What is the Exception handling?

• 프로그램 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 있다.

• 컴파일 에러 : 컴파일 시에 발생하는 에러
• 런타임 에러 : 실행 시에 발생하는 에러
• 논리적 에러 : 실행은 되지만 의도와 다르게 동작하는 것. 창고의 재고가 음수가 된다던지, 게임 프로그램에서 비행기가 총알을 맞아도 죽지 않는 경우 등

• 이 중 런타임 에러를 방지하기 위해서는 프로그램 실행 도중 발생할 수 있는 모든 경우의 수를 고려하여 이에 대한 대비를 해야 한다. 자바에서는 실행 시(runtime) 발생할 수 있는 프로그램 오류를 에러(error)와 예외(exception) 두 가지로 구분한다.

• 에러 : 프로그램 코드에 의해서 수습될 수 없는 심각한 오류. 메모리 부족(OutOfMemoryError), 스택오버플로우(StackOverflowError) 등
• 예외 : 프로그램 코드에 의해서 수습될 수 있는 다소 미약한 오류

• 예외처리란 프로그램 실행 시 발생할 수 있는 예기치 못한 예외의 발생에 대비한 코드를 작성하는 것이며, 예외처리의 목적은 예외의 발생으로 인한 실행 중인 프로그램의 갑작스런 비정상 종료를 막고, 정상적인 실행상태를 유지할 수 있도록 하는 것이다.
• 발생한 예외를 처리하지 못하면 프로그램인 비정상적으로 종료되며, 처리되지 못한 예외(uncaught exception)는 JVM의 예외처리기(UncaughtExceptionHandler)가 받아서 예외의 원인을 화면에 출력한다.

Hierarchy of Exception class

• 자바에서는 실행 시 발생할 수 있는 오류(Exception, Error)를 클래스로 정의하였다. 모든 클래스의 조상은 Object클래스이므로 Exception과 Error클래스 역시 Object클래스의 자손들이다.
• 모든 예외의 최고 조상은 Exception클래스인데, 예외 클래스들은 크게 두 그룹으로 나눌 수 있다.

  1. Exception클래스와 그 자손들
     사용자의 실수와 같은 외적인 요인에 의해 발생하는 예외
  2. RuntimeException클래스와 그 자손들
     프로그래머의 실수로 발생하는 예외

Exception handling - try-catch

• 예외를 처리하기 위해서는 try-catch문을 사용한다.

try {
  // 예외가 발생할 가능성이 있는 문장들을 넣는다.
} catch (Exception1 e1) {
  // Exception1이 발생했을 경우, 이를 처리하기 위한 문장을 적는다.
} catch (Exception2 e2) {
  // Exception2이 발생했을 경우, 이를 처리하기 위한 문장을 적는다.
} catch (ExceptionN eN) {
  // ExceptionN이 발생했을 경우, 이를 처리하기 위한 문장을 적는다.
}

// ... 다음에 수행될 코드 작성

• 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.

try {
  try {  } catch (Exception e) { }
} catch (Exception e) {
  try {  } catch (Exception e) { } // 에러. 변수 e가 중복 선언됨
}

• 위와 같이 try-catch문을 중첩해서 사용할 수 있다. catch블럭의 괄호 내에 선언된 변수는 catch블럭 내에서만 유효하기 때문에 위의 모든 catch블럭에서 같은 변수명을 사용하는 것이 가능하다. 하지만 catch블럭의 괄호 내에서 새로운 try-catch문을 사용할 때엔 같은 변수명을 사용할 수 없다. 각 catch블럭에 선언된 두 참조변수의 영역이 서로 겹치기 때문에 다른 이름을 사용해야 서로 구별할 수 있기 때문이다.

Flow of try-catch

• try-catch문에서 예외가 발생했을 때와 발생하지 않은 경우에 따라 실행 흐름이 달라진다.

• try블럭 내에서 예외가 발생한 경우
  1. 발생한 예외와 일치하는 catch블럭이 있는지 확인한다.
  2. 일치하는 catch블럭을 찾게 되면 그 catch블럭 내의 문장들을 수행하고 전체 try-catch문을 빠져나가서 그 다음 문장을 계속해서 수행한다. 만일 일치하는 catch블럭을 찾지 못하면, 예외는 처리되지 못한다.

• try블럭 내에서 예외가 발생하지 않은 경우
  1. catch블럭을 거치지 않고 전체 try-catch문을 빠져나가서 수행을 계속한다.

printStackTrace() and getMessage()

• 예외가 발생했을 때 생성되는 예외 클래스의 인스턴스에는 발생한 예외에 대한 정보가 담겨 있으며, getMessage()와 printStackTrace()를 통해서 이 정보들을 얻을 수 있다. catch블럭의 괄호()에 선언된 참조변수를 통해 이 인스턴스에 접근할 수 있다.

• printStackTrace() : 예외발생 당시의 호출스택(Call Stack)에 있었던 메서드의 정보와 예외 메시지를 화면에 출력한다.
• getMessage() : 발생한 예외클래스의 인스턴스에 저장된 메시지를 얻을 수 있다.

try {
  System.out.println(1);
  System.out.println(0/0); // 예외발생!
  System.out.println(2); // 실행 안 됨
} catch (ArithmeticException ae) {
  ae.printStackTrace();
  System.out.println("예외메시지 : " + ae.getMessage());
} 
System.out.println(3);

• 실행 결과

1
java.lang.ArithmeticException: / by zero 
	at ExceptionEx.main(ExecptionEx.java:7)
예외메시지 : / by zero
3

멀티 catch블럭

• JDK1.7부터 여러 catch블럭을 | 기호를 이용해서 하나의 catch블럭으로 합칠 수 있게 되었다.

try {
  ...
} catch (Exception1 e1) {
  e1.printStackTrace();
} catch (Exception2 e2) {
  e2.printStackTrace();
}

• 다소 구구절절했던 try-catch문을 아래와 같이 간결하게 바꿀 수 있다.

try {
  ...
} catch (Exception1 | Exception2 e) {
  e.printStackTrace();
}

주의사항

• 만약 | 기호로 연결된 예외 클래스가 조상과 자손 관계에 있다면 컴파일 에러가 발생한다. 왜냐면 조상 클래스만 써도 자손 클래스까지 커버할 수 있기 때문이다. 불필요한 코드는 제거하라는 의미에서 에러가 발생하는 것이다.

• 멀티 catch는 하나의 catch블럭으로 여러 예외를 처리하는 것이기 때문에 발생한 예외를 멀티 catch블럭으로 처리하게 되었을 때, 멀티 catch블럭 내에서는 실제로 어떤 예외가 발생한 것인지 알 수 없다. 그래서 참조변수 e로 선언된 멀티 catch블럭에 | 기호로 연결된 예외 클래스들의 공통 분모인 조상 예외 클래스에 선언된 멤버만 사용할 수 있다.

• 멀티 catch블럭에 선언된 참조변수 e는 상수이므로 값을 변경할 수 없다는 제약이 있다. 이것은 여러 catch블럭이 하나의 참조변수를 공유하기 때문에 생기는 제약인데 실제로 참조변수의 값을 변경할 일은 없기 때문에 알아만 두면 될 것 같다.

throw Exception

• 키워드 throw를 사용해서 프로그래머가 고의로 예외를 발생시킬 수 있다.

  1. 연산자 new를 사용해서 발생시키려는 예외 클래스의 객체를 만든다.
     Exception e = new Exception("고의로 발생시켰음");
  2. 키워드 throw를 사용해서 예외를 발생시킨다.
     throw e;

• 예외 클래스의 객체를 만들 때 생성자에 String을 넣어 주면 이것이 예의 클래스의 객체에 메시지로 저장된다. 이걸 getMessage()를 사용해서 얻을 수 있다.

try {
  Exception e = new Exception("고의로 발생시켰음");
  throw e;
// throw new Excetion("고의로 발생시켰음"); <- 위 두 줄을 한 줄로 줄이기 가능
} catch (Exception e) {
  System.out.println("에러 메시지 : " + e.getMessage());
  e.printStackTrace();
}
System.out.println("프로그램이 정상 종료됨");

• 실행 결과

에러 메시지 : 고의로 발생시켰음
java.lang.Exception: 고의로 발생시켰음
	at ExceptionEx.main(ExceptionEx.java:4)
프로그램이 정상 종료됨

throws Exception with method

• throws를 사용해서 메서드에 예외를 선언할 수 있다.

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

• 메서드의 선언부에 예외를 선언함으로써 메서드를 사용하려는 사람이 메서드의 선언부만 보고도 이 메서드를 사용하기 위해서는 어떤 예외들이 처리되어야 하는지 쉽게 알 수 있다.

  • 기존의 많은 언어들에서는 메서드에 예외선언을 하지 않기 때문에 어떤 상황에 어떤 종류의 예외가 발생할 가능성이 있는지 예측하기 힘들기 때문에 그에 대한 대비를 하는 것이 어려웠다.

  • 자바에서는 메서드를 작성할 때 메서드 내에서 발생할 가능성이 있는 예외를 메서드의 선언부에 명시하여 이 메서드를 사용하는 쪽에서는 이에 대한 처리를 하도록 강요하기 때문에, 프로그래머들의 짐을 덜어 주는 것은 물론이고 보다 견고한 프로그램 코드를 작성할 수 있도록 도와준다.

  • 그렇다고 모든 예외를 선언할 필요는 없고, 반드시 처리해주어야 하는 예외들만 선언하면 된다.

• 예외를 메서드의 throws에 명시하는 것은 예외를 처리하는 것이 아니라, 자신(예외가 발생할 가능성이 있는 메서드)을 호출한 메서드에게 예외를 전달하여 예외처리를 떠맡기는 것이다.

  • 예외를 전달받은 메서드가 또다시 자신을 호출한 메서드에게 전달할 수 있으며, 이런 식으로 계속 호출스택에 있는 메서드들을 따라 전달되다가 제일 마지막에 있는 main메서드에서도 예외가 처리되지 않으면 main메서드마저 종료되어 프로그램 전체가 종료된다.

finally블럭

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

try {
  // 예외가 발생할 가능성이 있는 문장들을 넣는다.
} catch (Exception e ) {
  // 예외처리를 위한 문장을 적는다.
} finally {
  // 예외 발생여부에 관계없이 항상 수행되어야 하는 문장들을 넣는다.
  // finally블럭은 try-catch문의 맨 마지막에 위치해야 한다.
}

• 예외 발생 시 : try -> catch -> finally 순서로 실행
• 예외 미발생 시 : try -> finally 순서로 실행

try-with-resources

• JDK1.7부터 추가된 구문이다. 주로 입출력에 사용된 클래스를 사용한 후 닫아줄 때 사용된다.

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

• 위의 코드는 DataInputStream을 사용해서 파일로부터 데이터를 읽는 코드인데 읽는 도중에 예외가 발생해도 DataInputStream은 항상 닫히도록 finally블럭에 닫는 코드를 넣었다. 하지만 finally블럭의 close()가 예외를 발생시킬 수 있기 때문에 좀 더 올바른 코드를 작성하고자 한다면 다음과 같이 작성해야 한다.

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

• 하지만 코드가 복잡해지고 가독성이 떨어진다. 더 나쁜 것은 try블럭과 finally블럭 모두에서 예외가 발생하면 try블럭의 예외는 무시된다는 것이다.(두 예외가 동시에 발생할 수 없기 때문에 마지막으로 finally블럭에서 발생한 예외 내용만 출력됨) 이러한 점을 개선하기 위해 try-with-resources문이 추가되었다.

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("score.dat");
     DataInputStream dis = new DataInputStream(fis)) {
  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-with-resources문의 괄호 안에 객체를 생성하는 문정을 넣으면 이 객체는 따로 close()를 호출하지 않아도 try블럭을 벗어나는 순간 자동적으로 close()가 호출된다. 그 다음에 catch블럭 또는 finally블럭이 수행된다.
• try-with-resources문에 의해 자동으로 객체의 close()가 호출될 수 있으려면 클래스가 AutoCloseable이라는 인터페이스를 구현한 것이어야 한다.

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

• 만약 close()에서 예외가 발생하면 억제된(suppressed)이라는 의미의 머리말과 함께 출력된다.

Reference

• Java의 정석 3rd Edition