编写高质量代码:改善Java程序的建议:异常

　　Java异常的机制有三种：

Error类及其子类表示的是错误，它是不需要程序员处理也不能处理的异常，比如VirtualMachineError虚拟机错误，ThreadDeath线程僵死等。

RunTimeException类及其子类表示的是非受检异常，是系统可能会抛出的异常，程序员可以去处理，也可以不处理，最经典的就是NullPointException空指针异常和IndexOutOfBoundsException越界异常。

Exception类及其子类(不包含非受检异常)，表示的是受检异常，这是程序员必须处理的异常，不处理则程序不能通过编译，比如IOException表示的是I/O异常，SQLException表示的数据库访问异常。　　

我们知道，一个对象的创建过程经过内存分配，静态代码初始化、构造函数执行等过程，对象生成的关键步骤是构造函数，那是不是也允许在构造函数中抛出异常呢？从Java语法上来说，完全可以在构造函数中抛出异常，三类异常都可以，但是从系统设计和开发的角度来分析，则尽量不要在构造函数中抛出异常，我们以三种不同类型的异常来说明之。

(1)、构造函数中抛出错误是程序员无法处理的

　　在构造函数执行时，若发生了VirtualMachineError虚拟机错误，那就没招了，只能抛出，程序员不能预知此类错误的发生，也就不能捕捉处理。

(2)、构造函数不应该抛出非受检异常

　　我们来看这样一个例子，代码如下：

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

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

　这段代码的意图很明显，年龄不满18岁的用户不会生成一个Person实例对象，没有对象，类行为doSomething方法就不可执行，想法很好，但这会导致不可预测的结果，比如我们这样引用Person类：　

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

　　很显然，p对象不能建立，因为是一个RunTimeException异常，开发人员可以捕捉也可以不捕捉，代码看上去逻辑很正确，没有任何瑕疵，但是事实上，这段程序会抛出异常，无法执行。这段代码给了我们两个警示：

加重了上层代码编写者的负担：捕捉这个RuntimeException异常吧，那谁来告诉我有这个异常呢？只有通过文档约束了，一旦Person类的构造函数经过重构后再抛出其它非受检异常，那main方法不用修改也是可以测试通过的，但是这里就可能会产生隐藏的缺陷，而写还是很难重现的缺陷。不捕捉这个RuntimeException异常，这个是我们通常的想法，既然已经写成了非受检异常，main方法的编码者完全可以不处理这个异常嘛，大不了不执行Person的方法！这是非常危险的，一旦产生异常，整个线程都不再继续执行，或者链接没有关闭，或者数据没有写入数据库，或者产生内存异常，这些都是会对整个系统产生影响。

后续代码不会执行：main方法的实现者原本是想把p对象的建立作为其代码逻辑的一部分，执行完doSomething方法后还需要完成其它逻辑，但是因为没有对非受检异常进行捕捉，异常最终会抛出到JVM中，这会导致整个线程执行结束后，后面所有的代码都不会继续执行了，这就对业务逻辑产生了致命的影响。

(3)、构造函数尽可能不要抛出受检异常

　　我们来看下面的例子，代码如下：

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

    }
}

　　就这么一段简单的代码，展示了在构造函数中抛出受检异常的三个不利方面：

导致子类膨胀：在我们的例子中子类的无参构造函数不能省略，原因是父类的无参构造函数抛出了IOException异常，子类的无参构造函数默认调用的是父类的构造函数，所以子类无参构造函数也必须抛出IOException或其父类。

违背了里氏替换原则："里氏替换原则" 是说父类能出现的地方子类就可以出现，而且将父类替换为子类也不会产生任何异常。那我们回头看看Sub类是否可以替换Base类，比如我们的上层代码是这样写的：

public static void main(String[] args) {
        try {
            Base base = new Base();
        } catch (Exception e) {    
            e.printStackTrace();
        }
    }

　然后，我们期望把new Base()替换成new Sub()，而且代码能够正常编译和运行。非常可惜，编译不通过，原因是Sub的构造函数抛出了Exception异常，它比父类的构造函数抛出更多的异常范围要宽，必须增加新的catch块才能解决。　　

　　可能大家要问了，为什么Java的构造函数允许子类的构造函数抛出更广泛的异常类呢？这正好与类方法的异常机制相反，类方法的异常是这样要求的：

// 父类
class Base {
    // 父类方法抛出Exception
    public void testMethod() throws Exception {

    }
}

// 子类
class Sub extends Base {
    // 父类方法抛出Exception
    @Override
    public void testMethod() throws IOException {

    }
}

　　子类的方法可以抛出多个异常，但都必须是覆写方法的子类型，对我们的例子来说，Sub类的testMethod方法抛出的异常必须是Exception的子类或Exception类，这是Java覆写的要求。构造函数之所以于此相反，是因为构造函数没有覆写的概念，只是构造函数间的引用调用而已，所以在构造函数中抛出受检异常会违背里氏替换原则原则，使我们的程序缺乏灵活性。

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

// 父类
class Base {
    public Base() throws IOException{
        
    }
}
// 子类
class Sub extends Base {
    public Sub() throws Exception{
        try{
            super();
        }catch(IOException e){
            //异常处理后再抛出
            throw e;
        }finally{
            //收尾处理
        }
    }
}

　　很不幸，这段代码编译不通过，原因是构造函数Sub没有把super()放在第一句话中，想把父类的异常重新包装再抛出是不可行的(当然，这里有很多种 “曲线” 的实现手段，比如重新定义一个方法，然后父子类的构造函数都调用该方法，那么子类构造函数就可以自由处理异常了)，这是Java语法机制。

　　将以上三种异常类型汇总起来，对于构造函数，错误只能抛出，这是程序人员无能为力的事情；非受检异常不要抛出，抛出了 " 对己对人 " 都是有害的；受检异常尽量不抛出，能用曲线的方式实现就用曲线方式实现，总之一句话：在构造函数中尽可能不出现异常。

　　注意 ：在构造函数中不要抛出异常，尽量曲线实现。

建议115：使用Throwable获得栈信息

　　AOP编程可以很轻松的控制一个方法调用哪些类，也能够控制哪些方法允许被调用，一般来说切面编程(比如AspectJ)，只能控制到方法级别，不能实现代码级别的植入(Weave)，比如一个方法被类A的m1方法调用时返回1，在类B的m2方法调用时返回0(同参数情况下)，这就要求被调用者具有识别调用者的能力。在这种情况下，可以使用Throwable获得栈信息，然后鉴别调用者并分别输出，代码如下：　

class Foo {
    public static boolean method() {
        // 取得当前栈信息
        StackTraceElement[] sts = new Throwable().getStackTrace();
        // 检查是否是methodA方法调用
        for (StackTraceElement st : sts) {
            if (st.getMethodName().equals("methodA")) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
}
//调用者
class Invoker{
    //该方法打印出true
    public static void methodA(){
        System.out.println(Foo.method());
    }
    //该方法打印出false
    public static void methodB(){
        System.out.println(Foo.method());
    }
}

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

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

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

}

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

　　获得栈信息可以对调用者进行判断，然后决定不同的输出，比如我们的methodA和methodB方法，同样地输入参数，同样的调用方法，但是输出却不同，这看起来很想是一个bug：方法methodA调用method方法正常显示，而方法methodB调用却会返回错误数据，因此我们虽然可以根据调用者的不同产生不同的逻辑，但这仅局限在对此方法的广泛认知上，更多的时候我们使用method方法的变形体，代码如下:　　

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

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

回到顶部

建议116：异常只为异常服务

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

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

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

异常判断降低了系统的性能

降低了代码的可读性，只有详细了解valueOf方法的人才能读懂这样的代码，因为valueOf抛出的是一个非受检异常

隐藏了运行期可能产生的错误，catch到异常，但没有做任何处理。

　　我们这段代码是用一段异常实现了一个正常的业务逻辑，这导致代码产生了坏味道。要解决从问题也很容易，即不在主逻辑中实使用异常，代码如下：

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

　　异常只能用在非正常的情况下，不能成为正常情况下的主逻辑，也就是说，异常是是主逻辑的辅助场景，不能喧宾夺主。

　　而且，异常虽然是描述例外事件的，但能避免则避免之，除非是确实无法避免的异常，例如：　

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

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

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

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

回到顶部

建议117：多使用异常，把性能问题放一边

　　我们知道异常是主逻辑的例外逻辑，举个简单的例子来说，比如我在马路上走(这是主逻辑)，突然开过一辆车，我要避让(这是受检异常，必须处理)，继续走着，突然一架飞机从我头顶飞过(非受检异常)，我们可以选在继续行走(不捕捉)，也可以选择指责其噪音污染(捕捉，主逻辑的补充处理)，再继续走着，突然一颗流星砸下来，这没有选择，属于错误，不能做任何处理。这样具备完整例外场景的逻辑就具备了OO的味道，任何一个事务的处理都可能产生非预期的效果，问题是需要以何种手段来处理，如果不使用异常就需要依靠返回值的不同来进行处理了，这严重失去了面向对象的风格。

　　我们在编写用例文档（User case Specification）时，其中有一项叫做 " 例外事件 "，是用来描述主场景外的例外场景的，例如用户登录的用例，就会在" 例外事件 "中说明" 连续3此登录失败即锁定用户账号 "，这就是登录事件的一个异常处理，具体到我们的程序中就是：　　

public void login(){
        try{
            //正常登陆
        }catch(InvalidLoginException lie){
            //    用户名无效
        }catch(InvalidPasswordException pe){
            //密码错误的异常
        }catch(TooMuchLoginException){
            //多次登陆失败的异常
        }
    }

　　如此设计则可以让我们的login方法更符合实际的处理逻辑，同时使主逻辑(正常登录，try代码块)更加清晰。当然了，使用异常还有很多优点，可以让正常代码和异常代码分离、能快速查找问题(栈信息快照)等，但是异常有一个缺点：性能比较慢。

　　Java的异常机制确实比较慢，这个"比较慢"是相对于诸如String、Integer等对象来说的，单单从对象的创建上来说，new一个IOException会比String慢5倍，这从异常的处理机制上也可以解释：因为它要执行fillInStackTrace方法，要记录当前栈的快照，而String类则是直接申请一个内存创建对象，异常类慢一筹也就在所难免了。

　　而且，异常类是不能缓存的，期望先建立大量的异常对象以提高异常性能也是不现实的。

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