще одной важной областью применения re-throw бывает преобразование проверяемых исключений в непроверяемые.
В Java 8 даже добавили исключение java.io.UncheckedIOException, которое предназначено как раз для того, чтобы сделать java.io.IOException непроверяемым, обернуть в unchecked обертку.

Пример:

try {
    Reader readerConf = ....
    readerConf.readConfig();
} catch(IOException ex) {
    System.err.println("Log exception: " + ex);
    throw new UncheckedIOException(ex);
}

Не забывайте указывать причину возникновения исключения

В предыдущем пункте мы создали собственное исключение, которому указали причину: перехваченное исключение, java.io.IOException.

Чтобы понять как это работает, давайте рассмотрим наиболее важные поля класса java.lang.Throwable:

public class Throwable implements Serializable {

    /**
     * Specific details about the Throwable.  For example, for
     * {@code FileNotFoundException}, this contains the name of
     * the file that could not be found.
     *
     * @serial
     */
    private String detailMessage;

    // ...


    /**
     * The throwable that caused this throwable to get thrown, or null if this
     * throwable was not caused by another throwable, or if the causative
     * throwable is unknown.  If this field is equal to this throwable itself,
     * it indicates that the cause of this throwable has not yet been
     * initialized.
     *
     * @serial
     * @since 1.4
     */
    private Throwable cause = this;

    // ...
}

Все исключения, будь то java.lang.RuntimeException, либо java.lang.Exception имеют необходимые конструкторы для инициализации этих полей.

При создании собственного исключения не пренебрегайте этими конструкторами!

Поле cause используются для указания родительского исключения, причины. Например, выше мы перехватили java.io.IOException, прокинув свое исключение вместо него. Но причиной того, что наш код выкинул ConfigException было именно исключение java.io.IOException. И эту причину нельзя игнорировать.

Представьте, что код, использующий ваш метод также перехватил ConfigException, пробросив какое-то своё исключение, а это исключение снова кто-то перехватил и пробросил свое. Получается, что истинная причина будет просто потеряна! Однако, если каждый будет указывать cause, истинного виновника возникновения исключения, то вы всегда сможете обнаружить по этому стеку виновника.

Для получения причины возникновения исключения существует метод getCause.

public class ExceptionExample {
    public Config readConfig() throws ConfigException { // (1)
      try {
        Reader readerConf = ....;
        readerConf.readConfig();
      } catch (IOException ex) {
          System.err.println("Log exception: " + ex);
          throw new ConfigException(ex); // (2)
      }
    }

    public void run() {
        try {
            Config config = readConfig(); // (3)
        } catch (ConfigException e) {
            Throwable t = e.getCause(); // (4)
        }
    }
}

В коде выше:

1. В строке (1) объявлен метод readConfig, который может выбросить ConfigException.
2. В строке (2) создаётся исключение ConfigException, в конструктор которого передается IOException — причина возникновения.
3. readConfig вызывается в (3) строке кода.
4. А в (4) вызван метод getCause который и вернёт причину возникновения ConfigException — IOException.

Сохранение исключения

Исключения необязательно генерировать, пробрасывать и так далее.
Выше уже упоминалось, что исключение — это Java-объект. А значит, его вполне можно присвоить переменной или свойству класса, передать по ссылке в метод и т.д.

class Reader {
    // A holder of the last IOException encountered
    private IOException lastException;

    // some code
    
    public void read() {
        try {
            Reader readerConf = ....
            readerConf.readConfig();
        } catch(IOException ex) {
            System.err.println("Log exception: " + ex);
            lastException = ex;
        }
    }
}

Генерация исключения это довольно дорогостоящая операция. Кроме того, исключения ломают поток выполнения программы. Чтобы не ломать поток выполнения, но при этом иметь возможность в дальнейшем отреагировать на исключительную ситуацию можно присвоить ее свойству класса или переменой.

Подобный прием использован в java.util.Scanner, где генерируемое исключение чтения потока сохраняется в свойство класса lastException.

Еще одним способом применения сохранения исключения может являться ситуация, когда надо сделать N операций, какие-то из них могут быть не выполнены и будет сгенерировано исключение, но реагировать на эти исключения будут позже, скопом.

Например, идет запись в базу данных тысячу строк построчно.
Из них 100 записей происходит с ошибкой.
Эти исключения складываются в список, а после этот список передается специальному методу, который по каждой ситуации из списка как-то отреагирует.
Т.е пока делаете операцию, копите ошибки, а потом уже реагируете.

Это похоже на то, как опрашивают 1000 человек, а негативные отзывы/голоса записывают, после чего реагируют на них. Согласитесь, было бы глупо после каждого негативного отзыва осуществлять реакцию, а потом снова возвращаться к толпе и продолжать опрос.

class Example {
    private List<Exception> exceptions;

    // some code
    
    public void parse(String s) {
        try {
            // do smth
        } catch(Exception ex) {
            exceptions.add(ex);
        }
    }

    private void handleExceptions()  {
        for(Exception e : exceptions) {
            System.err.println("Log exception: " + e);
        }
    }
}

Логирование

Когда логировать исключение?

В большинстве случаев лучше всего логировать исключение в месте его обработки. Это связано с тем, что именно в данном месте кода достаточно информации для описания возникшей проблемы — реакции на исключение. Кроме этого, одно и то же исключение при вызове одного и того же метода можно перехватывать в разных местах программы.

Также, исключение может быть частью ожидаемого поведения. В этом случае нет необходимости его логировать.

Поэтому не стоит преждевременно логировать исключение, например:

/**
 * Parse date from string to java.util.Date.
 * @param date as string 
 * @return Date object.
 */
public static Date from(String date) {
    try {
        DateFormat format = new SimpleDateFormat("MMMM d, yyyy", Locale.ENGLISH);
        return format.parse(date);
    }  catch (ParseException e) {
        logger.error("Can't parse ")
        throw e;
    }
}

Здесь ParseException является частью ожидаемой работы, в ситуациях, когда строка содержит невалидные данные.
Раз происходит делегирование исключения выше (с помощью throw), то и там, где его будут обрабатывать и лучше всего логировать, а эта запись в лог будет избыточной. Хотя бы потому, что в месте обработки исключения его тоже залогируют!

Подробнее о логировании.

Чего нельзя делать при обработке исключений

1. Старайтесь не игнорировать исключения.

   В частности, никогда не пишите подобный код:

       try {
           Reader readerConf = ....
           readerConf.readConfig();
       } catch(IOException e) {
           e.printStackTrace();
       }

2. Не следует писать ‘универсальные’ блоки обработки исключений.

   Ведь очень трудно представить себе метод, который одинаково реагировал бы на все возникающие проблемы.

   Также программный код может измениться, а ‘универсальный’ обработчик исключений будет продолжать обрабатывать новые типы исключений одинаково.

   Поэтому таких ситуаций лучше не допускать.

3. Старайтесь не преобразовывать более конкретные исключения в более общие.

   В частности, например, не следует java.io.IOException преобразовывать в java.lang.Exception или в java.lang.Throwable.

   Чем с более конкретными исключениями идет работа, тем проще реагировать и принимать решения об их обработке.

4. Старайтесь не злоупотреблять исключениями.

   Если исключение можно не допустить, например, дополнительной проверкой, то лучше так и сделать.

   Например, можно обезопасить себя от java.lang.NullPointerException простой проверкой:

     if(ref != null) {
         // some code
     }

Try-with-resources или try-с-ресурсами

Как уже говорилось выше про finally блок, код в нем выполняется в любом случае, что делает его отличным кандидатом на место по освобождению ресурсов, учитывая нетранзакционность блока try.

Чаще всего за закрытие ресурса будет отвечать код, наподобие этого:

try {
    // code
} finally {
    resource.close();
}

Освобождение ресурса (например, освобождение файлового дескриптора) — это поведение.

А за поведение в Java отвечают интерфейсы.

Это наталкивает на мысль, что нужен некоторый общий интерфейс, который бы реализовывали все классы, для которых необходимо выполнить какой-то код по освобождению ресурсов, т.е выполнить ‘закрытие’ в finally блоке и еще удобнее, если бы этот однообразный finally блок не нужно было писать каждый раз.

Поэтому, начиная с Java 7, была введена конструкция try-with-resources или TWR.

Для этого объявили специальный интерфейс java.lang.AutoCloseable, у которого один метод:

void close() throws Exception;

Все классы, которые будут использоваться так, как было описано выше, должны реализовать или java.lang.Closable, или java.lang.AutoCloseable.

В качестве примера, напишем код чтения содержимого файла и представим две реализации этой задачи: используя и не используя try-with-resources.

Без использования try-with-resources (пример ниже плох и служит только для демонстрации объема необходимого кода):

BufferedReader br = null;
try {
    br = new BufferedReader(new FileReader(path));
    // read from file
} catch (IOException e) {
    // catch and do smth
} finally {
    try {
        if (br != null) {
            br.close();
        }
    } catch (IOException ex) {
        // catch and do smth
    }
}

А теперь то же самое, но в Java 7+:

try (FileReader fr = new FileReader(path);
    BufferedReader br = new BufferedReader(fr)) {
         // read from file
} catch (IOException e) {
         // catch and do smth
}

По возможности пользуйтесь только try-with-resources.

Помните, что без реализации java.lang.Closable или java.lang.AutoCloseable ваш класс не будет работать с try-with-resources так, как показано выше.

Вопрос:

Получается, что используя TWR мы не пишем код для закрытия ресурсов, но при их закрытии может же тоже быть исключение! Что произойдет?

Ответ:

Точно так же, как и без TWR, исключение выбросится так, будто оно было в finally-блоке.

Помните, что TWR, грубо говоря, просто добавляет вам блок кода вида:

finally {
    resource.close();
}

Вопрос:

Является ли безопасной конструкция следующего вида?

try (BufferedWriter bufferedWriter
        = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("a")))) {
}

Ответ:

Не совсем, если конструктор OutputStreamWriter или BufferedWriter выбросит исключение, то FileOutputStream закрыт не будет.

Пример, демонстрирующий это:

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        try (ThrowingAutoCloseable throwingAutoCloseable
                     = new ThrowingAutoCloseable(new PrintingAutoCloseable())) { // (1)
        }
    }

    private static class ThrowingAutoCloseable implements AutoCloseable { // (2)
        private final AutoCloseable other;

        public ThrowingAutoCloseable(AutoCloseable other) {
            this.other = other;
            throw new IllegalStateException("I always throw"); // (3)
        }

        @Override
        public void close() throws Exception {
            try {
                other.close(); // (4)
            } finally {
                System.out.println("ThrowingAutoCloseable is closed");
            }
        }
    }

    private static class PrintingAutoCloseable implements AutoCloseable { // (5)
        public PrintingAutoCloseable() {
            System.out.println("PrintingAutoCloseable created"); // (6)
        }

        @Override
        public void close() {
            System.out.println("PrintingAutoCloseable is closed"); // (7)
        }
    }
}

1. В строке (1) происходит заворачивание одного ресурса в другой, аналогично new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("a"))).
2. ThrowingAutoCloseable (2) — такой AutoCloseable, который всегда бросает исключение (3), в (4) производится попытка закрыть полученный в конструкторе AutoCloseable.
3. PrintingAutoCloseable (5) — AutoCloseable, который печатает сообщения о своём создании (6) и закрытии (7).

В результате выполнения этой программы вывод будет примерно следующим:

PrintingAutoCloseable created
Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: I always throw
    at ru.misc.Main$ThrowingAutoCloseable.<init>(Main.java:19)
    at ru.misc.Main.main(Main.java:9)

Как видно, PrintingAutoCloseable закрыт не был!

Вопрос:

В каком порядке закрываются ресурсы, объявленные в try-with-resources?

Ответ:

В обратном.

Пример:

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        try (PrintingAutoCloseable printingAutoCloseable1 = new PrintingAutoCloseable("1");
             PrintingAutoCloseable printingAutoCloseable2 = new PrintingAutoCloseable("2");
             PrintingAutoCloseable printingAutoCloseable3 = new PrintingAutoCloseable("3")) {
        }
    }

    private static class PrintingAutoCloseable implements AutoCloseable {
        private final String id;

        public PrintingAutoCloseable(String id) {
            this.id = id;
        }

        @Override
        public void close() {
            System.out.println("Closed " + id);
        }
    }
}

Вывод:

Closed 3
Closed 2
Closed 1

Общие советы

Избегайте генерации исключений, если их можно избежать простой проверкой

Как уже было сказано выше, исключения ломают поток выполнения программы. Если же на сгенерированное исключение не найдется обработчика, не будет подходящего catch блока, то программа и вовсе будет завершена. Кроме того, генерация исключения это довольно дорогостоящая операция.

Помните, что если исключение можно не допустить, то лучше так и сделать.

Отсюда следует первый совет: не брезгуйте дополнительными проверками.

1. Не ловите IllegalArgumentException, NullPointerException, ArrayIndexOutOfBoundsException и подобные.
   Потому что эти ошибки — это явная отсылка к тому, что где-то недостает проверки.
   Обращение по индексу за пределами массива, NullPointerException, все эти исключения — это ошибка разработчика.
2. Вводите дополнительные проверки на данные, дабы избежать возникновения непроверяемых исключения

Например, запретите вводить в поле возраста не числовые значения, проверяйте ссылки на null перед обращением и т.д.

Предпочитайте Optional, если отсутствие значения — не исключительная ситуация

При написании API к каким-то хранилищам или коллекциям очень часто на отсутствие элемента генерируется исключение, как например в разделе собственные исключения.

class Catalog {
    Person findPerson(String name);
}

Но и в этом случае генерации исключения можно избежать, если воспользоваться java.util.Optional:

Optional<Person> findPerson(String name);

Класс java.util.Optional был добавлен в Java 8 и предназначен как раз для подобных ситуаций, когда возвращаемого значения может не быть. В зависимости от задачи и контекста можно как генерировать исключение, как это сделано в примере с PersonNotFoundException, так и изменить сигнатуру метода, воспользовавшись java.util.Optional.

Отсюда следует второй совет: думайте над API ваших классов, исключений можно избежать воспользовавшись другим подходом.

Заранее обдумывайте контракты методов

Важным моментом, который нельзя не упомянуть, является то, что если в методе объявляется, что он может сгенерировать исключение (с помощью throws), то при переопределении такого метода нельзя указать более общее исключение в качестве выбрасываемого.

class Person {
    void hello() throws RuntimeException {
        // some code
    }
}

// Compile Error
class PPerson extends Person {
    @Override
    void hello() throws Exception {
        // some code
    }
}

Если было явно указано, что метод может сгенерировать java.lang.RuntimeException, то нельзя объявить более общее бросаемое исключение при переопределении. Но можно указать потомка:

// IllegalArgumentException - потомок RuntimeException!
class PPerson extends Person {
    @Override
    void hello() throws IllegalArgumentException {
        // some code
    }
}

Что, в целом логично.

Если объявляется, что метод может сгенерировать java.lang.RuntimeException, а он выбрасывает java.io.IOException, то это было бы как минимум странно.

Это объясняется и с помощью полимофризма. Пусть есть интерфейс, в котором объявлен метод, генерирующий исключение. Если полиморфно работать с объектом через общий интерфейс, то разработчик обязан обработать исключение, объявленное в интерфейсе, а если одна из реализаций интерфейса генерирует более общее исключение, то это нарушает полиморфизм. Поэтому такой код даже не скомпилируется.

При этом при переопределении можно вообще не объявлять бросаемые исключения, таким образом сообщив, что все проблемы будут решены в методе:

class PPerson extends Person {
    @Override
    void hello() {
        // some code
    }
}

Отсюда следует третий совет: необходимо думать о тех исключениях, которые делегирует метод, если класс может участвовать в наследовании.

Предпочитайте исключения кодам ошибок и boolean флагам-признакам успеха

1. Исключения более информативны: они позволяют передать сообщение с описанием ошибки
2. Исключение практически невозможно проигнорировать
3. Исключение может быть обработано кодом, находящимся выше по стеку, а boolean-флаг или код ошибки необходимо обрабатывать здесь и сейчас

Исключения и статические блоки

Еще интересно поговорить про то, что происходит, если исключение возникает в статическом блоке.

Так вот, такие исключения оборачиваются в java.lang.ExceptionInInitializerError:

public class ExceptionHandling {
    static {
        throwRuntimeException();
    }

    private static void throwRuntimeException()  {
        throw new NullPointerException();
    }

    public static void main(String[] args)  {
        System.out.println("Hello World");
    }
}

Результатом будет падение со следующим стектрейсом:

java.lang.ExceptionInInitializerError Caused by: java.lang.NullPointerException at exception.test.ExceptionHandling.throwRuntimeException(ExceptionHandling.java:13) at exception.test.ExceptionHandling. (ExceptionHandling.java:8)

Многопоточность и исключения

Код в Java потоке выполняется в методе со следующей сигнатурой:

Что делает невозможным пробрасывание проверяемых исключений, т.е разработчик должен обрабатывать все проверяемые исключения внутри метода run.

Непроверяемые исключения обрабатывать необязательно, однако необработанное исключение, выброшенное из run, завершит работу потока.

Например:

public class ExceptionHandling4 {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t = new Thread() {
        @Override
        public void run() {
                throw new RuntimeException("Testing unhandled exception processing.");
         }
    };
    t.start();
  }
}

Результатом выполнения этого кода будет то, что возникшее исключение прервет поток исполнения (interrupt thread):

Exception in thread “Thread-0” java.lang.RuntimeException: Testing unhandled exception processing. at exception.test. ExceptionHandling4$1.run(ExceptionHandling4.java:27)

При использовании нескольких потоков бывают ситуации, когда надо знать, как поток завершился, из-за какого именно исключения. И, разумеется, отреагировать на это.

В таких ситуациях рекомендуется использовать Thread.UncaughtExceptionHandler.

t.setUncaughtExceptionHandler(new Thread.UncaughtExceptionHandler() {
          public void uncaughtException(Thread t, Throwable e)   {
             System.out.println("Handled uncaught exception in thread :" + t + " Exception : " + e);
         }
  });

И вывод уже будет:

Handled uncaught exception in thread :Thread[Thread-0,5,main] Exception : java.lang.RuntimeException: Testing unhandled exception processing.

Необработанное исключение RuntimeException("Testing unhandled exception processing."), убившее поток, было перехвачено специальным зарегистрированным обработчиком.

Проверяемые исключения и их необходимость

В большинстве языков программирования, таких как C#, Scala, Groovy, Python и т.д., нет такого разделения, как в Java, на проверяемые и непроверяемые исключения.
Почему оно введено в Java было разобрано выше, а вот почему проверяемые исключения недолюбливают разработчики?

Основных причин две, это причины с: версионированием и масштабируемостью.

Представим, что вы, как разработчик библиотеки, объявили некоторый условный метод foo, бросающий исключения A, B и C:

void foo() throws A, B, C;

В следующей версии библиотеки в метод foo добавили функциональности и теперь он бросает еще новое исключение D:

void foo() throws A, B, C, D;

В таком случае новая версия библиотеки сломает код тех, кто ей пользуется. Это сравнимо с тем, что добавляется новый метод в интерфейс.

И с одной стороны, это правильно, так как в новой версии добавляется еще одно исключение и те, кто использует библиотеку должны отреагировать на все новые исключения. С другой стороны, чаще всего такие исключения будут также проброшены дальше. Все дело в том, что случаев, когда можно обработать специфический тип исключения, например тот же D или A в примере выше, и сделать в обработчике что-то интеллектуальное, можно пересчитать по пальцам одной руки.

Проблема с масштабируемостью начинается тогда, когда происходит вызов не одного, а нескольких API, каждый из которых также несет с собой проверяемые исключения. Представьте, что помимо foo, бросающего A, B, C и D, в методе hello вызывается еще и bar, который также бросает E и T исключения. Как сказано выше, как реагировать чаще всего непонятно, поэтому эти исключения делегируются вызывающему коду, из-за чего объявление метода hello выглядит совсем уж угрожающе:

void hello() throws A, B, C, D, E, T {
    try {
        foo();
        bar();
    } finally {
        // clear resources if needed
    }
}

Все это настолько раздражающе, что чаще всего разработчики просто объявляют наиболее общее исключение в throws:

void hello() throws Exception {
    try {
        foo();
        bar();
    } finally {
        // clear resources if needed
    }
}

А в таком случае это все равно, что сказать «метод может выбросить исключение» — это настолько общие и абстрактные слова, что смысла в throws Exception практически нет.

Также есть еще одна проблема с проверяемыми исключениями. Это то, что с проверяемыми исключениями крайне неудобно работать в lambda-ах и stream-ах:

// compilation error
    Lists.newArrayList("a", "asg").stream().map(e -> {throw new Exception();});

Так как с Java 8 использование lambda и stream-ов распространенная практика, то накладываемые ограничения вызовут дополнительные трудности при использовании проверяемых исключений.

Поэтому многие разработчики недолюбливают проверяемые исключения, например, оборачивая их в непроверяемые аналоги с помощью re-throw.

Мое мнение таково: на проверяемых исключениях очень хорошо учиться. Компилятор и язык сами подсказывают вам, что нельзя игнорировать исключения и требуют от вас реакции. Опять же, логическое разделение на проверяемые и непроверяемые помогает в понимании исключений, в понимании того, как и на что реагировать. В промышленной же разработке это становится уже больше раздражающим фактором.

В своей работе я стараюсь чаще использовать непроверяемые исключения, а проверяемые оборачивать в unchecked аналоги, как, например, java.io.IOException и java.io.UncheckedIOException.

Заключение

Иерархия исключений в Java.

Исключения делятся на два типа: непроверяемые(unchecked) и проверяемые(checked). Проверяемые исключения — это исключения, которые проверяются на этапе компиляции, мы обязаны на них отреагировать.

Проверяемые исключения в Java используются тогда, когда разработчик никак не может предотвратить их возникновение. Причину возникновения java.lang.RuntimeException можно проверить и устранить заранее, например, проверить ссылку на null перед вызовом метода, на объекте по ссылке. А вот с причинами проверяемых исключений так сделать не получится, так как ошибка при чтении файла может возникнуть непосредственно в момент чтения, потому что другая программа его удалила. Соответственно, при чтении файла требуется обрабатывать java.io.IOException, который является потомком java.lang.Exception.

Допускается создание собственных исключений, признак проверяемости или непроверяемости наследуется от родителя. Исключения — это такие же классы, со своим поведением и состоянием, поэтому при наследовании вполне допускается добавить дополнительное поведение или свойства классу.

Обработка исключений происходит с помощью конструкции try/catch/finally. Один блок try может иметь несколько catch блоков. В таком случае будет выполняться первый подходящий блок.

Помните, что try блок не транзакционен, все ресурсы, занятые в try ДО исключения остаются в памяти. Их надо освобождать и очищать вручную.
Если вы используете Java версии 7 и выше, то отдавайте предпочтение конструкции try-with-resources.

Основное правило:

На исключения можно реагировать, их обработку можно делегировать, но ни в коем случае нельзя их игнорировать.

Определить когда надо реагировать, а когда делегировать проще простого. Задайте вопрос: «Знаю ли я как реагировать на это исключение?».
Если ответ «да, знаю», то реагируйте, пишите обработчик и код, отвечающий за эту реакцию, если не знаете что делать с исключением, то делегируйте вызывающему коду.

Помните, что перехват java.lang.Error стоит делать только если вы точно знаете, что делаете. Восстановление после таких ошибок не всегда возможно и почти всегда нетривиально.
Не забывайте, что большинство ошибок java.lang.RuntimeException и его потомков можно избежать.

Не бойтесь создавать собственные исключения, так как это позволит писать более гибкие обработчики, а значит более точно реагировать на проблемы.

Представьте себе, что существуют пять причин, по которым может быть выброшено исключение, и во всех пяти случаях бросается java.lang.Exception. Вы же спятите разбираться, чем именно это исключение вызвано.

(c) Евгений Матюшкин.

Помните, что исключения ломают поток выполнения программы, поэтому чем раньше вы обработаете возникшую проблему, тем лучше. Отсюда же следует совет, что лучше не разбрасываться исключениями, так как помимо того, что это ломает поток выполнения, это еще и дорогостоящая операция.

Постарайтесь не создавать ‘универсальных’ обработчиков, так как это чревато трудноуловимыми ошибками.

Если исключение можно не генерировать, то лучше так и сделать. Не пренебрегайте проверками.

Старайтесь продумывать то, как вы будете реагировать на исключения, не игнорировать их, использовать только try-с-ресурсами.

Помните:

In Java you can ignore exceptions, but you have to willfully do it. You can’t accidentally say, «I don’t care.» You have to explicitly say, «I don’t care.»

(c) James Gosling.

Для закрепления материала рекомендую ознакомиться с ссылками ниже и этим материалом.

Полезные ссылки

1. Книга С. Стелтинг ‘Java без сбоев: обработка исключений, тестирование, отладка’
2. Oracle Java Tutorials
3. Лекция Технострим Исключения
4. Лекция OTUS Исключения в Java
5. Лекция Ивана Пономарёва по исключениям
6. Заметка Евгения Матюшкина про Исключения
7. Failure and Exceptions by James Gosling
8. The Trouble with Checked Exceptions by Bill Venners with Bruce Eckel
9. Никто не умеет обрабатывать ошибки
10. Исключения и обобщенные типы в Java
11. Вопросы для закрепления