Chapter 8 예외처리(Exception Handling)

Jun-hee Cho·2023년 3월 30일

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1. 예외처리(exception handling)

1.1 프로그램 오류

프로그램이 실행 중 어떤 원인에 의해서 오작동을 하거나 비정상적으로 종료되는 경우가 있다. 이러한 결과를 초래하는 원인을 프로그램 에러 또는 오류라고 한다.

이를 발생시점에 따라 '컴파일 에러(compile-time error)'와 '런타임 에러(runtime error)'로 나눌 수 있는데, 글자 그대로 '컴파일 에러'는 컴파일 할 때 발생하는 에러이고 프로그램의 실행도중에 발생하는 에러를 '런타임 에러'라고 한다. 이 외에도 '논리적 에러(logical error)'가 있는데, 컴파일도 잘되고 실행도 잘되지만 의도한 것과 다르게 동작하는 것을 말한다. 예를 들어, 재고가 음수가 된다거나, 게임 프로그램에서 비행기가 총알을 맞아도 죽지 않는 경우가 이에 해당된다.

컴파일 에러 - 컴파일 시에 발생하는 에러
런타임 에러 - 실행 시에 발생하는 에러
논리적 에러 - 실행은 되지만, 의도와 다르게 동작하는 것

소스코드를 컴파일 하면 컴파일러가 소스코드에 대해 오타나 잘못된 구문, 자료형 체크 등의 기본적인 검사를 수행하여 오류가 있는지를 알려 준다. 컴파일러가 알려 준 에러들을 모두 수정해서 컴파일을 성공적으로 마치고 나면, 클래스 파일이 생성되고, 생성된 클래스 파일을 실행할 수 있게 되는 것이다.

하지만, 컴파일을 에러없이 성공적으로 마쳤다고 해서 프로그램의 실행 시에도 에러가 발생하지 않는 것은 아니다.

컴파일러가 소스코드의 기본적인 사항은 컴파일 시에 모두 걸러 줄 수는 있지만, 실행도중에 발생할 수 있는 잠재적인 오류까지 검사할 수 없기 때문에 컴파일은 잘되었어도 실행 중에 에러에 의해서 잘못된 결과를 얻거나 프로그램이 비정상적으로 종료될 수 있다.

런타임 에러를 방지하기 위해서는 프로그램의 실행도중 발생할 수 있는 모든 경우의 수를 고려하여 이에 대한 대비를 하는 것이 필요하다.

자바에서는 실행 시 발생할 수 있는 프로그램 오류를 '에러'와 '예외', 두 가지로 구분하였다.

에러는 메모리 부족이나 스택오버플로우와 같이 일단 발생하면 복구할 수 없는 심각한 오류이고, 예외는 발생하더라도 수습될 수 있는 비교적 덜 심각한 것이다.

에러가 발생하면, 프로그램의 비정상적인 종료를 막을 길이 없지만, 예외는 발생하더라도 프로그래머가 이에 대한 적절한 코드를 미리 작성해 놓음으로써 프로그램의 비정상적인 종료를 막을 수 있다.

1.2 예외 클래스의 계층구조

자바에서는 실행 시 발생할 수 있는 오류를 클래스로 정의하였다. 앞서 배운 것처럼 모든 클래스의 조상은 Object클래스이므로 Exception과 Error클래스 역시 Object클래스의 자손들이다.

모든 예외의 최고 조상은 Exception클래스이며, 상속계층도를 Exception클래스로부터 도식화하면 다음과 같다.

위 그림에서 볼 수 있듯이 예외 클래스들은 다음과 같이 두 개의 그룹으로 나눠질 수 있다.

RuntimeException클래스와 그 자손클래스(아랫부분)

Exception클래스와 그 자손클래스들(윗부분, RuntimeException과 자손들 제외)

RuntimeException클래스들 프로그래머의 실수로 발생하는 예외
Exception클래스들 사용자의 실수와 같은 외적인 요인에 의해 발생하는 예외

1.3 예외처리하기 - try-catch문

프로그램의 실행도중에 발생하는 에러는 어쩔 수 없지만, 예외는 프로그래머가 이에 대한 처리를 미리 해주어야 한다.

예외처리(exception handling)란, 프로그램 실행 시 발생할 수 있는 예기치 못한 예외의 발생에 대비한 코드를 작성하는 것이며, 예외처리의 목적은 예외의 발생으로 인한 실행중인 프로그램의 갑작스런 비정상 종료를 막고, 정상적인 실행상태를 유지할 수 있도록 하는 것이다.

발생한 예외를 처리하지 못하면, 프로그램은 비정상적으로 종료되며, 처리되지 못한 예외는 JVM의 '예외처리기'가 받아서 예외의 원인을 화면에 출력한다.

예외를 처리하기 위해서는 try-catch문을 사용하며, 그 구조는 다음과 같다.

하나의 try블럭 다음에는 여러 종류의 예외를 처리할 수 있도록 하나 이상의 catch블럭이 올 수 있으며, 이 중 발생한 예외의 종류와 일치하는 단 한 개의 catch블럭만 수행된다. 발생한 예외의 종류와 일치하는 catch블럭이 없으면 예외는 처리되지 않는다.

1.4 try-catch문에서의 흐름

1.5 예외의 발생과 catch블럭

catch블럭은 괄호()와 블럭{} 두 부분으로 나눠져 있는데, 괄호()내에는 처리하고자 하는 예외와 같은 타입의 참조변수 하나를 선언해야한다.

예외가 발생하면, 발생한 예외에 해당하는 클래스의 인스턴스가 만들어 진다.
예외가 발생한 문장이 try-catch문의 try블럭에 포함되어 있다면, 이 예외를 처리할 수 있는 catch블럭이 있는지 찾게 된다.

첫 번째 catch블럭부터 차례로 내려가면서 catch블럭의 괄호()내에 선언된 참조변수의 종류와 생성된 예외클래스의 인스턴스에 instanceof연산자를 이용해서 검사하게 되는데, 검사결과가 true인 catch블럭을 만날 때까지 검사는 계속된다.

검사결과가 true인 catch블럭을 찾게 되면 블럭에 있는 문장들을 모두 수행한 후에 try-catch문을 빠져나가고 예외는 처리되지만, 검사결과가 true인 catch블럭이 하나도 없으면 예외는 처리되지 않는다.

모든 예외 클래스는 Exception클래스의 자손이므로, catch블럭의 괄호()에 Exception클래스 타입의 참조변수를 선언해 놓으면 어떤 종류의 예외가 발생하더라도 이 catch블럭에 의해서 처리된다.

printStackTrace()와 getMessage()
예외가 발생했을 때 생성되는 예외 클래스의 인스턴스에는 발생한 예외에 대한 정보가 담겨져 있으며, getMessage()와 printStackTrace()를 통해서 이 정보들을 얻을 수 있다.
catch블럭의 괄호()에 선언된 참조변수를 통해 이 인스턴스에 접근할 수 있다. 이 참조변수는 선언된 catch블럭 내에서만 사용 가능하며, 자주 사용되는 메서드는 다음과 같다.

멀티 catch블럭
JDK1.7부터 여러 catch블럭을 '|'기호를 이용해서, 하나의 catch블럭으로 합칠 수 있게 되었으며, 이를 '멀티 catch블럭'이라 한다. 아래의 코드에서 알 수 있듯이 '멀티 catch블럭'을 이용하면 중복된 코드를 줄일 수 있다. 그리고 '|'기호로 연결할 수 있는 예외 클래스의 개수에는 제한이 없다.

1.6 예외 발생시키기

1.7 메서드에 예외 선언하기

예외를 처리하는 방법에는 지금까지 배워온 try-catch문을 사용하는 것 외에, 예외를 메서드에 선언하는 방법이 있다.

메서드에 예외를 선언하려면, 메서드의 선언부에 키워드 throws를 사용해서 메서드 내에서 발생할 수 있는 예외를 적어주기만 하면 된다. 그리고 예외가 여러 개일 경우에는 쉼표(,)로 구분한다.

void method() throws Exception1, Exception2, ... ExceptionN {
	// 메서드의 내용
}

만일 아래와 같이 모든 예외의 최고조상인 Exception클래스를 메서드에 선언하면, 이 메서드는 모든 종류의 예외가 발생할 가능성이 있다는 뜻이다.

void method() throws Exception {
	// 메서드의 내용
}

이렇게 예외를 선언하면, 이 예외뿐만 아니라 그 자손타입의 예외까지도 발생할 수 있다는 점에 주의하자. 앞서 오버라이딩에서 살펴본 것과 같이, 오버라이딩 할 때는 단순히 선언된 예외의 개수가 아니라 상속관계까지 고려해야 한다.

메서드의 선언부에 예외를 선언함으로써 메서드를 사용하려는 사람이 메서드의 선언부를 보았을 때, 이 메서드를 사용하기 위해서는 어떠한 예외들이 처리되어져야 하는지 쉽게 알 수 있다.

1.8 finally블럭

finally블럭은 try-catch문과 함께 예외의 발생여부에 상관없이 실행되어야할 코드를 포함시킬 목적으로 사용된다. try-catch문의 끝에 선택적으로 덧붙여 사용할 수 있으며, try-catch-finally의 순서로 구성된다.

예외가 발생한 경우에는 'try -> catch -> finally'의 순으로 실행되고, 예외가 발생하지 않은 경우에는 'try -> finally'의 순으로 실행된다.

1.9 자동 자원 반환 - try-with-resources문

JDK1.7부터 try-with-resources문이라는 try-catch문의 변형이 새로 추가되었다. 이 구문은 주로 입출력(I/O)과 관련된 클래스를 사용할 때 유용한데, 아직 입출력에 대해 배우지 않았으므로 유용함을 느끼기는 아직 이를 것이다.

주로 입출력에 사용되는 클래스 중에서는 사용한 후에 꼭 닫아줘야 하는 것들이 있다.
그래야 사용했던 자원(resources)이 반환되기 때문이다.

try {
	fis = new FileInputStream("score.dat");
    dis = new DataInputStream(fis);
    	...
} catch (IOException ie) {
	ie.printStackTrace();
} finally {
	dis.close(); // 작업 중에 예외가 발생하더라도, dis가 닫히도록 finally블럭에 넣음
}

위의 코드는 DataInputStream을 사용해서 파일로부터 데이터를 읽는 코드인데, 데이터를 읽는 도중에 예외가 발생하더라도 DataInputStream이 닫히도록 finally블럭 안에 close()를 넣었다. 여기까지는 별 문제가 없어 보이는데, 진짜 문제는 close()가 예외를 발생시킬 수 있다는데 있다. 그래서 위의 코드는 아래와 같이 해야 올바른 것이 된다.

try {
	fis = new FileInputStream("score.dat");
    dis = new DataInputStream(fis);
    	...
} catch (IOException ie) {
	ie.printStackTrace();
} finally {
	try {
    	if(dis != null)
        	dis.close();
    } catch(IOException ie) {
    	ie.printStackTrace();
    }
}

finally블럭 안에 try-catch문을 추가해서 close()에서 발생할 수 있는 예외를 처리하도록 변경했는데, 코드가 복잡해져서 별로 보기에 좋지 않다. 더 나쁜 것은 try블럭과 finally블럭에서 모두 예외가 발생하면, try블럭의 예외는 무시된다는 것이다.

이러한 점을 개선하기 위해서 try-with-resources문이 추가된 것이다. 위의 코드를 try-with-resources문으로 바꾸면 다음과 같다.

try (fis = new FileInputStream("score.dat");
	 dis = new DataInputStream(fis)) { // 괄호()안에 두 문장 이상 넣을 경우 ';'로 구분한다.
     
     while (true) {
     	score = dis.readInt();
        System.out.println(score);
        sum += score;
    }
} catch (EOFException e) {
	System.out.println("점수의 총합은 " + sum + "입니다.");
} catch (IOException ie) {
	ie.printStackTrace();
} // try

try-with-resources문의 괄호()안에 객체를 생성하는 문장을 넣으면, 이 객체는 따로 close()를 호출하지 않아도 try블럭을 벗어나는 순간 자동적으로 close()가 호출된다. 그 다음에 catch블럭 또는 finally블럭이 수행된다.

이처럼 try-with-resources문에 의해 자동으로 객체의 close()가 호출될 수 있으려면, 클래스가 AutoCloseable이라는 인터페이스를 구현한 것이어야만 한다.

public interface AutoCloseable {
	void close() throws Exception;
}

위의 인터페이스는 각 클래스에서 적절히 자원 반환작업을 하도록 구현되어 있다.

Throwable에는 억제된 예외와 관련된 다음과 같은 메서드가 정의도어 있다.

void addSuppressed (Throwable exception) 억제된 예외를 추가
Throwable[] getSuppressed() 억제된 예외(배열)을 반환

1.10 사용자정의 예외 만들기

기존의 정의된 예외 클래스 외에 필요에 따라 프로그래머가 새로운 예외 클래스를 정의하여 사용할 수 있다. 보통 Exception클래스로부터 상속받는 클래스를 만들지만, 필요에 따라서 알맞은 예외 클래스를 선택할 수 있다.

Exception클래스로부터 상속받아서 MyException클래스를 만들었다. 필요하다면, 멤버변수나 메서드를 추가할 수 있다. Exception클래스는 생성 시에 String값을 받아서 메시지로 저장할 수 있다. 사용자정의 예외 클래스도 메시지를 저장할 수 있으려면, 위에서 보는 것과 같이 String을 매개변수로 받는 생성자를 추가해주어야 한다.

이전의 코드를 좀더 개선하여 메시지뿐만 아니라 에러코드 값도 저장할 수 있도록 ERR_CODE와 getErrCode()를 MyException클래스의 멤버로 추가했다.

이렇게 함으로써 MyException이 발생했을 때, catch블럭에서 getMessage()와 getErrCode()를 사용해서 에러코드와 메시지를 모두 얻을 수 있을 것이다.

1.11 예외 되던지기(exception re-throwing)

한 메서드에서 발생할 수 있는 예외가 여럿인 경우, 몇 개는 try-catch문을 통해서 메서드 내에서 자체적으로 처리하고, 그 나머지는 선언부에 지정하여 호출한 메서드에서 처리하도록 함으로써, 양쪽에서 나눠서 처리되도록 할 수 있다.

그리고 심지어는 단 하나의 예외에 대해서도 예외가 발생한 메서드와 호출한 메서드, 양쪽에서 처리하도록 할 수 있다.

이것은 예외를 처리한 후에 인위적으로 다시 발생시키는 방법을 통해서 가능한데, 이것을 '예외 되던지기'라고 한다.
먼저 예외가 발생할 가능성이 있는 메서드에서 try-catch문을 사용해서 예외를 처리해주고 catch문에서 필요한 작업을 행한 후에 throws문을 사용해서 예외를 다시 발생시킨다.
다시 발생한 예외는 이 메서드를 호출한 메서드에게 전달되고 호출한 메서드의 try-catch문에서 예외를 또다시 처리한다.

이 방법은 하나의 예외에 대해서 예외가 발생한 메서드와 이를 호출한 메서드 양쪽 모두에서 처리해줘야 할 작업이 있을 때 사용된다.

이 때 주의해야할 점은 예외가 발생할 메서드에서는 try-catch문을 사용해서 예외처리를 해줌과 동시에 메서드의 선언부에 발생할 예외를 throws에 지정해줘야 한다는 것이다.

1.12 연결된 예외(chained exception)

한 예외가 다른 예외를 발생시킬 수도 있다. 예를 들어 예외 A가 예외 B를 발생시켰다면, A를 B의 '원인 예외(cause exception)'라고 한다.

이유1: 여러 예외를 하나로 묶어서 다루기 위해서
이유2: checked예외를 unchecked예외로 변경하려 할 때