[Java] 예외처리 (1)

자바에서 말하는 예외

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🔎 예외 (Exception)

• '예외적인 상황'을 줄여 예외라 한다.
• 단순한 문법 오류가 아닌 실행 중간에 발생하는 정상적이지 않은 상황을 뜻한다.
• 일반적으로 예외는 프로그램을 사용하는 사용자가 만든다.
  (아닌 경우도 있음)

🔎 예외 처리

• 예외 상황에 대한 처리를 의미한다.
• 자바는 예외처리 메커니즘을 제공한다.
  ➡ 자바의 기본 예외처리 메커니즘은 문제가 발생한 지점에 대한 정보 출력과 프로그램 종료이다.

🔎 관련 예제

• 수학적으로 분모(나누는 수)는 0이 될 수 없는데 사용자가 0을 입력했을 경우 예외가 발생한다.

• 예외 발생 순간에 프로그램이 종료된다.
  ➡ 가상머신은 예외가 발생하면 그 내용을 간단히 출력하고 프로그램을 종료해버린다.

• 또한 사용자가 숫자가 아닌 문자를 입력했을 경우에도 예외가 발생한다.
  
  

import java.util.Scanner;

public class ExceptionCase {
	public static void main(String[] args) {
		Scanner kb = new Scanner(System.in);
		
		System.out.print("a/b...a의 값을 입력하세요: "); // 분자 입력
		int a = kb.nextInt(); // int형 정수 입력
		
		System.out.print("a/b...b의 값을 입력하세요: "); // 분모 입력
		int b = kb.nextInt(); // int형 정수 입력
		
		System.out.printf("%d/%d = %d \n", a, b, a/b);
		System.out.println("프로그램 종료!");
	}
}


// 실행 결과
a/b...a의 값을 입력하세요: 5
a/b...b의 값을 입력하세요: 0

// 분모가 0일 경우 예외상황이 발생해 프로그램이 종료됨을 확인 할 수 있다.
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
	at ch18.ExceptionCase.main(ExceptionCase.java:18)

예외처리 메커니즘 (try ~ catch)

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🔎 예외 클래스

• 자바 가상머신이 특정 예외상황을 알리기 위해 디자인 된 클래스이다.

• 예외 클래스 종류
  • ArithmeticException
    ➡ 수학 연산에서의 오류 상황을 의미하는 예외클래스
  • InputMismatchException
    ➡ 클래스 Scanner를 통한 값의 입력에서의 오류 상황을 의미하는 예외클래스

🔎 예외 처리

• 예외를 처리할 때는 try ~ catch문을 사용한다.
  ➡ 예외 처리를 위한 코드를 별도로 구분하기 위해 디자인된 예외처리 메커니즘이 try ~ catch문이다.

• try ~ catch문은 try 영역과 catch 영역으로 구분되는데,
  이 둘은 하나의 문장이므로 항상 연결되어 있어야 한다.

• try 영역에서 발생한 예외 상황을 catch 영역에서 처리하는 방식으로 동작한다.

• try ~ catch문은 성능저하를 일으킬 수 있다.
  
  

// try ~ catch문 기본 구조
try {
	...관찰 영역...
}
catch(Exception e) {
	...처리 영역...
}

• 예외가 발생하면 자바 가상머신은 예외 인스턴스를 만들고, 만들어진 예외 인스턴스의 참조값이 catch의 매개변수 선언을 통해 전달된다.

• 따라서 catch의 매개변수 선언 타입이 예외 인스턴스의 타입과 동일해야 한다.

• catch문은 둘 이상 연이어 쓸 수 있다.
  
  

try {
	...관찰 영역...
}
// ArithmeticException 예외클래스형 참조변수가 ArithmeticException형 예외 인스턴스를 참조
catch(ArithmeticException e) {  
	...처리 영역...
}
// InputMismatchException 예외클래스형 참조변수가 InputMismatchException형 예외 인스턴스를 참조
catch(InputMismatchException e) {  
	...처리 영역...
}

🔎 관련 예제

import java.util.Scanner;

public class ExceptionCase2 {
	public static void main(String[] args) {
		Scanner kb = new Scanner(System.in);
		
		try {
			System.out.print("a/b...a의 값을 입력하세요: ");
			int a = kb.nextInt();
			System.out.print("a/b...b의 값을 입력하세요: ");
			int b = kb.nextInt();
			System.out.printf("%d/%d = %d /n", a, b, a/b);  // 예외 발생 지점
		}
		catch(ArithmeticException e) {
			System.out.println(e.getMessage());  // 예외의 원인을 담고 있는 문자열을 반환
		}
		System.out.println("프로그램 종료!");
	}
}


// 실행 결과
a/b...a의 값을 입력하세요: 5
a/b...b의 값을 입력하세요: 0
/ by zero
프로그램 종료!

• 분모가 0인 상태에서 나눗셈을 진행하는 순간 예외가 발생한다.
• 예외가 발생한 순간 가상머신은 ArithmeticException 인스턴스를 생성한다.
• try영역에 이어서 등장하는 catch영역에서 생성한 인스턴스를 인자로 받을 수 있는 지 확인하고, 받을수 있으면 catch영역으로 인스턴스를 전달한다.
  ➡ 전달 가능 여부는 catch 영역의 매개변수 선언을 통해 결정
• catch 영역으로 예외 인스턴스가 전달되면, 가상머신은 예외가 처리된 것으로 판단해 try ~ catch문의 다음 문장을 이어서 실행한다.

예외 발생 이후의 실행 흐름

try {
	1. ...
	2. 예외 발생 지점
	3. ...
}
catch(Exception e) {
	...
}
4. 예외 처리 이후 실행 시점

• 가상머신은 예외상황을 만나면 실행을 잠깐 멈추고 예외처리 메커니즘을 동작시킨 뒤 다시 실행을 이어나가게 된다.
• 2의 위치에서 예외가 발생했을 경우, catch 영역에서 해당 예외에 대한 처리가 이뤄진 다음 3의 위치에서 실행을 이어가는 것이 아니라 4의 위치에서 실행이 이어진다.

• try 영역 안에서 예외가 발생하면 예외처리 이후에 그 예외가 발생한 지점 이후부터 나머지를 이어서 실행하는 것이 아닌 try ~ catch문을 통째로 건너뛰고 실행 하게 된다.

• 따라서 try는 예외가 발생할 수 있는 영역을 묶기 위한 용도로 사용된다.

둘 이상의 예외 처리를 위한 구성

• try 영역에서 예외가 발생했을 경우 위에 있는 catch부터 아래 있는 catch로 넘어간다.

import java.util.InputMismatchException;
import java.util.Scanner;

public class ExceptionCase4 {
	public static void main(String[] args) {
		Scanner kb = new Scanner(System.in);
		
		try {
			System.out.print("a/b...a의 값을 입력하세요: ");
			int a = kb.nextInt();   // 입력 오류 발생 가능
			System.out.print("a/b...b의 값을 입력하세요: ");
			int b = kb.nextInt();   // 입력 오류 발생 가능
			System.out.printf("%d/%d = %d \n", a, b, a/b);
		}
		catch(ArithmeticException e) {
			System.out.println(e.getMessage());
		}
		catch(InputMismatchException e) {
			System.out.println(e.getMessage());
		}
		System.out.println("프로그램 종료!");
	}
}


// 실행 결과 
// (분모가 0으로 입력될 경우)
a/b...a의 값을 입력하세요: 5
a/b...b의 값을 입력하세요: 0
/ by zero
프로그램 종료!

// (숫자가 아닌 문자가 입력될 경우)
a/b...a의 값을 입력하세요: e
null
프로그램 종료!

• 하나의 catch 구문 안에서 둘 이상의 예외를 처리하는 것도 가능하다.

import java.util.InputMismatchException;
import java.util.Scanner;

public class ExceptionCase5 {
	public static void main(String[] args) {
Scanner kb = new Scanner(System.in);
		
		try {
			System.out.print("a/b...a의 값을 입력하세요: ");
			int a = kb.nextInt();   // 입력 오류 발생 가능
			System.out.print("a/b...b의 값을 입력하세요: ");
			int b = kb.nextInt();   // 입력 오류 발생 가능
			System.out.printf("%d/%d = %d \n", a, b, a/b);
		}
		catch(ArithmeticException | InputMismatchException e) {
			System.out.println(e.getMessage());
		}
		System.out.println("프로그램 종료!");
	}
}


// 실행 결과 
// (분모가 0으로 입력될 경우)
a/b...a의 값을 입력하세요: 5
a/b...b의 값을 입력하세요: 0
/ by zero
프로그램 종료!

// (숫자가 아닌 문자가 입력될 경우)
a/b...a의 값을 입력하세요: e
null
프로그램 종료!

Throwable 클래스

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• java.lang.Throwable 이 모든 예외 클래스의 최상위 클래스이다.
  ➡ 따라서 모든 예외 클래스는 Throwable 클래스를 상속한다.

• Throwable 클래스의 메소드 종류
  • public String getMessage()
    ➡ 예외의 원인을 담고 있는 문자열을 반환
  • public void printStackTrace()
    ➡ 예외가 발생한 위치와 호출된 메소드의 정보를 출력

예외의 전달처리의 책임 전가

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• 예외 발생 지점에서 예외를 처리하지 않으면 해당 메소드를 호출한 영역으로 예외가 전달된다.

🔎 관련 예제 (예외처리 전)

class ExceptionMessage {
	public static void m1(int n) {
		m2(n,0);  // m2 메소드를 호출
	}
	
	public static void m2(int n1, int n2) {
		int r = n1/n2;  // 예외 발생 지점
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		m1(3);
		System.out.println("프로그램 종료!");
	}
}


// 실행 결과
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
	    // (0으로 나눗셈 연산을 하여 ArithmeticException가 발생했다.)
	at ExceptionMessage.m2(ExceptionMessage.java:16)
	    // (ExceptionMessage 클래스의 m2에서 예외가 시작되었고) 
	at ExceptionMessage.m1(ExceptionMessage.java:12)
	    // (ExceptionMessage 클래스의 m1으로 예외가 넘어갔으며) 
	at ExceptionMessage.main(ExceptionMessage.java:20)
	    // (ExceptionMessage 클래스의 main으로 예외가 넘어갔다.)

• 메소드 호출 흐름 : main ➡ m1 ➡m2

• m2에서 예외가 발생했지만, m2에서 해당 예외를 처리하지 않음
  ➡ 가상머신은 m2를 호출한 m1에게 예외처리의 책임을 넘긴다.

• m1에서도 예외를 처리하지 않음
  ➡ m1을 호출한 main에게 예외처리의 책임을 넘긴다.

• main에서도 예외를 처리하지 않음
  ➡ 가상머신이 대신 예외를 처리해 예외 관련 메시지의 출력과 프로그램을 종료시킨다.

🔎 관련 예제 (예외처리 후)

public class ExceptionMessage {
	public static void m1(int n) {
		m2(n,0);  // 이 지점으로 m2로부터 예외가 넘어온다.
	}
	
	public static void m2(int n1, int n2) {
		int r = n1/n2;  // 이 지점에서 예외가 발생한다.
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		try {
			m1(3);  // 이 지점에서 m1으로 부터 예외가 넘어온다.
		}
		catch(Throwable e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("프로그램 종료!");
	}
}


// 실행 결과
java.lang.ArithmeticException: / by zero
	at ExceptionMessage.m2(ExceptionMessage.java:11)
	at ExceptionMessage.m1(ExceptionMessage.java:7)
	at ExceptionMessage.main(ExceptionMessage.java:16)
프로그램 종료!

• m2에서 발생한 예외를 main 메소드에서 처리함

• 실제로 넘어오는 예외의 인스턴스 타입은 Throwable이 아니지만, 모든 예외 클래스는 Throwable를 상속하기 때문에 catch 영역에서 매개변수를 받아올 수 있다.
  ( 좋은 예외처리 방식은 아님! )

예외 상황을 알리기 위해 정의된 클래스 종류

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🔎 ArrayIndexOutOfBoundsException

• 배열 접근에 잘못된 인덱스 값을 사용하는 오류상황을 의미하는 예외 클래스

class ExceptionArrayIndexOutOfBounds {
	public static void main(String[] args) {
		int[] arr = { 1, 2, 3 };
		for (int i = 0; i < 4; i++)
			System.out.println(arr[i]); // 인덱스 값 3은 예외를 발생시킴
	}
}


// 실행 결과
1
2
3
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Index 3 out of bounds for length 3
	at ExceptionArrayIndexOutOfBounds.main(ExceptionArrayIndexOutOfBounds.java:11)

🔎 ClassCastException

• 허용할 수 없는 형 변환을 강제로 진행하는 경우 발생하는 오류상황을 의미하는 예외 클래스

class Board { }
class ABoard extends Board { }

class ClassCastException {
	public static void main(String[] args) {
		Board abd1 = new ABoard();
		ABoard abd2 = (ABoard)abd1;  // 명시적 형변환 ok!
		
		System.out.println(".. intermediate location ..");
		Board bd1 = new Board();
		ABoard bd2 = (ABoard)bd1;    // 예외 발생
	}
}


// 실행 결과
.. intermediate location ..
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Board cannot be cast to ABoard (Board and ABoard are in unnamed module of loader 'app')
	at ClassCastException.main(ClassCastException.java:13)

🔎 NullPointerException

• null이 저장된 참조변수를 대상으로 메소드를 호출할 때 발생하는 오류상황을 의미하는 예외 클래스

class NullPointerException {
	public static void main(String[] args) {
		String str = null;
		System.out.println(str);  // null 출력
		int len = str.length();   // 예외 발생
	}
}


// 실행 결과
null
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "str" is null
	at NullPointerException.main(NullPointerException.java:11)

참고
열혈 자바 ch18-1 (자바 예외처리의 기본)