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异常体系与项目实践原创

7月前
219665

程序式阴影:为什么不报错?

一、简介

在程序开发的过程中,异常处理从来都是一个复杂的维度,无论是新手还是经验老到的选手,在编码时都会面对各种异常情况;

程序中的异常可以反映系统的缺陷和待优化的点,并且是无法完全避免的,如何处理异常和降低异常出现的频率,是系统质量的基础保障;

随着分布式架构的流行,各种复杂的请求链路给异常处理带来了巨大的麻烦,需要全面的监控来定位原因,才能快速的优化和解决;

二、异常体系

不论是JDK基础,还是各类组件,在源码中都涉及大量的异常封装,从而精确的反映出描述信息,先来看看Java中的异常体系基础;

Throwable:是所有错误「Error」和异常「Exception」的超类,

Error:通常是底层的不可恢复的类,此类错误一般都比较严重,JVM将终止其运行的线程;

Exception:程序自身可以捕获并且可以预处理的异常,例如捕获处理或者抛出;

针对「编译器」来说,异常又分为「检查」异常和「非检查」异常;

检查异常:即编译时异常,在编译时期就会被编译器查验到的异常,这类异常要么捕获处理要么抛出,否则就会报编译错误;

非检查异常:即运行时异常,在编译时期不会被编译器查验到的异常,这类异常只有在程序运行的时候,才会有可能被抛出;

三、异常用法

1、使用细节

Java异常处理关键字,分别是:「try」可能抛异常的代码块,「catch」捕获异常、「finally」必须执行的代码块、「throw」方法内抛指定异常、「throws」方法声明抛多个异常;

public class UseExe01 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            strStm ();
            ioStm();
        } catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("空指针异常:"+e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("IO流异常:"+e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("异常:"+e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println("execute...finally");
        }
    }
    public static void ioStm () throws FileNotFoundException {
        new FileInputStream(new File("file_path"));
    }
    public static String strStm () throws NullPointerException {
        Object object = new Object() ;
        return object.getClass().getName() ;
    }
}

案例分析

细节分析

  • 如果「try」代码块中没有抛出异常,执行完会跳到「finally」代码块;
  • 如果「try」代码块中抛出异常,则执行「catch」代码块,无论是否捕获异常,最终都要执行「finally」代码块;
  • 可以存在多个「catch」代码块,但是最多只匹配一个异常;
  • 捕获异常与抛出异常的类型可以匹配,或者捕获异常的类型是抛出异常的父类;
  • 在异常捕获时,同一个继承体系内,先捕获子类异常,再捕获父类异常;

2、返回值问题

在异常处理逻辑中,有一个非常经典的问题,就是「return」返回值,如果在「try.catch.finally」代码块中都存在「return」关键字,则要分情况讨论;

2.1 值类型

public class UseExe02 {
    // 返回【2】
    public static int getInt1 () {
        try {
            int i = 1 / 0;
        } catch (ArithmeticException e){
            e.printStackTrace();
            return 1;
        } finally {
            System.out.println("execute...finally");
            return 2;
        }
    }
    // 返回【1】
    public static int getInt2 () {
        int a = 1;
        try{
            int i = 1/0;
            return a;
        }catch (ArithmeticException e){
            e.printStackTrace();
            return a;
        }finally {
            ++a;
            System.out.println("execute...finally");
        }
    }
    // 返回【3】
    public static int getInt3 () {
        int a = 1;
        try{
            int i = 1/0;
            a++;
            return a ;
        }catch (ArithmeticException e){
            a++;
            e.printStackTrace();
        }finally {
            a++;
            System.out.println("execute...finally");
        }
        return a ;
    }
}

逻辑分析

2.2 引用类型

public class UseExe03 {
    // 返回【张三】
    public static String getStr1 () {
        String var ;
        try {
            var = new String("张三");
            return var ;
        } catch (ArithmeticException e){
            e.printStackTrace();
        } finally {
            var = new String("李四");
            System.out.println("execute...finally:"+var);
        }
        return var ;
    }
    // 返回【李四】
    public static String getStr2 () {
        String var ;
        try{
            int i = 1/0;
            var = new String("张三");
            return var;
        }catch (ArithmeticException e){
            e.printStackTrace();
            var = new String("李四");
            return var;
        }finally {
            var = new String("王五");
            System.out.println("execute...finally:"+var);
        }
    }
    // 返回【王五】
    public static String getStr3 () {
        String var ;
        try{
            int i = 1/0;
            var = new String("张三");
            return var ;
        }catch (ArithmeticException e){
            var = new String("李四");
            e.printStackTrace();
        }finally {
            var = new String("王五");
            System.out.println("execute...finally:"+var);
        }
        return var ;
    }
}

逻辑分析

2.3 结论说明

  • 如果只有「try」代码块中有「return」关键字,逻辑执行正常则得到「try」处的返回值;
  • 如果只有「try.catch」代码块中有「return」关键字,「try」代码块异常,「catch」代码块执行正常,则得到「catch」处的返回值;
  • 如果「finally」代码块中有「return」关键字,当该代码块执行正常时会得到此处的返回值;

值得说明的一点是,从异常的设计原理来来说,并不推荐在「finally」代码块中使用「return」关键字,可能会导致程序提前结束,这也是常见的开发规范;

四、项目实践

1、异常定义

对于复杂的分布式工程来说,系统发生问题时,十分依赖异常信息的捕获,从而快速定位原因和解决;

项目在处理异常时,需要考虑两个核心维度:「1」捕获和解决异常信息,「2」传递异常信息到应用端,从而引导用户的动作;

在系统中,通常依赖很多自定义的异常,比如常见:系统异常,业务异常,第三方异常;基本都是「运行时」异常;

系统异常:比如超时请求或者服务级别异常,导致流程无法执行,需要研发人员介入处理;

业务异常:基于响应的提示信息,用户可以自行解决的问题,比如常见的参数校验,授权问题等;

第三方异常:可以是内部不同系统的交互,也可以是第三方的交互,可能会涉及到各种响应状态,通过内部的封装进行统一管理,并且要保留第三方的响应;

2、异常封装

基于运行时异常「RuntimeException」类,分别定义「系统」、「业务」、「第三方」三类异常;

自定义异常基础类,注意此处省略很多构造方法,作为「RuntimeException」的子类,具体参考其源码的构造方法即可;

public class BaseExe extends RuntimeException {
    private String code ;
    public BaseExe (String code,String msg) {
        super(msg);
        this.code = code ;
    }
    public BaseExe(String message, Throwable cause) {
        super(message, cause);
    }
    // 省略其他构造方法
}

系统异常类,并提供常用的系统异常信息枚举类;

public enum SysExeCode {
    SYSTEM_EXE("S00000", "系统异常");
}
public class SysException extends BaseExe {
    public SysException(String code, String msg) {
        super(code, msg);
    }
    public SysException(SysExeCode sysExeCode) {
        super(sysExeCode.getCode(), sysExeCode.getMsg());
    }
}

业务异常类,并提供常用的业务异常信息枚举类;

public enum BizExeCode {
    BIZ_EXE("B00000", "业务异常");
}
public class BizException extends BaseExe {
    public BizException(String code, String msg) {
        super(code, msg);
    }
    public BizException(BizExeCode bizExeCode) {
        super(bizExeCode.getCode(), bizExeCode.getMsg());
    }
}

第三方异常类,并提供常用的第三方异常信息枚举类;

public enum ThirdExeCode {
    THIRD_EXE("T00000", "第三方异常");
}
public class ThirdException extends BaseExe {
    // 第三方交互异常响应信息
    private String thirdCode ;
    private String thirdMsg ;
    public ThirdException(String code, String msg) {
        super(code, msg);
    }
    public ThirdException(String code, String msg,String thirdCode,String thirdMsg) {
        super(code, msg);
        this.thirdCode = thirdCode ;
        this.thirdMsg = thirdMsg ;
    }
    public ThirdException(ThirdExeCode thirdExeCode,String thirdCode,String thirdMsg) {
        super(thirdExeCode.getCode(), thirdExeCode.getMsg());
        this.thirdCode = thirdCode ;
        this.thirdMsg = thirdMsg ;
    }
}

从开发规范来说,不允许在代码中随意添加异常描述信息,必须都维护在相应的枚举类中,不同的异常类型,要在合适的场景下抛出,尽量由最上层统一捕获并处理,再转换为统一的响应结果;

3、异常处理

3.1 响应方式

在微服务项目中,通常采用RestControllerAdviceExceptionHandler注解,实现全局异常的捕获和处理;

@RestControllerAdvice
public class ExeHandler {
    /**
     * 默认异常
     */
    @ExceptionHandler(value = Exception.class)
    public void defaultException(Exception e) {
        // 统一返回
    }
    /**
     * 系统异常
     */
    @ExceptionHandler(value = SysException.class)
    public void sysException(SysException e) {
        // 统一返回
    }
    /**
     * 业务异常
     */
    @ExceptionHandler(value = BizException.class)
    public void bizException(BizException e) {
        // 统一返回
    }
    /**
     * 第三方异常
     */
    @ExceptionHandler(value = ThirdException.class)
    public void thirdException(ThirdException e) {
        // 统一返回
    }
}

3.2 记录方式

通常在一些核心的业务流程中,会通过注解的方式记录日志,于研发而言,最关心的还是异常日志,以此为逻辑优化的关键依据;

比较常用的技术手段是自定义注解+切面编程来实现,细节参考开源仓库中《集成日志,复杂业务下的自定义实现》篇幅内容;

@Component
@Aspect
public class LogAop {
    /**
     * 日志切入点
     */
    @Pointcut("@annotation(com.defined.log.annotation.DefinedLog)")
    public void logPointCut() {
    }
    /**
     * 环绕切入
     */
    @Around("logPointCut()")
    public Object around (ProceedingJoinPoint proceedingJoinPoint) {
        try{
            // 执行方法
            result = proceedingJoinPoint.proceed();
        } catch (SysException e){
            // 系统异常
        } catch (BizException e){
            // 业务异常
        } catch (ThirdException e){
            // 第三方异常
        } catch (Exception e){
            // 默认异常
        } finally {
            // 信息处理
        }
        return result ;
    }
}

4、异常通知

抛开业务异常不说,对于「系统」和「第三方」异常,通常都会第一时间触达到研发,从而快速定位原因和处理;

一般会根据异常的级别,将进行不同维度的消息触达,比如某微,某钉,邮件,短信等;

从技术的实现上来看,常规也是采用切面编程的方式,细节参考开源仓库中《基于AOP切面,实现系统告警功能》篇幅内容;关于消息中心的搭建设计,同样可以参考开源仓库中《聊聊消息中心的设计与实现逻辑》篇幅内容;

5、系统故障

从系统架构的层面来分析,大部分组件都提供了必要的监控能力,而这种监控手段的核心价值在于快速发现故障,并且提供一定的分析能力;

比如分布式系统中,复杂的请求的链路,对于故障的定位和排查难度都是极大的,需要将各种组件的监控信息进行统筹分析;

系统层面监控

请求链路分析

日志记录能力

可以从关键的日志记录作为问题切入点,再基于系统层面的监控能力缩小问题范围,分析请求链路的异常原因,最后通过完整的日志分析细节,从而提升问题解决的效率;

关于这些技术的应用,在开源仓库中都有详细案例,此处不再赘述;

五、参考源码

编程文档:
https://gitee.com/cicadasmile/butte-java-note

应用仓库:
https://gitee.com/cicadasmile/butte-flyer-parent
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知了一笑

总结,积累,用心记录。

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