🧣 프로그램 오류, 예외 클래스의 계층구조

10월 15일 카카오에 무슨 일이

오류(error) 와 예외(exception)의 차이

에러:프로그램 코드에 의해서 수습될 수 없는 심각한 오류
예외 : 프로그램 코드에 의해서 수습될 수 있는 다소 미약한 오류

🧐 에러는 어쩔 수 없지만... 예외는 처리해야함!

컴퓨터 하드웨어의 오작동 또는 고장으로 인해 응용프로그램 실행 오류가 발생하는 것을 에러(error)라고 합니다. 프로그램을 만들다보면 이런 에러 상황을 처리해야할 때가 있는데, 이것을 예외처리라고 합니다.

에러 상황에서 프로그램이 강제 종료가 되는게 아니라, 에러 상황을 처리해줌으로써 프로그램이 정상 실행 상태가 유지되도록 할 수 있습니다. 프로그램이 오작동을 하지 않게 하기위한 자바의 배려라고 생각하시면 됩니다.

프로그램 오류에는 어떤 것들이 있을까요?

1. 컴파일 에러
2. 런타임 에러
3. 논리적 오류

예외는 언제 발생하는가

예외에 대하여 구체적으로 알아보기 전에, 어떤 상황에서 예외가 발생하는지 살펴봅시다.

다음과 같이 존재하지 않는 파일을 열기 위한 자바 프로그램을 작성해봅시다.

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class ExceptionSample {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("존재하지_않는_파일"));
		br.readLine();
		br.close();
	}
}

이 코드를 실행하면, 존재하지 않는 파일을 읽으려 하기 때문에, 원하는 파일을 찾을 수 없다는 오류가 발생합니다.

java.io.FileNotFoundException

또 다른 코드를 보겠습니다. 이번에는 0으로 다른 숫자를 나누는 프로그램을 만들어봅니다.

public class DivideExceptionSample {
	public static void main(String[] args) {
		int result = 5 / 0;
	}
}

자바에서는 숫자를 0으로 나눌 수 없기 때문에 산술에 문제가 생겼다는 ArithmeticException이 발생합니다.

마지막으로 한가지 예시를 더 보겠습니다.

public class ArrayExceptionSample {
	public static void main(String[] args) {
		int[] array = {3, 4, 5, 6};
		System.out.println(array[5]);
	}
}

코드를 보면 array 배열 크기가 4개인 숫자를 선언했는데, 인덱스 범위를 초과하여 사용할 경우 다음과 같은 오류가 발생합니다. 출력문에서 5번째 인덱스를 호출하고 있으니 당연히 오류가 발생하겠죠. ArrayIndexOutOfBoundsException이 발생합니다.

자바는 이와 같이 예외가 발생하면 프로그램을 중단하고 오류 메시지를 보여줍니다. 만약 이 경우에 예외 처리를 해준다면, 프로그램 중단없이 오류 메시지를 출력하고 다음 프로세스로 넘어가도록 조치해줄 수 있겠죠. 이것이 바로 자바에서의 예외처리 입니다.

추가적으로 이와같은 대처 방법이 있겠죠!

9.1.2 예외 클래스의 계층 구조

우선 예외 클래스에는 두가지 종류가 있습니다. 하나는 일반 예외(Exception), 다른 하나는 실행 예외(Runtime Exception)입니다.

일반 예외는 컴파일러 체크 예외(Checked Exception) 라고도 하는데, 컴파일하는 과정에서 예외 처리 코드가 필요한지 검사하기 때문입니다. 만약 예외 처리 코드가 없다면 컴파일 오류가 발생합니다.

실행 예외는 컴파일하는 과정에서 예외 처리 코드를 검사하지 않는 예외(Unchecked Exception)를 말합니다. 컴파일시 예외 처리를 확인하는 차이일 뿐, 두 가지 예외는 모두 예외 처리가 필요합니다.

그림으로 찾아볼까요?

• 모든 객체의 최상위 부모가 Object이듯, 예외도 최상위 부모는 Object
• Throwable : 최상위 예외.
• Error : 메모리 부족이나 심각한 시스템 오류같은 복구 불가능한 예외. 개발자가 잡을 수 없는 예외입니다.
• Exception : 컴파일러가 체크하는 checked exception. 단 RuntimeException은 예외.
• RuntimeException : 컴파일러가 체크하지 않는 unchecked exception, 런타임 예외
  
  

🚫 예외 처리 try-catch

try-catch문

앞서 살펴본 예외들을 처리하기 위해 try-catch문을 사용해봅시다. 먼저 기본 구조를 살펴보겠습니다.

try {
    <수행할 문장 1>;
    <수행할 문장 2>;
    ...
} catch(예외1) {
    <수행할 문장 A>;
    ...
} catch(예외2) {
    <수행할 문장 a>;
    ...
}

혹은

try {
    <수행할 문장 1>;
    <수행할 문장 2>;
    ...
} catch (예외1 | 예외2) {  // 둘 중 하나가 예외일 경우 A 수행 (멀티 catch)
    <수행할 문장 A>;
    ...
}

위 코드와 같이 두 형태의 catch문이 모두 가능합니다.

첫 번째 코드의 try문 에서 예외가 발생하여 catch 예외1이 수행된다면 그 다음 예외2의 catch문은 수행되지 않습니다.

그리고 try문 안의 수행할 문장 중 예외가 발생하지 않는다면 catch문 안의 내용은 수행되지 않습니다. 하지만 try문 수행 중 예외가 발생하면 catch문이 수행됩니다.

앞에서 봤던 오류를 다시 한 번 보고, 예외처리 해보겠습니다.

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class ExceptionSample {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("존재하지_않는_파일"));
		br.readLine();
		br.close();
	}
}

...
public class ExceptionSample {
	public static void main(String[] args) {
		**try {**
			BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("존재하지_않는_파일"));
			br.readLine();
			br.close();
		**} catch (IOException e) {**
			System.out.println("error message: " + e.getMessage());
		**}**
	}
}

예외처리 한 후의 코드를 실행해보면 다음과 같은 결과를 볼 수 있습니다.

error message: 존재하지_않는_파일 (No such file or directory)

try문 에서 FileNotFoundException이 발생하면 catch 문의 내용이 실행됩니다. 위 코드에서는 에러 메시지를 출력하고 있죠.

다른 예시도 try-catch문을 사용하도록 수정해보겠습니다.

0으로 숫자를 나눴을 때 ArithmeticException이 발생하지만, 이것은 UncheckedException이죠. 하지만 모든 에러는 예외처리가 필요하기 때문에 try-catch문으로 감싸주겠습니다.

public class DivideExceptionSample {
	public static void main(String[] args) {
		int result;
		try {
			result = 5 / 0;
		} catch (ArithmeticException e) {
			result = -1;
			System.out.println("숫자는 0으로 나눌 수 없습니다.");
		}
	}
}

숫자는 0으로 나눌 수 없습니다.

이전처럼 예외처리를 하지 않았다면, 에러메시지가 출력되면서 프로그램이 종료되지만, 위 코드처럼 try-catch 처리를 해주면 에러 발생시 catch문이 실행됩니다. catch문에서는 예외 발생시 result에 -1을 대입하도록 했습니다.

다중 catch문 작성시 주의사항

그리고 다중 catch문을 작성할 때 주의할 점은, 상위 예외클래스가 하위 예외 클래스보다 아래쪽에 위치해야한다는 것 입니다. 아래 코드를 한번 고쳐봅시다.

try {
	(ArrayIndexOutOfBoundsException 발생)

	(NumberFormatException 발생)
} catch(Exception e) {
	예외처리1
} catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
	예외처리2    // 컴파일 오류
}

이 코드에서 ArrayIndexOutOfBoundsException 예외와 NumberFormatException 예외는 모두 Exception을 상속받기 때문에 첫번째 catch 블록만 선택되어 실행됩니다. 두번째 catch블록은 어떤 경우에라도 실행되지 않는 코드라는거죠. 위 코드는 다음과 같이 수정해야합니다.

try {
	(ArrayIndexOutOfBoundsException 발생)

	(NumberFormatException 발생)
} catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
	예외처리1
} catch(Exception e) {
	예외처리2 
}

try 블록에서 ArrayIndexOutOfBoundsException이 발생하면 첫번째 catch 블록을 실행하고, 그 밖의 다른 예외가 발생하면 두 번째 catch 블록을 실행합니다.

finally

프로그램 수행 도중 에러가 발생하면 프로그램이 중단되거나 예외 처리에 의해 catch 구문이 실행됩니다. 하지만 어떤 예외가 발생하더라도 반드시 실행되는 부분이 있는데, 바로 finally 구문입니다.

public class DivideExceptionSample {
    void finalMessage() {
        System.out.println("그럼 수고하세요.");
    }

    public static void main(String[] args) {
        DivideExceptionSample sample = new DivideExceptionSample();
        int result;
        try {
            result = 5 / 0;
            sample.finalMessage();       // 이 코드는 실행되지 않는다.
        } catch (ArithmeticException e) {
            result = -1;
            System.out.println("숫자는 0으로 나눌 수 없습니다.");
        } finally {
            sample.finalMessage();    // 이곳에서는 예외와 상관없이 무조건 수행된다.
        }
    }
}

위 코드에서 finally 구문을 사용했는데, 예상되는 출력값이 어떻게 될까요? 한번 고민해봅시다.

그리고 위 try문에서 sample.finalMessage(); 는 절대로 실행될 수 없습니다.
왜냐하면 result = 5 / 0;가 실행되면서 ArithmeticException이 발생하여 catch 구문으로 예외처리가 넘어가기 때문입니다.

만약 result = 5 / 0; 이후에 sample.finalMessage(); 메소드가 반드시 실행되어야 한다면 이런 경우를 처리하기 위해 자바에서는 위와 같이 finally문을 사용합니다.

결과는 아래와 같습니다.

숫자는 0으로 나눌 수 없습니다.
그럼 수고하세요.

다시 한번 강조하면, finally문은 try 문장 수행 중 예외 발생 여부와 상관없이 무조건 실행됩니다. 따라서 코드를 실행하면 sample.finalMessage(); 메서드가 수행되어 “그럼 수고하세요” 라는 문장이 출력됩니다.

🫠 사용자 정의 예외와 예외발생

예외를 직접 정의해보고 어떻게 활용할 수 있을지 알아봅시다.
프로그램을 개발하다 보면 자바 표준 API에서 제공하는 예외 클래스만으로는 다양한 종류의 예외를 표현할 수가 없습니다. 예를 들어, 은행 업무를 처리하는 프로그램에서 잔고보다 더 많은 출금 요청이 들어왔을 경우 오류가 되며 프로그램은 잔고 부족 예외를 발생시킬 필요가 있습니다. 그러나 잔고 부족 예외는 자바 표준 API에는 존재하지 않습니다. 잔고 부족 예외와 같이 애플리케이션 서비스와 관련된 예외는 개발자가 직접 정의해서 만들어야하므로 사용자 정의 예외가 필요합니다.

사용자 정의 예외 클래스 선언

그럼 사용자 정의 예외 클래스를 어떻게 선언하는지 코드를 확인해봅시다.

public class XXXException extends **Exception** { 
	public XXXException() { }
	public XXXException(String message) {  super(message);  }
}

or 

public class XXXException extends **RuntimeException** {
	public XXXException() { }
	public XXXException(String message) {  super(message);  }
}

사용자 정의 예외 클래스는 컴파일러가 체크하는(CheckedException) 일반 예외로 선언할 수도 있고, 컴파일러가 체크하지 않는(UnCheckedException) 실행 예외로 선언할 수도 있습니다. 일반 예외로 선언할 경우 Exception을 상속하면 되고, 실행 예외로 선언할 경우에는 RuntimeException을 상속하면 됩니다.

사용자 정의 예외 클래스의 네이밍도 Exception으로 끝나는 것이 좋습니다. 그리고 사용자 정의 예외 클래스도 필드, 생성자, 메소드 선언들을 포함할 수 있지만 대부분 생성자 선언만을 포함합니다. 생성자는 두 개를 선언하는 것이 일반적인데,

하나는 매개변수가 없는 기본 생성자 이고,

public XXXException() { }

다른 하나는 예외 발생 원인 메시지를 전달하기 위해 String 타입의 매개 변수를 갖는 생성자 입니다.

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

String 타입의 매개 변수를 갖는 생성자는 상위 클래스의 생성자를 호출하여 예외 메시지를 넘겨줍니다. 예외 메시지의 용도는 catch { } 블록의 예외 처리 코드에서 이용하기 위함이죠.

😅 예외 트랜잭션 처리 방법

예외 트랜잭션 처리법을 알아보기 전에, 트랜잭션이란 무엇인지 알아봅시다.

트랜잭션이란 하나의 작업 단위를 뜻하는데, 예를 들어 은행에서의 ‘송금’ 트랜잭션을 가정해봅시다. ‘송금’ 트랜잭션에는 다음과 같은 작업들이 있습니다.

• 송금 ‘처리중’ 상태로 변경
• 송금인 계좌에 돈이 빠져나감
• 수금인 계좌에 돈이 채워짐
• 송금 ‘완료’ 상태로 변경

은행에서의 송금 프로세스 중 하나라도 실패하면 2가지 모두 취소하고 ‘송금’ 전의 상태로 되돌려야합니다.

만약 모두 취소하지 않으면 데이터의 정합성이 크게 흔들리게 되죠. 이렇게 모두 취소하는 행위를 롤백(rollback)이라고 합니다. 여기서 데이터 정합성이란 간단하게 말해 데이터들의 값이 서로 일관성 있게 일치하는 것을 말합니다.

돈_송금() {
	송금_상태변경(처리중);
	송금인_계좌_출금();
	수금인_계좌_입금();
	송금_상태변경(완료);
}

송금_상태변경(status) {
	...
}

송금인_계좌_출금() {
	...
}

수금인_계좌_입금() {
	...
}

다시 정리하자면, 은행 송금 프로세스에서 송금 상태변경, 송금인 계좌 출금, 수금인 계좌 출금 이라는 3가지 작업 중 한가지라도 실패하면 모든 작업을 취소해야합니다. 이런 경우 예외처리를 어떻게 하는것이 좋을까요?

다음과 같이 송금 상태변경, 송금인 계좌출금, 수금인 계좌입금 메소드에서는 각각 예외를 던지고

돈 송금 메소드에서 던져진 예외를 처리한 뒤 모두 취소하는 것이 완벽한 트랜잭션 처리 방법일겁니다.

돈_송금() {
	**try {**
		송금_상태변경(처리중);
		송금인_계좌_출금();
		수금인_계좌_입금();
		송금_상태변경(완료);
	**} catch (예외) {
		모두취소();
	}**
}

송금_상태변경(status) **throws 예외** {
	...
}

송금인_계좌_출금() **throws 예외** {
	...
}

수금인_계좌_입금() **throws 예외** {
	...
}

이와 같이 코드를 작성하면 송금 상태변경, 송금인 계좌출금, 수금인 계좌입금 작업 중 하나라도 실패할 경우 예외가 발생하여 계좌간 송금 작업이 모두 취소될 것 입니다.

지금까지 자바의 예외 처리에 대해서 알아보았습니다. 실무에서 정말 많이 예외 처리를 사용하고, 각 비즈니스 로직에 맞는 동작과정, 흐름에 따라 예외 처리를 적절하게 하는 것도 개발자의 역할이라는 생각이 듭니다.

👽 자동 리소스 닫기(try-with-resource)

자바 7에서 새롭게 추가된 try-with-resource를 사용하면 예외 발생 여부와 상관없이 사용했던 리소스 객체(입출력, 스트림, 서버소켓, …)의 close() 메소드를 호출해서 안전하게 리소스를 닫아줍니다. 여기서 리소스는 다양한 의미가 될 수 있는데, 데이터를 읽고 쓰는 객체 라고 이해를 하시면 됩니다. 예를들어 파일의 데이터를 읽는 BufferedReader 객체와 파일 객체인 FileReader는 리소스 객체라고 보면 됩니다.

다음 코드는 자바6 이전까지 사용했던, 리소스 객체를 안전하게 닫기 위한 코드입니다.

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class TryWithResourceExample {

		public static void main(String[] args) {
					BufferedReader br = null;
	        try {
	            br = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"));
	            br.readLine();
	            br.close();
	        } catch (FileNotFoundException e) {
	            // FileNotFoundException 발생 예외 처리
	        } catch (IOException e) {
	            // IOException 발생 예외 처리
	        } finally {
	            if (br != null) {
	                try {
	                    br.close();
	                } catch (IOException e) {
	                    // 예외처리
	                }
	            }
	        }
		}
}

finally 블록에서 다시 try-catch를 열고 최종적으로 BufferedReader 리소스 close를 해주죠. close 하는 과정에서 IOException이 발생할 가능성이 있기 때문에 finally 블록 안에서도 try-catch를 사용해야합니다. 많이 복잡해보입니다.
그럼 이부분을 자바7에서 추가된 try-with-resource구문을 사용해서 리소스 close를 해주겠습니다.

try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"))) {
	...

} catch (IOException e) {
	// 예외 처리

}

정말 간단해지죠? 어디를 봐도 close()를 명시적으로 호출한 곳이 없습니다.

try 블록이 정상적으로 실행을 완료했거나 혹은 중간에 예외가 발생되면 자동으로 BufferedReader의 close() 메소드가 호출됩니다. try {} 에서 예외가 발생하면 우선 close()로 리소스를 닫고, catch 블록을 실행합니다. 만약 복수개의 리소스를 사용해야한다면 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"));
     BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter("file2.txt"))) {

} catch (IOException e) {
    // 예외 처리

}

try (FileInputStream inputStream = new FileInputStream("file.txt");
     FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("file2.txt")) {
	...

} catch (IOException e) {
	// 예외 처리

}

try-with-resource 사용 조건

이렇게 간단한 자동 리소스 닫기 기능을 사용하는데는 필요한 조건이 있습니다. 리소스 객체는 java.lang.AutoCloseable 인터페이스를 구현하고 있어야 합니다. AutoCloseable에는 close() 메소드가 정의되어 있는데 try-with-resources는 바로 이 close() 메소드를 자동 호출합니다.

자바 API 도큐먼트에서 AutoCloseable 인터페이스를 찾아서 “All Known Implementing Classes:”를 보면 try-with-resources와 함께 사용할 수 있는 리소스가 어떤것들이 있는지 알 수 있습니다.

Java Platform SE 8

AutoCloseable 인터페이스의 close() 메소드를 직접 구현하는 FileInputStream 클래스를 작성해보겠습니다. 그리고 TryWithResourceExample 코드를 보고 출력결과를 한번 생각해보세요.

public class FileInputStream implements AutoCloseable {
	private String file;

	public FileInputStream(String file) {
		this.file = file;
	}

	public void read() {
		System.out.println(file + " 을 읽습니다");
	}

	@Override
	public void close() throws Exception {
		System.out.println(file + "을 닫습니다");
	}
}

public class TryWithResourceExample {
	
	public static void main(String[] args) {
		try (FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("file.txt")){
			fileInputStream.read();
			throw new Exception();		// 강제적으로 예외 발생시킴
		} catch (Exception e) {
			System.out.println("예외 처리 코드가 실행되었습니다.");
		}

	}
}

.

.

.

출력결과

file.txt 을 읽습니다
file.txt을 닫습니다
예외 처리 코드가 실행되었습니다.