예외와 예외 클래스

컴퓨터 하드웨어의 고장으로 인해 응용프로그램 실행 오류가 발생하는 것을 자바에서는 에러라고 한다. 프로그램을 아무리 견고하게 만들어도 개발자는 이런 에러에 대처할 방법이 전혀 없다.

자바에서는 에러 이외에 예외(Exception)라고 부르는 오류가 있다. 예외란 잘못된 사용 또는 코딩으로 이한 오류를 말한다.
예외가 발생되면 프로그램은 곧바로 종료된다는 점에서는 에러와 동일하지만, 예외 처리를 통해 계속 실행 상태를 유지할 수 있다.

예외에는 다음 두 가지가 있다.

• 일반 예외(Checked Exception)
  • 컴파일러가 예외 처리 코드 여부를 검사하는 예외
• 실행 예외(Unchecked Exception or Runtime Exception)
  • 컴파일러가 예외 처리 코드 여부를 검사하지 않는 예외

자바는 예외가 발생하면 예외 클래스로부터 객체를 생성한다.
이 객체는 예외 처리 시 사용된다.
자바의 모든 에러와 예외 클래스는 Throwable을 상속 받아 만들어지고, 추가적으로 예외 클래스는 java.lang.Exception 클래스를 상속받는다.

실행 예외는 RuntimeException과 그 자식 클래스에 해당한다.

그 밖의 예외 클래스는 모두 일반 예외이다. 자바는 자주 사용되는 예외 클래스를 표준 라이브러리로 제공한다.
앞의 그림에서 언급한 모든 예외 클래스는 표준 라이브러리에서 제공하는 것들이다.

예외 처리 코드

예외가 발생했을 때 프로그램의 갑작스러운 종료를 막고 정상 실행을 유지할 수 있도록 처리하는 코드를 예외 처리 코드라고 한다.

예외 처리 코드는 try-catch-finally 블록으로 구성된다.
try-catch-finally 블록은 생성자 내부와 메소드 내부에서 작성된다.

try 블록에서 작성한 코드가 예외 없이 정상 실행되면 catch 블록은 실행되지 않고 finally 블록이 실행된다.

그러나 try 블록에서 예외가 발생하면 catch 블록이 실행되고 연이어 finally 블록이 실행된다.

예외 발생 여부와 상관없이 finally 블록은 항상 실행된다. 심지어 try 블록과 catch 블록에서 return 문(메소드 종료)을 사용하더라도 finally 블록은 항상 실행된다.

finally 블록은 옵션으로 생략 가능하다.

예제를 보자.

package ch11.sec02.exam01;

public class ExceptionHandlingExample1 {
    public static void printLength(String data) {
        int result = data.length();
        System.out.println("문자 수: " + result);
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("[프로그램 시작]\n");
        printLength("ThisIsJava");
        printLength(null);
        System.out.println("[프로그램 종료]");
    }
}

12행에서 문자열 대신 null을 입력하면 NullPointerException이 발생한다.
NullPointerException은 참조 변수가 null인 상태에서 필드나 메소드에 접근할 경우 발생한다.

예외 처리 코드를 추가해보자

package ch11.sec02.exam01;

public class ExceptionHandlingExample2 {
    public static void printLength(String data) {
        try {
            int result = data.length();
            System.out.println("문자 수: " + result);
        } catch (NullPointerException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        } finally {
            System.out.println("[마무리 실행]\n");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("[프로그램 시작]\n");
        printLength("ThisIsJava");
        printLength(null);
        System.out.println("[프로그램 종료]");
    }
}

예외가 발생하면 예외 객체가 catch 선언부의 예외 클래스 변수에 대입된다.
e.getMessage()는 예외가 발생한 이유만 리턴하지만, e.toString()은 다음과 같이 예외의 종류도 리턴한다.

java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "data" is null

e.printStackTrace()는 예외가 어디서 발생했는지 추적한 내용까지도 출력한다.

java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "data" is null
	at ch11.sec02.exam01.ExceptionHandlingExample2.printLength(ExceptionHandlingExample2.java:6)
	at ch11.sec02.exam01.ExceptionHandlingExample2.main(ExceptionHandlingExample2.java:19)

예외 종류에 따른 처리

try 블록에는 다양한 종류의 예외가 발생할 수 있다. 이 경우, 다중 catch를 사용하면 발생하는 예외에 따라 예외 처리 코드를 다르게 작성할 수 있다.

catch 블록의 예외 클래스는 try 블록에서 발생된 예외의 종류를 말하는데, 해당 타입의 예외가 발생하면 catch 블록이 선택되어 실행된다.

catch 블록이 여러 개라 할지라도 catch 블록은 단 하나만 실행된다. 그 이유는 try 블록에서 동시다발적으로 예외가 발생하지 않으며, 하나의 예외가 발생하면 즉시 실행을 멈추고 해당 catch 블록으로 이동하기 때문이다.

예제를 보자

package ch11.sec03.exam01;

public class ExceptionHandlingExample {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = {"100", "1oo"};

        for (int i = 0; i <= array.length; i++) {
            try {
                int value = Integer.parseInt(array[i]);
                System.out.println("array[" + i + "]: " + value);
            } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
                System.out.println("배열 인덱스가 초과됨: " + e.getMessage());
            } catch (NumberFormatException e) {
                System.out.println("숫자로 변환할 수 없음: " + e.getMessage());
            }
        }
    }
}

처리해야 할 예외 클래스들이 상속 관계에 있을 때는 하위 클래스 catch 블록을 먼저 작성하고 상위 클래스 catch 블록을 나중에 작성해야 한다.

예외가 발생하면 catch 블록은 위에서부터 차례대로 검사 대상이 되는데, 하위 예외도 상위 클래스 타입이므로 상위 클래스 catch 블록이 먼저 검사 대상이 되면 안 된다.

package ch11.sec03.exam02;

public class ExceptionHandlingExample {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = {"100", "1oo"};

        for (int i = 0; i <= array.length; i++) {
            try {
                int value = Integer.parseInt(array[i]);
                System.out.println("array[" + i + "]: " + value);
            } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
                System.out.println("배열 인덱스가 초과됨: " + e.getMessage());
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("실행에 문제가 있습니다.");
            }
        }
    }
}

두 개 이상의 예외를 하나의 catch 블록으로 동일하게 처리하고 싶을 때가 있다.
이 경우에는 catch 블록에 예외 클래스를 기호 |로 연결하면 된다.

package ch11.sec03.exam03;

public class ExceptionHandlingExample {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = {"100", "1oo", null, "200"};

        for (int i = 0; i <= array.length; i++) {
            try {
                int value = Integer.parseInt(array[i]);
                System.out.println("array[" + i + "]: " + value);
            } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
                System.out.println("배열 인덱스가 초과됨: " + e.getMessage());
            } catch (NullPointerException | NumberFormatException e) {
                System.out.println("데이터에 문제가 있음: " + e.getMessage());
            }
        }
    }
}	

리소스 자동 닫기

리소스(Resource)란 데이터를 제공하는 객체를 말한다. 리소스는 사용하기 위해 열어야(open) 하며, 사용이 끝난 다음에는 닫아야(close) 한다.

예를 들어 파일 내용을 읽기 위해서는 파일을 열어야 하며, 다 읽고 난 후에는 파일을 닫아야 다른 프로그램에서 사용할 수 있다.

리소스를 사용하다가 예외가 발생될 경우에도 안전하게 닫는 것이 중요하다. 그렇지 않으면 리소스가 불안정한 상태로 남아있게 된다.

다음 코드는 file.txt 파일의 내용을 읽기 위해 FileInputStream 리소스를 사용하는데, 예외 발생 여부와 상관없이 finally 블록에서 안전하게 close한다.

FileInputStream fis = null;
try {
    fis = new FileInputStream("file.txt");
    ...
} catch(IOException e) {
    ...
} fianlly {
    fis.close();
}

좀 더 쉬운 방법이 있다. try-with-resource 블록을 사용하면 예외 발생 여부와 상관없이 리소스를 자동으로 닫아준다.

try (fis = new FileInputStream("file.txt")) {
    ...
} catch(IOException e) {
    ...
}

try-with-resource 블록을 사용하기 위해서는 조건이 있다.

리소는 java.lang.AutoCloseable 인터페이스를 구현해서 close() 메소드를 오버라이딩해야 한다.
예를 들어 FileInputStream은 AutoCloseable 인터페이스를 구현해서 close() 메소드를 오버라이딩 하고 있다.
예제를 보자

package ch11.sec04;

public class MyResource implements AutoCloseable {
    private final String name;

    public MyResource(String name) {
        this.name = name;
        System.out.println("[MyResource(" + name + ") 열기]");
    }

    public String read1() {
        System.out.println("[MyResource(" + name + ") 읽기]");
        return "100";
    }

    public String read2() {
        System.out.println("[MyResource(" + name + ") 읽기]");
        return "abc";
    }

    @Override
    public void close() throws Exception {
        System.out.println("[MyResource(" + name + ") 닫기]");
    }
}

package ch11.sec04;

public class TryWithResourceExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (MyResource res = new MyResource("A")) {
            String data = res.read1();
            int value = Integer.parseInt(data);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("예외 처리: " + e.getMessage());
        }

        System.out.println();

        try (MyResource res = new MyResource("A")) {
            String data = res.read2();
            // NumberFormatException 발생
            int value = Integer.parseInt(data);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("예외 처리: " + e.getMessage());
        }

        System.out.println();
		
		/*try (
			MyResource res1 = new MyResource("A"); 
			MyResource res2 = new MyResource("B")
		) {
			String data1 = res1.read1();
			String data2 = res2.read1();
		} catch(Exception e) {
			System.out.println("예외 처리: " + e.getMessage());
		}*/

        MyResource res1 = new MyResource("A");
        MyResource res2 = new MyResource("B");
        try (res1; res2) {
            String data1 = res1.read1();
            String data2 = res2.read1();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("예외 처리: " + e.getMessage());
        }
    }
}

[MyResource(A) 열기]
[MyResource(A) 읽기]
[MyResource(A) 닫기]

[MyResource(A) 열기]
[MyResource(A) 읽기]
[MyResource(A) 닫기]
예외 처리: For input string: "abc"

[MyResource(A) 열기]
[MyResource(B) 열기]
[MyResource(A) 읽기]
[MyResource(B) 읽기]
[MyResource(B) 닫기]
[MyResource(A) 닫기]

예외 떠넘기기

메소드 내부에서 예외가 발생할 때 try-catch 블록으로 예외를 처리하는 것이 기본이지만, 메소드를 호출한 곳으로 예외를 떠넘길 수도 있다.

이때 사용하는 키워드가 throws이다. throws는 메소드 선언부 끝에 작성하는데, 떠넘길 예외 클래스를 쉼표로 구분해서 나열하면 된다.

리턴타입 메소드명(매개변수, ...) throws 예외클래스1, 예외클래스2, ... {
}

나열해야 할 예외 클래스가 많을 경우에는 throws Exception 또는 throws Throwable 만으로 모든 예외를 간단히 떠넘길 수도 있다.

리턴타입 메소드명(매개변수, ...) throws Exception {
}

main() 메소드에서도 throws 키워드를 사용해서 예외를 떠넘길 수 있는데, 결국 JVM이 최종적으로 예외 처리를 하게 된다. JVM은 예외의 내용을 콘솔에 출력하는 것으로 예외 처리를 한다.

사용자 정의 예외

은행의 뱅킹 프로그램에서 잔고보다 더 많은 출금 요청이 들어온 경우에는 잔고 부족 예외를 발생시킬 필요가 있다.
그러나 잔고 부족 예외는 표준 라이브러리에는 존재하지 않기 때문에 직접 예외 클래스를 정의해서 사용해야 한다.
이것을 사용자 정의 예외라고 한다.

사용자 정의 예외

사용자 정의 예외는 일반 예외와 실행 예외로 선언할 수 있다.

통상적으로 일반 예외는 Exception의 자식 클래스로 선언하고, 실행 예외는 RuntimeException의 자식 클래스로 선언한다.

사용자 정의 예외 클래스에는 기본 생성자와 예외 메시지를 입력받는 생성자를 선언해준다.
예외 메시지는 부모 생성자 매개값으로 넘겨주는데 그 이유는 예외 객체의 공통 메소드인 getMessage()의 리턴값으로 사용하기 위해서이다.

예제를 보자

예외 발생 시키기

자바에서 제공하는 표준 예외뿐만 아니라 사용자 정의 예외를 직접 코드에서 발생시키려면 throw 키워드와 함께 예외 객체를 제공하면 된다.

예외의 원인에 해당하는 메시지를 제공하고 싶다면 생성자 매개값으로 전달한다.

throw new Exception()
throw new RuntimeException()
throw new Exception("예외메시지")
throw new RuntimeException("예외메시지")

throw된 예외는 직접 try-catch 블록으로 예외를 처리할 수도 있지만(아래 왼쪽), 대부분 메소드를 호출한 곳에서 예외를 처리하도록 throws 키워드로 예외를 떠넘긴다(아래 오른쪽)

예제를 보자

package ch11.sec06;

public class Account {
    private long balance;

    public Account() {
    }

    public long getBalance() {
        return balance;
    }

    public void deposit(int money) {
        balance += money;
    }

    public void withdraw(int money) throws InsufficientException {
        if (balance < money) {
            throw new InsufficientException("잔고 부족: " + (money - balance) + " 모자람");
        }
        balance -= money;
    }
}

package ch11.sec06;

public class InsufficientException extends Exception {
    public InsufficientException() {
    }

    public InsufficientException(String message) {
        super(message);
    }
}

package ch11.sec06;

public class AccountExample {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account();
        // 예금하기
        account.deposit(10000);
        System.out.println("예금액: " + account.getBalance());

        // 출금하기
        try {
            account.withdraw(30000);
        } catch (InsufficientException e) {
            String message = e.getMessage();
            System.out.println(message);
        }
    }
}

예금액: 10000
잔고 부족: 20000 모자람