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).

• 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

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.

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»:

Вопрос: что делать, если мы обнаружили, что хотя бы один из аргументов — отрицательное число? Если просто умножить, то мы пропустили ошибочные данные дальше. Что еще хуже, возможно, мы «исправили ситуацию» — сказали что площадь прямоугольника с двумя отрицательными сторонами -10 и -20 = 200.

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)

и другие операторы.

• вызов метода: создаем новый фрейм, помещаем его на верхушку стека и переходим в него
• выход из метода: возвращаемся к предыдущему фрейму (через return или просто кончились инструкции в методе)

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

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)

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)

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

Операторы обычно допускают неограниченное вложение. Пример с if

Суть в том, что try-cacth-finally тоже допускает неограниченное вложение. Например вот так

Или даже 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.

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.