編寫高品質程式碼:改善Java程式的建議:異常

　　Java異常的機制有三種：

Error類別及其子類別表示的是錯誤，它是不需要程式設計師處理也不能處理的異常，例如VirtualMachineError虛擬機器錯誤，ThreadDeath執行緒僵死等。

RunTimeException類別及其子類別表示的是非受檢異常，是系統可能會拋出的異常，程式設計師可以去處理，也可以不處理，最經典的就是Nul​​lPointException空指標異常和IndexOutOfBoundsException越界異常。

Exception類別及其子類別(不包含非受檢異常)，表示的是受檢異常，這是程式設計師必須處理的異常，不處理則程式不能通過編譯，例如IOException表示的是I/O異常，SQLException表示的資料庫存取異常。　　

我們知道，一個物件的創建過程經過記憶體分配，靜態程式碼初始化、建構函數執行等過程，物件產生的關鍵步驟是建構函數，那是不是也允許在建構函數中拋出異常呢？從Java語法上來說，完全可以在構造函數中拋出異常，三類異常都可以，但是從系統設計和開發的角度來分析，則盡量不要在構造函數中拋出異常，我們以三種不同類型的異常來說明之。

(1)、建構函式中拋出錯誤是程式設計師無法處理的

　　在建構函式中拋出錯誤是程式設計師無法處理的

　　在建構函式執行時，若發生了VirtualMachineError虛擬機錯誤，那就沒招了，只能拋出，程式設計師不能預知此類錯誤的發生，也就無法捕捉處理。

(2)、建構子不應該拋出非受檢異常

　　我們來看這樣一個例子，程式碼如下：

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......");
    }
}

　這段程式碼的意圖很明顯，年齡不滿18歲的使用者不會產生一個Person實例對象，沒有對象，類別行為doSomething方法就不可執行，想法很好，但這會導致不可預測的結果，比如我們這樣引用Person類：　

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

　　很顯然，p對像不能建立，因為是一個RunTimeException異常，開發人員可以捕捉也可以不捕捉，程式碼看起來邏輯很正確，沒有任何瑕疵，但是事實上，這段程式會拋出異常，無法執行。這段程式碼給了我們兩個警示：

加重了上層程式碼編寫者的負擔：捕捉這個RuntimeException異常吧，那誰來告訴我有這個異常呢？只有透過文件約束了，一旦Person類別的建構函式經過重構後再拋出其它非受檢異常，那main方法不用修改也是可以測試通過的，但是這裡就可能會產生隱藏的缺陷，而寫還是很難重現的缺陷。不捕捉這個RuntimeException異常，這個是我們通常的想法，既然已經寫成了非受檢異常，main方法的編碼者完全可以不處理這個異常嘛，大不了不執行Person的方法！這是非常危險的，一旦產生異常，整個線程就不再繼續執行，或者連結沒有關閉，或者資料沒有寫入資料庫，或者產生記憶體異常，這些都是會對整個系統產生影響。

後續程式碼不會執行：main方法的實作者原本是想把p物件的建立作為其程式碼邏輯的一部分，執行完doSomething方法後還需要完成其它邏輯，但是因為沒有對非受檢異常進行捕捉，異常最終會被拋出到JVM中，這會導致整個執行緒執行結束後，後面所有的程式碼都不會繼續執行了，這就對業務邏輯產生了致命的影響。

(3)、建構子盡可能不要拋出受檢異常

　　我們來看下面的例子，程式碼如下：

//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 {

    }
}

　　就這麼一段簡單的程式碼，展示了在建構子中拋出受檢異常的三個不利方面：

導致子類膨脹：在我們的例子中子類的無參構造函數不能省略，原因是父類的無參構造函數拋出了IOException異常，子類的無參構造函數默認呼叫的是父類別的建構函數，所以子類別無參構造函數也必須拋出IOException或其父類別。

違背了里氏替換原則："里氏替換原則" 是說父類能出現的地方子類就可以出現，而且將父類替換為子類也不會產生任何異常。那我們回頭看看Sub類別是否可以替換Base類，例如我們的上層程式碼是這樣寫的：

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

　然後，我們期望把new Base()替換成new Sub()，而且程式碼能夠正常編譯和運作。非常可惜，編譯不通過，原因是Sub的建構子拋出了Exception異常，它比父類別的建構子拋出更多的異常範圍要寬，必須增加新的catch塊才能解決。　　

// 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。

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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。

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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？