Что такое ошибка java
Исключения в Java. Часть 1
Разбираемся, что такое исключения, зачем они нужны и как с ними работать.
Из этой статьи вы узнаете:
Код вашей программы исправно компилируется и запускается, только вот вместо желанного результата вы видите непонятный текст. Строчки его будто кричат на вас, аж побагровели.
За примером далеко ходить не надо: сделаем то, что нам запрещали ещё в школе, — поделим на ноль.
Это и есть исключение.
«Исключение» — сокращение от слов «исключительный случай». Это ситуация, в которой программа не может продолжить работу или её работа становится бессмысленной. Причём речь не только о нештатных ситуациях — исключения бывают и намеренными, такие разработчик вызывает сам.
Это интересно. Исключения в Java появились уже в первой версии языка. А вот в языках, где их нет, вместо них возвращают коды ошибок.
Хлебом не корми —
дай кому-нибудь про Java рассказать.
Иерархия исключений и ошибки
У всех классов исключений есть общий класс-предок Throwable, от него наследуются классы Error и Exception, базовые для всех прочих.
Что такое ошибки (Errors)
Error is the superclass of all the exceptions from which ordinary programs are not ordinarily expected to recover.
Что в переводе означает: ошибки (Error) — это такие исключительные ситуации, в которых восстанавливать работу программы не предполагается.
То есть это проблемы, которые нельзя (недопустимо) исправлять на ходу. Всё, что нам остаётся, — извиниться перед пользователем и впредь писать программы, где возникнет меньше подобных ситуаций. Например, не допускать такой глубокой рекурсии, как в коде ниже:
При работе этого метода у нас возникнет ошибка: Exception in thread «main» java.lang.StackOverflowError — стек вызовов переполнился, так как мы не указали условие выхода из рекурсии.
Что такое исключения (Exceptions)
А теперь об Exception. Эти исключительные ситуации возникают, если разработчик допустил невыполнимую операцию, не предусмотрел особые случаи в бизнес-логике программы (или сообщает о них с помощью исключений).
1. Невыполнимая операция
Мир не рухнул, как в случае с Error, просто Java не знает, что делать дальше. Как раз из этого разряда деление на ноль в начале статьи: и правда, какое значение тогда присвоить переменной oops?
Убедитесь сами, что исключение класса ArithmeticException наследуется как раз от Exception.
Другая частая ситуация — обращение к несуществующему элементу массива. Например, у нас в нём десять элементов, а мы пытаемся обратиться к одиннадцатому.
2. Особый случай в бизнес-логике программы
Классика. Программируем задачу о перевозке волка, козы и капусты через реку: в лодке может быть только два пассажира, но волка с козой и козу с капустой нельзя оставлять на берегу вместе. Это и есть особый случай в бизнес-логике, который нельзя нарушать.
Или пользователь вводит дату начала некоторого периода и дату его окончания. Вторая дата не может быть раньше первой.
Или, допустим, у нас есть метод, который читает файл. Сам метод написан верно. Пользователь передал в него корректный путь. Только вот у этого работника нет права читать этот файл (его роль и права обусловлены предметной областью). Что же тогда методу возвращать? Вернуть-то нечего, ведь метод не отработал. Самое очевидное решение — выдать исключение.
В дерево исключений мы ещё углубимся, а сейчас посмотрим, что и как с ними делают.
Что делать с исключениями
Простейший вариант — ничего; возникает исключение — программа просто прекращает работать.
Полное руководство по обработке исключений в Java
Исключение — ошибка, которая нарушает нормальную работу программы. Java обеспечивает надежный объектно-ориентированный способ обработки исключений. Именно его мы и будем изучать в этом руководстве.
Обработка исключений в Java. Краткий обзор
Исключение может возникнуть в разного рода ситуациях: неправильные входные данные, аппаратный сбой, сбоя сетевого соединения, ошибка при работе с базой данных и т.д. Именно поэтому любой Java программист должен уметь правильно обрабатывать исключения, понимать причины их появления и следовать лучшим практикам работы с исключениями даже в небольших проектах.
Java — объектно-ориентированный язык программирования, поэтому всякий раз, когда происходит ошибка при выполнении инструкции, создается объект-исключение, а затем нормальный ход выполнения программы останавливается и JRE пытается найти кого-то, кто может справиться (обработать) это исключение. Объект-исключение содержит много информации об отладке, а именно номер строки, где произошло исключение, тип исключения и т.д.
Что и как происходит, когда появляется ошибка
Когда в методе происходит исключение, то процесс создания объекта-исключения и передачи его в Runtime Environment называется «бросать исключение».
После создания исключения, Java Runtime Environment пытается найти обработчик исключения.
Обработчик исключения — блок кода, который может обрабатывать объект-исключение.
Логика нахождения обработчика исключений проста — прежде всего начинается поиск в методе, где возникла ошибка, если соответствующий обработчик не найден, то происходит переход к тому методу, который вызывает этот метод и так далее.
Если соответствующий обработчик исключений будет найден, то объект-исключение передаётся обработчику.
Обработать исключение — значит «поймать исключение».
Если обработчик исключений не был найден, то программа завершает работу и печатает информации об исключении.
Обратите внимание, что обработка исключений в Java — это фреймворк, который используется только для обработки ошибок времени выполнения. Ошибки компиляции не обрабатываются рамках обработки исключений.
Основные элементы обработки исключений в Java
Мы используем определенные ключевые слова в для создания блока обработки исключений. Давайте рассмотрим их на примере. Также мы напишем простую программу для обработки исключений.
Давайте посмотрим простую программу обработки исключений в Java.
А в консоле эта программа напишет такое:
Важные моменты в обработке исключений:
Иерархия исключений в Java
На рисунке 1 представлена иерархия исключений в Java:
Рисунок 1 — Иерархия исключений в Java
Полезные методы в обработке исключений
Полезные методы класса Throwable :
Автоматическое управление ресурсами и улучшения блока перехвата ошибок в Java 7
Исключения в Java, Часть I (try-catch-finally)
Это первая часть статьи, посвященной такому языковому механизму Java как исключения (вторая (checked/unchecked) вот). Она имеет вводный характер и рассчитана на начинающих разработчиков или тех, кто только приступает к изучению языка.
Также я веду курс «Scala for Java Developers» на платформе для онлайн-образования udemy.com (аналог Coursera/EdX).
1. Ключевые слова: try, catch, finally, throw, throws
«Магия» (т.е. некоторое поведение никак не отраженное в исходном коде и потому неповторяемое пользователем) исключений #1 заключается в том, что catch, throw, throws можно использовать исключительно с java.lang.Throwable или его потомками.
throws:
Годится
catch:
Годится
throw:
Годится
Кроме того, throw требуется не-null аргумент, иначе NullPointerException в момент выполнения
throw и new — это две независимых операции. В следующем коде мы независимо создаем объект исключения и «бросаем» его
Однако, попробуйте проанализировать вот это
2. Почему используем System.err, а не System.out
System.out — buffered-поток вывода, а System.err — нет. Таким образом вывод может быть как таким
Так и вот таким (err обогнало out при выводе в консоль)
Давайте это нарисуем
когда Вы пишете в System.err — ваше сообщение тут же выводится на консоль, но когда пишете в System.out, то оно может на какое-то время быть буферизированно. Stacktrace необработанного исключение выводится через System.err, что позволяет им обгонять «обычные» сообщения.
3. Компилятор требует вернуть результат (или требует молчать)
Если в объявлении метода сказано, что он возвращает НЕ void, то компилятор зорко следит, что бы мы вернули экземпляр требуемого типа или экземпляр типа, который можно неявно привести к требуемому
вот так не пройдет (другой тип)
Вот так не выйдет — нет возврата
и вот так не пройдет (компилятор не может удостовериться, что возврат будет)
Компилятор отслеживает, что бы мы что-то вернули, так как иначе непонятно, что должна была бы напечатать данная программа
Из-забавного, можно ничего не возвращать, а «повесить метод»
Тут в d никогда ничего не будет присвоено, так как метод sqr повисает
Компилятор пропустит «вилку» (таки берем в квадрат ИЛИ висим)
Но механизм исключений позволяет НИЧЕГО НЕ ВОЗВРАЩАТЬ!
Итак, у нас есть ТРИ варианта для компилятора
Но КАКОЙ ЖЕ double вернет функция, бросающая RuntimeException?
А НИКАКОЙ!
Подытожим: бросаемое исключение — это дополнительный возвращаемый тип. Если ваш метод объявил, что возвращает double, но у вас нет double — можете бросить исключение. Если ваш метод объявил, что ничего не возвращает (void), но у вам таки есть что сказать — можете бросить исключение.
Давайте рассмотрим некоторый пример из практики.
Задача: реализовать функцию, вычисляющую площадь прямоугольника
важно, что задание звучит именно так, в терминах предметной области — «вычислить площадь прямоугольника», а не в терминах решения «перемножить два числа»:
Мы не можем ничего не вернуть
Можно, конечно, отписаться в консоль, но кто ее будет читать и как определить где была поломка. При чем, вычисление то продолжится с неправильными данными
Можно вернуть специальное значение, показывающее, что что-то не так (error code), но кто гарантирует, что его прочитают, а не просто воспользуются им?
Можем, конечно, целиком остановить виртуальную машину
Но «правильный путь» таков: если обнаружили возможное некорректное поведение, то
1. Вычисления остановить, сгенерировать сообщение-поломку, которое трудно игнорировать, предоставить пользователю информацию о причине, предоставить пользователю возможность все починить (загрузить белье назад и повторно нажать кнопку старт)
4. Нелокальная передача управления (nonlocal control transfer)
Механизм исключительных ситуация (исключений) — это механизм НЕЛОКАЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ.
Что под этим имеется в виду?
Программа, в ходе своего выполнения (точнее исполнения инструкций в рамках отдельного потока), оперирует стеком («стопкой») фреймов. Передача управления осуществляется либо в рамках одного фрейма
и другие операторы.
return — выходим из ОДНОГО фрейма (из фрейма #4(метод h()))
throw — выходим из ВСЕХ фреймов
При помощи catch мы можем остановить летящее исключение (причина, по которой мы автоматически покидаем фреймы).
Останавливаем через 3 фрейма, пролетаем фрейм #4(метод h()) + пролетаем фрейм #3(метод g()) + фрейм #2(метод f())
Обратите внимание, стандартный сценарий работы был восстановлен в методе main() (фрейм #1)
Останавливаем через 2 фрейма, пролетаем фрейм #4(метод h()) + пролетаем фрейм #3(метод g())
Останавливаем через 1 фрейм (фактически аналог return, просто покинули фрейм «другим образом»)
Итак, давайте сведем все на одну картинку
5. try + catch (catch — полиморфен)
Напомним иерархию исключений
То, что исключения являются объектами важно для нас в двух моментах
1. Они образуют иерархию с корнем java.lang.Throwable (java.lang.Object — предок java.lang.Throwable, но Object — уже не исключение)
2. Они могут иметь поля и методы (в этой статье это не будем использовать)
По первому пункту: catch — полиморфная конструкция, т.е. catch по типу Parent перехватывает летящие экземпляры любого типа, который является Parent-ом (т.е. экземпляры непосредственно Parent-а или любого потомка Parent-а)
Даже так: в блоке catch мы будем иметь ссылку типа Exception на объект типа RuntimeException
catch по потомку не может поймать предка
catch по одному «брату» не может поймать другого «брата» (Error и Exception не находятся в отношении предок-потомок, они из параллельных веток наследования от Throwable)
По предыдущим примерам — надеюсь вы обратили внимание, что если исключение перехвачено, то JVM выполняет операторы идущие ПОСЛЕ последних скобок try+catch.
Но если не перехвачено, то мы
1. не заходим в блок catch
2. покидаем фрейм метода с летящим исключением
А что будет, если мы зашли в catch, и потом бросили исключение ИЗ catch?
В таком случае выполнение метода тоже прерывается (не печатаем «3»). Новое исключение не имеет никакого отношения к try-catch
Мы можем даже кинуть тот объект, что у нас есть «на руках»
И мы не попадем в другие секции catch, если они есть
Обратите внимание, мы не напечатали «3», хотя у нас летит Error а «ниже» расположен catch по Error. Но важный момент в том, что catch имеет отношение исключительно к try-секции, но не к другим catch-секциям.
Как покажем ниже — можно строить вложенные конструкции, но вот пример, «исправляющий» эту ситуацию
Как вы видели, мы можем расположить несколько catch после одного try.
Но есть такое правило — нельзя ставить потомка после предка! (RuntimeException после Exception)
Ставить брата после брата — можно (RuntimeException после Error)
Как происходит выбор «правильного» catch? Да очень просто — JVM идет сверху-вниз до тех пор, пока не найдет такой catch что в нем указано ваше исключение или его предок — туда и заходит. Ниже — не идет.
Выбор catch осуществляется в runtime (а не в compile-time), значит учитывается не тип ССЫЛКИ (Throwable), а тип ССЫЛАЕМОГО (Exception)
7. try + finally
finally-секция получает управление, если try-блок завершился успешно
finally-секция получает управление, даже если try-блок завершился исключением
finally-секция получает управление, даже если try-блок завершился директивой выхода из метода
finally-секция НЕ вызывается только если мы «прибили» JVM
System.exit(42) и Runtime.getRuntime().exit(42) — это синонимы
И при Runtime.getRuntime().halt(42) — тоже не успевает зайти в finally
exit() vs halt()
javadoc: java.lang.Runtime#halt(int status)
… Unlike the exit method, this method does not cause shutdown hooks to be started and does not run uninvoked finalizers if finalization-on-exit has been enabled. If the shutdown sequence has already been initiated then this method does not wait for any running shutdown hooks or finalizers to finish their work.
Однако finally-секция не может «починить» try-блок завершившийся исключение (заметьте, «more» — не выводится в консоль)
Трюк с «if (true) <. >» требуется, так как иначе компилятор обнаруживает недостижимый код (последняя строка) и отказывается его компилировать
И finally-секция не может «предотвратить» выход из метода, если try-блок вызвал return («more» — не выводится в консоль)
Однако finally-секция может «перебить» throw/return при помощи другого throw/return
finally-секция может быть использована для завершающего действия, которое гарантированно будет вызвано (даже если было брошено исключение или автор использовал return) по окончании работы
Например для освобождения захваченной блокировки
Или для закрытия открытого файлового потока
Специально для этих целей в Java 7 появилась конструкция try-with-resources, ее мы изучим позже.
Вообще говоря, в finally-секция нельзя стандартно узнать было ли исключение.
Конечно, можно постараться написать свой «велосипед»
Не рекомендуемые практики
— return из finally-секции (можем затереть исключение из try-блока)
— действия в finally-секции, которые могут бросить исключение (можем затереть исключение из try-блока)
8. try + catch + finally
Не заходим в catch, заходим в finally, продолжаем после оператора
Есть исключение и есть подходящий catch
Заходим в catch, заходим в finally, продолжаем после оператора
Есть исключение но нет подходящего catch
Не заходим в catch, заходим в finally, не продолжаем после оператора — вылетаем с неперехваченным исключением
9. Вложенные try + catch + finally
Операторы обычно допускают неограниченное вложение.
Пример с if
Суть в том, что try-cacth-finally тоже допускает неограниченное вложение.
Например вот так
Ну что же, давайте исследуем как это работает.
Вложенный try-catch-finally без исключения
Мы НЕ заходим в обе catch-секции (нет исключения), заходим в обе finally-секции и выполняем обе строки ПОСЛЕ finally.
Вложенный try-catch-finally с исключением, которое ПЕРЕХВАТИТ ВНУТРЕННИЙ catch
Мы заходим в ПЕРВУЮ catch-секцию (печатаем «3»), но НЕ заходим во ВТОРУЮ catch-секцию (НЕ печатаем «6», так как исключение УЖЕ перехвачено первым catch), заходим в обе finally-секции (печатаем «4» и «7»), в обоих случаях выполняем код после finally (печатаем «5»и «8», так как исключение остановлено еще первым catch).
Вложенный try-catch-finally с исключением, которое ПЕРЕХВАТИТ ВНЕШНИЙ catch
Мы НЕ заходим в ПЕРВУЮ catch-секцию (не печатаем «3»), но заходим в ВТОРУЮ catch-секцию (печатаем «6»), заходим в обе finally-секции (печатаем «4» и «7»), в ПЕРВОМ случае НЕ выполняем код ПОСЛЕ finally (не печатаем «5», так как исключение НЕ остановлено), во ВТОРОМ случае выполняем код после finally (печатаем «8», так как исключение остановлено).
Вложенный try-catch-finally с исключением, которое НИКТО НЕ ПЕРЕХВАТИТ
Мы НЕ заходим в ОБЕ catch-секции (не печатаем «3» и «6»), заходим в обе finally-секции (печатаем «4» и «7») и в обоих случаях НЕ выполняем код ПОСЛЕ finally (не печатаем «5» и «8», так как исключение НЕ остановлено), выполнение метода прерывается по исключению.
Контакты
Я занимаюсь онлайн обучением Java (вот курсы программирования) и публикую часть учебных материалов в рамках переработки курса Java Core. Видеозаписи лекций в аудитории Вы можете увидеть на youtube-канале, возможно, видео канала лучше систематизировано в этой статье.
Исключения в Java, Часть II (checked/unchecked)
Это вторая часть статьи (первая часть — try-catch-finally), посвященной такому языковому механизму Java как исключения. Она имеет вводный характер и рассчитана на начинающих разработчиков или тех, кто только приступает к изучению языка.
Также я веду курс «Scala for Java Developers» на платформе для онлайн-образования udemy.com (аналог Coursera/EdX).
1. «Магия» checked/unchecked
Механизм исключительных ситуация в Java связан с двумя элементами «магии», т.е. поведения, которое никак не отражено в исходном коде:
1. «Магию» java.lang.Throwable — в throw, catch и throws могут стоять исключительно Throwable или его наследники (мы уже разбирали в предыдущей лекции). Это «право» находиться в throw, catch и throws никак не отражено в исходном коде.
2. Все исключительные ситуации делятся на «проверяемые» (checked) и «непроверяемые» (unchecked). Это свойство присуще «корневищу» (Throwable, Error, Exception, RuntimeException) и передается по наследству. Никак не видимо в исходном коде класса исключения.
В дальнейших примера просто учтите, что
— Throwable и Exception и все их наследники (за исключением наследников Error-а и RuntimeException-а) — checked
— Error и RuntimeException и все их наследники — unchecked
checked exception = проверяемое исключение, проверяемое компилятором.
Что именно проверяет компилятор мы разберем на этой лекции.
Напомним иерархию исключений
Расставим значение свойства checked/unchecked
2. Пессимистичный механизм
Я называю связь между проверяемыми исключениями и throws — «пессимистичной», польку мы можем «напугать» о большем, чем может произойти на самом деле, но не наоборот
Мы не можем бросать, но не предупредить
Мы не можем бросать, но предупредить о «меньшем»
Мы можем предупредить точно о том, что бросаем
Мы можем предупредить о большем, чем мы бросаем
Можем даже предупредить о том, чего вообще нет
Даже если предупреждаем о том, чего нет — все обязаны бояться
Хотя они (испугавшиеся) могут перепугать остальных еще больше
В чем цель «пессимистичности»? Все достаточно просто.
Вы в режиме протипирования «набросали», скажем, класс-утилиту для скачивания из интернета
и хотели бы «принудить» пользователей вашего класса УЖЕ ОБРАБАТЫВАТЬ возможное исключение IOException, хотя из реализации-пустышки вы ПОКА НЕ ГЕНЕРИРУЕТЕ такое исключение. Но в будущем — собираетесь.
3. throws с непроверяемым (unckecked) исключением
Вызов метода, который «пугает» unchecked исключением не накладывает на нас никаких обязанностей.
Эта конструкция служит цели «указать» программисту-читателю кода на то, что ваш метод может выбросить некоторое непроверяемое (unchecked) исключение.
Пример (java.lang.NumberFormatException — непроверяемое исключение):
Integer.parseInt() может бросить unchecked NumberFormatException на неподходящем аргументе (int k = Integer.parseInt(«123abc»)), это отразили
— в сигнатуре метода: throws NumberFormatException
— в документации (javadoc): @ exception
но это ни к чему нас не обязывает.
4. Множественные исключения
Рассмотрим ситуацию с кодом, который может бросать проверяемые исключения разных типов.
Далее учитывайте, что EOFException и FileNotFoundException — потомки IOException.
Мы можем точно указать, что выбрасываем
А можем «испугать» сильнее (предком обоих исключений)
Можно и вот так: EOFException и FileNotFoundException «обобщаем до» IOException, а InterruptedException «пропускаем нетронутым» (InterruptedException — НЕ потомок IOException)
5. Или catch, или throws
Не надо пугать тем, что вы перехватили
так
или так (ставим catch по предку и точно перехватываем)
Но если перехватили только потомка, то не выйдет
Не годится, естественно, и перехватывание «брата»
Если вы часть перехватили, то можете этим не пугать
6. Поведение компилятора/JVM
Необходимо понимать, что
— проверка на cheched исключения происходит в момент компиляции (compile-time checking)
— перехват исключений (catch) происходит в момент выполнения (runtime checking)
Хотя ССЫЛКА ref УКАЗЫВАЕТ на объект типа java.lang.String (у которого имеется метод charAt(int)), но ТИП ССЫЛКИ — java.lang.Object (ссылка типа java.lang.Object на объект типа java.lang.String). Компилятор ориентируется на «левый тип» (тип ссылки, а не тип ссылаемого) и не пропускает такой код.
Хотя В ДАННОЙ СИТУАЦИИ компилятор мог бы разобрать, что t ссылается на Exception, а ref — на String, но этого уже невозможно сделать при раздельно компиляции. Представьте, что мы МОГЛИ БЫ скомпилировать ОТДЕЛЬНО такой класс, упаковать в jar и распространять
А кто-то берет этот класс, добавляет в classpath и вызывает App.f0(new Throwable()) или App.f1(new Integer(42)). В таком случае JVM столкнулась бы с ситуацией, когда от нее требует бросить проверяемое исключение, которое не отследил компилятор (в случае с f0) или вызвать метод, которого нет (в случае с f1)!
Компилятор не пропустит этот код, хотя метод main ГАРАНТИРОВАННО НЕ ВЫБРОСИТ ИСКЛЮЧЕНИЯ
7. Overriding и throws
При переопределении (overriding) список исключений потомка не обязан совпадать с таковым у предка.
Но он должен быть «не сильнее» списка предка:
Однако тут мы попытались «расширить тип» бросаемых исключений
Почему можно сужать тип, но не расширять?
Рассмотрим следующую ситуацию:
Внимательно посмотрите на этот пример — если бы потомок мог расширять тип бросаемого исключения предка, то те места которые «ждут» предка, а получают экземпляр «расширенного» потомка могли бы неконтролируемо выбрасывать проверяемые исключения
8. Передача свойства по наследству
Напомним иерархию исключений с расставленными флагами свойства checked/unchecked
Логика расположения свойства НЕ СВЯЗАНА С НАСЛЕДОВАНИЕМ. Эту логику мы рассмотрим позже (в следующих статьях).
Однако свойство checked/unchecked пользовательских классов исключений строится ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО НА ОСНОВЕ НАСЛЕДОВАНИЯ.
Правило крайне простое:
1. Если исключение из списка Throwable, Error, Exception, RuntimeException — то твое свойство надо просто запомнить.
2. Если ты не из списка, то твое свойство равно свойству предка. Нарушить наследование тут нельзя.
Если мы породим потомков A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L которые следующим образом наследуются от «корневища» (Throwable, Error, Exception, RuntimeException), то значение их свойства checked/unchecked можно увидеть на схеме