> 程式式陰影：為什麼不報錯？

# 一、簡介

在程式開發的過程中，異常處理從來都是一個複雜的維度，無論是新手還是經驗老到的選手，在編碼時都會面對各種異常情況；

程式中的異常可以反映系統的缺陷和待最佳化的點，並且是無法完全避免的，如何處理異常和降低異常出現的頻率，是系統質量的基礎保障；

隨著分散式架構的流行，各種複雜的請求鏈路給異常處理帶來了巨大的麻煩，需要全面的監控來定位原因，才能快速的最佳化和解決；

# 二、異常體系

不論是JDK基礎，還是各類元件，在原始碼中都涉及大量的異常封裝，從而反映出描述資訊，先來看看Java中的異常體系基礎；

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**Throwable**：是所有錯誤「Error」和異常「Exception」的超類，

**Error**：通常是底層的不可恢復的類，此類錯誤一般都比較嚴重，JVM將終止其執行的執行緒；

**Exception**：程式自身可以捕獲並且可以預處理的異常，例如捕獲處理或者丟擲；

針對「編譯器」來說，異常又分為「檢查」異常和「非檢查」異常；

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**檢查異常**：即編譯時異常，在編譯時期就會被編譯器查驗到的異常，這類異常要麼捕獲處理要麼丟擲，否則就會報編譯錯誤；

**非檢查異常**：即執行時異常，在編譯時期不會被編譯器查驗到的異常，這類異常只有在程式執行的時候，才會有可能被丟擲；

# 三、異常用法

## 1、使用細節

Java異常處理關鍵字，分別是：「try」可能拋異常的程式碼塊，「catch」捕獲異常、「finally」必須執行的程式碼塊、「throw」方法內拋指定異常、「throws」方法宣告拋多個異常；

```java
public class UseExe01 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            strStm ();
            ioStm();
        } catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("空指標異常："+e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("IO流異常："+e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("異常："+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**

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**細節分析**

- 如果「try」程式碼塊中沒有丟擲異常，執行完會跳到「finally」程式碼塊；
- 如果「try」程式碼塊中丟擲異常，則執行「catch」程式碼塊，無論是否捕獲異常，最終都要執行「finally」程式碼塊；
- 可以存在多個「catch」程式碼塊，但是最多隻匹配一個異常；
- 捕獲異常與丟擲異常的型別可以匹配，或者捕獲異常的型別是丟擲異常的父類；
- 在異常捕獲時，同一個繼承體系內，先捕獲子類異常，再捕獲父類異常；

## 2、返回值問題

在異常處理邏輯中，有一個非常經典的問題，就是「return」返回值，如果在「try.catch.finally」程式碼塊中都存在「return」關鍵字，則要分情況討論；

### 2.1 值型別

```java
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 ;
    }
}
```

**邏輯分析**

![](http://img.blog.itpub.net/blog/2023/05/18/50291b602d7d6974.png?x-oss-process=style/bb)

### 2.2 引用型別

```java
public class UseExe03 {
    // 返回【張三】
    public static String getStr1 () {
        String var ;
        try {
            var = new String("張三");
            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("張三");
            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("張三");
            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 ;
    }
}
```

**邏輯分析**

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### 2.3 結論說明

- 如果只有「try」程式碼塊中有「return」關鍵字，邏輯執行正常則得到「try」處的返回值；
- 如果只有「try.catch」程式碼塊中有「return」關鍵字，「try」程式碼塊異常，「catch」程式碼塊執行正常，則得到「catch」處的返回值；
- 如果「finally」程式碼塊中有「return」關鍵字，當該程式碼塊執行正常時會得到此處的返回值；

值得說明的一點是，從異常的設計原理來來說，並不推薦在「finally」程式碼塊中使用「return」關鍵字，可能會導致程式提前結束，這也是常見的開發規範；

# 四、專案實踐

## 1、異常定義

對於複雜的分散式工程來說，系統發生問題時，十分依賴異常資訊的捕獲，從而快速定位原因和解決；

專案在處理異常時，需要考慮兩個核心維度：「1」捕獲和解決異常資訊，「2」傳遞異常資訊到應用端，從而引導使用者的動作；

在系統中，通常依賴很多自定義的異常，比如常見：系統異常，業務異常，第三方異常；基本都是「執行時」異常；

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**系統異常**：比如超時請求或者服務級別異常，導致流程無法執行，需要研發人員介入處理；

**業務異常**：基於響應的提示資訊，使用者可以自行解決的問題，比如常見的引數校驗，授權問題等；

**第三方異常**：可以是內部不同系統的互動，也可以是第三方的互動，可能會涉及到各種響應狀態，透過內部的封裝進行統一管理，並且要保留第三方的響應；

## 2、異常封裝

基於執行時異常「RuntimeException」類，分別定義「系統」、「業務」、「第三方」三類異常；

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自定義異常基礎類，**注意此處省略很多構造方法，作為「RuntimeException」的子類，具體參考其原始碼的構造方法即可；**

```java
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);
    }
    // 省略其他構造方法
}
```

系統異常類，並提供常用的系統異常資訊列舉類；

```java
public enum SysExeCode {
    SYSTEM_EXE("S00000", "系統異常");
}
public class SysException extends BaseExe {
    public SysException(String code, String msg) {
        super(code, msg);
    }
    public SysException(SysExeCode sysExeCode) {
        super(sysExeCode.getCode(), sysExeCode.getMsg());
    }
}
```

業務異常類，並提供常用的業務異常資訊列舉類；

```java
public enum BizExeCode {
    BIZ_EXE("B00000", "業務異常");
}
public class BizException extends BaseExe {
    public BizException(String code, String msg) {
        super(code, msg);
    }
    public BizException(BizExeCode bizExeCode) {
        super(bizExeCode.getCode(), bizExeCode.getMsg());
    }
}
```

第三方異常類，並提供常用的第三方異常資訊列舉類；

```java
public enum ThirdExeCode {
    THIRD_EXE("T00000", "第三方異常");
}
public class ThirdException extends BaseExe {
    // 第三方互動異常響應資訊
    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 ;
    }
}
```

從開發規範來說，不允許在程式碼中隨意新增異常描述資訊，必須都維護在相應的列舉類中，不同的異常型別，要在合適的場景下丟擲，儘量由最上層統一捕獲並處理，再轉換為統一的響應結果；

## 3、異常處理

### 3.1 響應方式

在微服務專案中，通常採用`RestControllerAdvice`和`ExceptionHandler`註解，實現全域性異常的捕獲和處理；

```java
@RestControllerAdvice
public class ExeHandler {
    /**
     * 預設異常
     */
    @ExceptionHandler(value = Exception.class)
    public void defaultException(Exception e) {
        // 統一返回
    }
    /**
     * 系統異常
     */
    @ExceptionHandler(value = SysException.class)
    public void sysException(SysException e) {
        // 統一返回
    }
    /**
     * 業務異常
     */
    @ExceptionHandler(value = BizException.class)
    public void bizException(BizException e) {
        // 統一返回
    }
    /**
     * 第三方異常
     */
    @ExceptionHandler(value = ThirdException.class)
    public void thirdException(ThirdException e) {
        // 統一返回
    }
}
```

### 3.2 記錄方式

通常在一些核心的業務流程中，會透過註解的方式記錄日誌，於研發而言，最關心的還是異常日誌，以此為邏輯最佳化的關鍵依據；

比較常用的技術手段是自定義註解+切面程式設計來實現，細節參考開源倉庫中《整合日誌，複雜業務下的自定義實現》篇幅內容；

```java
@Component
@Aspect
public class LogAop {
    /**
     * 日誌切入點
     */
    @Pointcut("@annotation(com.defined.log.annotation.DefinedLog)")
    public void logPointCut() {
    }
    /**
     * 環繞切入
     */
    @Around("logPointCut()")
    public Object around (ProceedingJoinPoint proceedingJoinPoint) {
        try{
            // 執行方法
            result = proceedingJoinPoint.proceed();
        } catch (SysException e){
            // 系統異常
        } catch (BizException e){
            // 業務異常
        } catch (ThirdException e){
            // 第三方異常
        } catch (Exception e){
            // 預設異常
        } finally {
            // 資訊處理
        }
        return result ;
    }
}
```

## 4、異常通知

拋開業務異常不說，對於「系統」和「第三方」異常，通常都會第一時間觸達到研發，從而快速定位原因和處理；

一般會根據異常的級別，將進行不同維度的訊息觸達，比如某微，某釘，郵件，簡訊等；

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從技術的實現上來看，常規也是採用切面程式設計的方式，細節參考開源倉庫中《基於AOP切面，實現系統告警功能》篇幅內容；關於訊息中心的搭建設計，同樣可以參考開源倉庫中《聊聊訊息中心的設計與實現邏輯》篇幅內容；

## 5、系統故障

從系統架構的層面來分析，大部分元件都提供了必要的監控能力，而這種監控手段的核心價值在於快速發現故障，並且提供一定的分析能力；

比如分散式系統中，複雜的請求的鏈路，對於故障的定位和排查難度都是極大的，需要將各種元件的監控資訊進行統籌分析；

**系統層面監控**

![](http://img.blog.itpub.net/blog/2023/05/18/ac569423f0ceed3a.png?x-oss-process=style/bb)

**請求鏈路分析**

![](http://img.blog.itpub.net/blog/2023/05/18/c40b76281c42c304.png?x-oss-process=style/bb)

**日誌記錄能力**

![](http://img.blog.itpub.net/blog/2023/05/18/3e0658aee2a00bd2.png?x-oss-process=style/bb)

可以從關鍵的日誌記錄作為問題切入點，再基於系統層面的監控能力縮小問題範圍，分析請求鏈路的異常原因，最後透過完整的日誌分析細節，從而提升問題解決的效率；

關於這些技術的應用，在開源倉庫中都有詳細案例，此處不再贅述；

# 五、參考原始碼

```
程式設計檔案：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-java-note

應用倉庫：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-flyer-parent
```

異常體系與專案實踐

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