[Java] 예외 처리

JD_S·2022년 12월 3일

Java

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예외 처리

오류(error)와 예외(exception)

자바 프로그램을 작성할 때 자바 문법에 맞지 않게 코드를 작성하고 컴파일하려고 하면, 자바 컴파일러는 문법 오류(syntax error)를 발생시킨다. 또한, 자바 문법에는 맞게 작성되었다 하더라도 프로그램이 실행되면서 예상하지 못한 오류가 발생할 수 있다. 이렇게 컴퓨터 시스템이 동작하는 도중에 예상하지 못한 사태가 발생하여 실행 중인 프로그램이 영향을 받는 것을 오류와 예외 두 가지로 구분할 수 있다.

오류는 시스템 레벨에서 프로그램에 심각한 문제를 야기하여 실행 중인 프로그램을 종료시킨다. 이러한 오류는 개발자가 미리 예측하여 처리할 수 없는 것이 대부분이므로, 오류에 대한 처리는 할 수 없다. 하지만 예외는 오류와 마찬가지로 실행 중인 프로그램을 비정상적으로 종료시키지만, 발생할 수 있는 상황을 미리 예측하여 처리할 수 있다. 따라서 개발자는 예외 처리를 통해 예외 상황을 처리할 수 있도록 코드의 흐름을 바꿀 필요가 있다.

예외 처리(exception handling)

자바에서는 프로그램이 실행되는 도중 발생하는 예외를 처리하기 위해 try/catch/finally문을 사용할 수 있다.

try {
  예외를 처리하길 원하는 실행 코드;
} catch (e1) {
  e1 예외가 발생할 경우에 실행될 코드;
} catch (e2) {
  e2 예외가 발생할 경우에 실행될 코드;
}
...
finally {
  예외 발생 여부와 상관없이 무조건 실행될 코드;
}

try 블록 : 기본적으로 맨 먼저 실행되는 코드로 여기에서 발생한 예외는 catch 블록에서 처리
catch 블록 : try 블록에서 발생한 예외 코드나 예외 객체를 인수로 전달받아 그 처리를 담당
finally 블록 : 이 블록은 try 블록에서 예외가 발생하건 안 하건 맨 마지막에 무조건 실행

다른 제어문과 달리 예외 처리문은 중괄호({})를 생략할 수 없다.

예외 처리 메커니즘

자바에서 예외 처리는 다음과 같은 순서로 진행된다.

try 블록에 도달한 프로그램의 제어는 try 블록 내의 코드를 실행한다. 이때 만약 예외가 발생하지 않고, finally 블록이 존재하면 프로그램의 제어는 바로 finally 블록으로 이동한다.
try 블록에서 예외가 발생하면 catch 핸들러는 다음과 같은 순서로 적절한 catch 블록을 찾게 된다.
- 스택에서 try 블록과 가장 가까운 catch 블록부터 차례대로 검사한다.
- 만약 적절한 catch 블록을 찾지 못하면, 바로 다음 바깥쪽 try 블록 다음에 위치한 catch 블록을 차례대로 검사한다.
- 이러한 과정을 가장 바깥쪽 try 블록까지 계속 검사하게 된다.
- 그래도 적절한 catch 블록을 찾지 못하면, 예외는 처리되지 못한다.
만약 적절한 catch 블록을 찾게 되면, throw 문의 피연산자는 예외 객체의 형식 매개변수로 전달된다.
모든 예외 처리가 끝나면 프로그램의 제어는 finally 블록으로 이동한다.
finally 블록이 모두 처리되면, 프로그램의 제어는 예외 처리문 바로 다음으로 이동한다.

아래 그림은 위에서 설명한 예외 처리 메커니즘을 그림으로 표현한 것이다.

만약 1번이 try 블록에서 예외가 발생하지 않고, 바깥쪽 try 블록에서도 예외가 발생하지 않으면, 6번 finally 블록이 바로 실행될 것이다. 하지만 1번 try 블록에서 예외가 발생하면, 2번과 3번 catch 블록에서 해당 예외를 처리할 수 있는지 검사하게 된다. 만약 적절한 catch 블록을 찾지 못하면, 바깥쪽 try 블록의 4번과 5번 catch 블록도 차례대로 검사하게 된다. 이때 해당 예외를 처리할 수 있는 catch 블록을 찾게 되면, 해당 catch 블록을 실행한 후 6번 finally 블록을 실행한다. 하지만 모든 catch 블록이 혜당 예외를 처리할 수 없으면, 예외는 처리되지 못한 채 해당 프로그램은 강제 종료될 것이다.

예외 클래스

Exception 클래스

자바에서 모든 예외의 조상 클래스가 되는 Exception 클래스는 크게 다음과 같이 구분할 수 있다.

RuntimeException 클래스
그 외의 Exception 클래스의 자식 클래스

RuntimeException 클래스를 상속받는 자식 클래스들은 주로 치명적인 예외 상황을 발생시키지 않는 예외들로 구성된다. 따라서 try/catch 문을 사용하기보다는 프로그램을 작성하면서 예외가 발생하지 않도록 주의를 기울이는 편이 좋다. 하지만 그 외의 Exception 클래스에 속하는 자식 클래스들은 치명적인 예외 상황을 발생시키므로, 반드시 try/catch 문을 사용하여 예외를 처리해야만 한다.

따라서 자바 컴파일러는 RuntimeException 클래스 이외의 Exception 클래스의 자식 클래스에 속하는 예외가 발생할 가능성이 있는 구문에는 반드시 예외를 처리하도록 강제하고 있다. 만약 이러한 예외가 발생할 가능성이 있는 구문을 예외 처리하지 않았을 때는 컴파일 시 오류를 발생시킨다.

아래 코드는 PrintStream 클래스의 write() 메서드를 사용하여 byte 타입 배열의 모든 요소를 출력하는 코드이다.

public class Exception01 {
  public static void main(String[] args) {
    byte[] list = {'a', 'b', 'c'};
    System.out.write(list);
  }
}

하지만 위 코드에서 write() 메서드에서 발생할 수 있는 IOException에 대한 예외를 처리하지 않았으므로, 컴파일 시 오류가 발생한다. 따라서 아래와 같이 try/catch 문을 사용하여 IOException에 대한 예외 처리까지 해 주어야만 컴파일 할 수 있다.

IOException은 일종의 I/O 예외가 발생했음을 알려주는 클래스로 실패하거나 중단된 I/O 작업에 의해 생성되는 예외 클래스이다.

byte[] list = {'a', 'b', 'c'};

try {
  System.out.write(list);
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
}

결과
abc

예외 처리의 계층 관계

자바에서는 예외가 발생하면, try 블록과 가장 가까운 catch 블록부터 순서대로 검사한다. 따라서 여러 개의 catch 블록을 사용할 때는 Exception 클래스의 계층 관계에도 주의를 기울여야만 한다.

try {
  System.out.write(list);
} catch (Exception e) {
  e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
}

위 코드에서 IOException이 발생하면, 자바는 첫 번째 catch 블록부터 순서대로 해당 예외를 처리할 수 있는지를 검사한다. 그런데 IOException은 Exception의 자식 클래스이므로, 첫 번째 catch 블록에서도 IOException을 처리할 수 있다. 따라서 IOException을 비롯한 Exception 클래스의 자식 클래스에 해당하는 예외가 발생하면, 언제나 첫 번째 catch 블록에서만 처리될 것이다. 즉, catch 블록의 순서를 위 코드처럼 작성하면, 두 번째 catch 블록은 영원히 실행되지 못할 것이다.

따라서 IOException만을 따로 처리하고자 한다면, 아래 코드처럼 catch 블록의 순서를 변경해야 한다.

try {
  System.out.write(list);
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (Exception e) {
  e.printStackTrace();
}

위 코드에서 IOException이 발생하면, 첫 번째 catch 블록에서 해당 예외를 처리할 것이다. 또한, IOException 외의 Exception 클래스의 자식 클래스에 해당하는 예외가 발생하면, 두 번째 catch 블록에서 처리될 것이다. 이처럼 범위가 더 좁은 예외를 처리하는 catch 블록을 먼저 명시하고, 범위가 더 넓은 예외를 처리하는 catch 블록은 나중에 명시해야만 정상적으로 해당 예외를 처리할 수 있다.

여러 예외 타입의 동시 처리

Java SE 7부터는 '|' 기호를 사용하여 하나의 catch 블록에서 여러 타입의 예외를 동시에 처리할 수 있다.

try {
  this.db.commit();
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (SQLException e) {
  e.printStackTrace();
}

즉, Java SE 7부터는 위 코드를 아래 코드처럼 표현할 수 있게 되었다.

try {
  this.db.commit();
} catch (IOException | SQLException e) {
  e.printStackTrace();
}

하지만 둘 이상의 예외 타입을 동시에 처리하는 catch 블록에서 매개변수로 전달받은 예외 객체는 묵시적으로 final 제어자를 가지게 된다. 따라서 catch 블록 내에서 해당 매개변수에는 어떠한 값도 대입할 수 없다.

Throwable 클래스

자바에서 Throwable 클래스는 모든 예외의 조상이 되는 Exception 클래스와 모든 오류의 조상이 되는 Error 클래스의 부모 클래스이다. Throwable 타입과 이 클래스를 상속받은 서브 타입만이 자바 가상 머신(JVM)이나 throw 키워드에 의해 던져질 수 있다.

이 클래스에는 예외나 오류에 관한 다양한 정보를 확인할 수 있는 다음과 같은 메서드가 포함되어 있다.

아래 코드는 일부러 숫자를 0으로 나눠 ArithmeticException 오류를 발생시키는 코드이다. 이렇게 발생한 오류에 대해 Throwable 메서드를 사용하여 발생한 오류에 대한 정보를 출력한다.

try {
  System.out.println(5 / 0);
} catch (ArithmeticException e) {
  System.out.println("현재 발생한 예외 정보 : " + e.getMessage());
}

결과
현재 발생한 예외 정보 : / by zero

자주 사용되는 예외 클래스

자바에서 자주 사용되는 예외 클래스는 다음과 같다.

예외 발생 및 회피

예외 발생시키기

자바에서는 throw 키워드를 사용하여 강제로 예외를 발생시킬 수 있다.

Exception e = new Exception("오류 메시지");
...
throw e;

위 코드처럼 생성자에 전달된 문자열은 getMessage() 메서드를 사용하여 오류 메시지로 출력할 수 있다.

예외 회피하기

메서드 선언부에 throws 키워드를 사용하여 해당 메서드를 사용할 때 발생할 수 있는 예외를 미리 명시할 수도 있다. 이렇게 하면 해당 메서드를 사용할 때 발생할 수 있는 예외를 사용자가 충분히 인지할 수 있으며, 그에 대한 처리까지도 강제할 수 있다. 따라서 더욱 안정성 있는 프로그램을 손쉽게 작성할 수 있도록 도와줄 수 있다.

아래 코드는 호출된 메서드에서 발생한 예외를 호출된 메서드에서 처리하는 코드이다.

public class Exception03 {
  static void handlingException() {
    try {
      throw new Exception();
    } catch (Exception e) {
      System.out.println("호출된 메서드에서 예외가 처리됨!");
    }
  }
  
  public static void main(String[] args) {
    try {
      handlingException();
    } catch (Exception e) {
      System.out.println("main() 메서드에서 예외가 처리됨!");
    }
  }
}

결과
호출된 메서드에서 예외가 처리됨!

이때 호출된 메서드의 try/catch 문을 생략하면 컴파일 오류가 발생한다. 또한, 이 메서드를 호출한 main() 메서드는 호출된 메서드에서 예외가 발생한 사실을 알 수 없다.

아래 코드는 throws 키워드를 사용하여 호출된 메서드에서 발생한 예외를 호출한 메서드로 넘기는 코드이다.

public class Exception04 {
  static void handlingException() throws Exception { throw new Exception(); }
  
  public static void main(String[] args) {
    try {
      handlingException();
    } catch (Exception e) {
      System.out.println("main() 메서드에서 예외가 처리됨!");
    }
  }
}

결과
main() 메서드에서 예외가 처리됨!

이렇게 함으로써 호출된 메서드에는 try/catch 문을 생략할 수 있다. 그리고 호출된 메서드에서 발생한 예외를 해당 메서드를 호출한 main() 메서드에서 처리할 수 있게 된다.

사용자 정의 예외 클래스

자바에서 Exception 클래스를 상속받아 자신만의 새로운 예외 클래스를 정의하여 사용할 수 있다. 사용자 정의 예외 클래스에는 생성자뿐만 아니라 필드 및 메서드도 원하는 만큼 추가할 수 있다.

class MyException extends RuntimeException {
  MyException(String errMsg) { //문자열을 매개변수로 받는 생성자
    super(errMsg); //조상인 Exception 클래스의 생성자를 호출
  }
}

요즘에는 위와 같이 Exception 클래스가 아닌 예외 처리를 강제하지 않는 RuntimeException 클래스를 상속받아 작성하는 경우가 많다.

try-with-resources 문

Java Se 7부터는 사용자 자원등을 자동으로 해체해 주는 try-with-resources 문을 사용할 수 있다.

try (파일을 열거나 자원을 할당하는 명령문) {
  ...
}

위와 같이 try 블록에 괄호(())를 추가하여 파일을 열거나 자원을 할당하는 명령문을 명시하면, 해당 try 블록이 끝나자마자 자동으로 파일을 닫거나 할당된 자원을 해제해 준다.

아래 코드는 파일에서 문자열을 한 줄 읽어오는 코드이다.

static String readFile(String filePath) throws IOException {
  BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(filePath));
  try {
    return br.readLine();
  } finally {
    if (br != null)
      br.close();
  }
}

위와 같이 Java SE 7 이전에서는 finally 블록을 사용하여 사용한 파일을 닫아줘야 했다. 하지만 try-with-resources 문을 사용하면 다음과 같이 자동으로 파일의 닫기를 수행할 수 있다.

static String readFile(String filePath) throws IOException {
  try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(filePath))) {
    return br.readLine();
  }
}

Reference

JD_S

Whatever does not destroy me makes me stronger.

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