#7 Exception (예외처리)

자바에서의 오류, 예외

자바에서 예외, 오류는 java.lang.Throwable 클래스를 상속받으며 구현하며 3가지 종류로 나뉜다.

• Error
  자바 프로그램 밖에서 발생한 예외. 프로세스에 영향, 더 이상 실행 불가능
  보통 메모리가 부족하거나 가상머신 자체의 문제로 앱 상에서 예외처리가 불가능하다.
• Runtime Exception (= unchecked Exception)
  런타임시에 발생한 예외. 컴파일 단계에서 확인할 수 없어 unchecked라고도 부른다.
• Checked Exception
  컴파일 단계에서 확인 가능한 예외들.

Exception 예시	예외 발생 이유
ArithmeticException	정수를 0으로 나눌경우 발생
ArrayIndexOutOfBoundsExcetion	배열의 범위를 벗어난 index를 접근할 시 발생
ClassCastExcetion	변환할 수 없는 타입으로 객체를 반환 시 발생
NullPointException	존재하지 않는 레퍼런스를 참조할때 발생
IllegalArgumentException	잘못된 인자를 전달 할 때 발생
IOException	입출력 동작 실패 또는 인터럽트 시 발생
OutOfMemoryException	메모리가 부족한 경우 발생
NumberFormatException	문자열이 나타내는 숫자와 일치하지 않는 타입의 숫자로 변환시 발생

Exception 안에 RuntimeException와 CheckedException이 존재한다.

 

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Throwable 클래스

모든 오류, 예외클래스의 공통된 조상이며 Exception에 사용되는 기본 메서드들을 정의하고 있다.

Throwable.getMessage()
예외 메시지(원인)을 간단하게 String으로 받는다.

Throwable.toString()
...print(e) 모양으로 주로 사용하며, getMessage() 메소드보다는 약간 더 자세하게, 예외 클래스 이름도 같이 제공한다.

Throwable.printStackTrace()
예외 메시지를 출력하고 두 번째 줄부터 예외가 발생하게 된 메소드들의 호출 관계(스택 트레이스)를 출력해준다.

 

디버깅이나 예외 메시지는 서비스의 민감한 정보를 노출시킬 수 있기에 숨기는 것이 좋다. 그 이유 말고도 printStackTrace() 같은 콘솔 출력 작업은 자원을 많이 잡아먹는 프로세스이고  Therad-Safety 하지 않기 때문에 실제 서비스에서는 사용하면 안된다. 로그가 필요하다면 라이브러리(log4j2, slf4j)등을 사용하도록 하자.

왜 사용하면 안되는거죠?

[원문 링크]
예외 메시지가 최종 사용자에게 보임으로서 생기는 보안 문제나 비용 문제도 있겠지만, 다른 문제도 있습니다. 우선, Throwable.printStackTrace() 는 스택 추적내용을 System.err 라는 표준 콘솔출력 스트림에 적습니다. System.err 는 콘솔이 아닌 다른 파일에 리다이렉션(System.setErr() 사용) 될 수 있고 이런 방식의 로그는 쉽게 분석하기 어렵습니다. 게다가 Throwable.printStackTrace()는 다중 스레드 앱에서 동시 호출 될 때, 스택 추적을 겹치지 않게 하는 동기화 메커니즘이 없습니다. 이러한 동작은 시스템에 있어 심각한 오류와 Side-Effect를 야기하기 때문에 실제 서비스에서 호출하면 안되는 메서드입니다.

자바 1.4부터 제공된 java.util.logging 패키지가 있지만, 기능이 좋은 편은 아니라 1.4 버전 출시 당시에도 log4j가 주로 사용되었습니다. 만약 로그가 필요하다면 log4j2나 slf4j 같은 외부 라이브러리 사용을 권장합니다.

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# 예외 처리와 예외 발생 (try, catch, finally, throw)

try, catch 문으로 예외를 처리 할 수있다. 만약 예외처리 여부와 상관없이 실행할 코드가 있다면 finally를 사용한다.

try{ 
// 에러가 발생할 수 있는 코드
// 에러가 발생하면 코드 실행을 멈추고 catch로 넘어간다.
    
}catch (Exception e){
// 에러가 발생 했을 때 처리할 코드. Exception 객체로 예외를 확인한다.
     System.out.println(e); //오류 출력(방법은 여러가지)
     
}finally{
//예외 처리 여부와 상관없이 무조건 수행
}

 

예외는 throw [Exception 객체] 를 이용하여 발생시킬 수 있다.

public void throwException(int number){
        try{
            if(number>12){ // 예외 발생 코드
                throw new Exception("Number is over than 12");
            }
            System.out.println("Number is " + number);
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
}

 

만약 catch 문에 해당하는 예외 객체가 없다면, 메서드에 throws 구문을 사용하여 메서드 밖으로 던져버릴 수 있다. 이를 예외 처리를 위임한다고 표현하며, catch 문을 만날 때 까지 계속해서 예외를 밖으로 전달하게 된다.

 public void throwsException(int number) throws Exception{
    // 예외처리를 하지 않으면 메서드 밖(메서드가 호출 된 곳)으로 예외처리를 위임한다.
    throw new Exception("Number is over than 12");
}

 

물론 이런식으로 예외를 던지면 반드시 상위 메서드에서 try-catch문으로 예외처리를 해주어야한다. 만약 끝까지 해주지 않고 앱의 진입점 (Main)에서 까지 예외를 던지게 되면 Main 메서드를 호출하는 JVM에서 예외를 잡아(catch) 처리하게 된다.

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# 나만의 예외 만들기

필요하다면 Exception 이나 RuntimeException을 상속받아 직접 예외를 만들 수도 있다. 예외를 만듬으로서 객체 사용자에게 오류상황을 복구 할 수 있는 기회를 주고 예외 처리를 강제 하는 효과가 있다. 

// Divide 0 예외를 직접 만들었다.
class DivideException extends Exception {
    DivideException(){
        super();
    }
    DivideException(String message){
        super(message);
    }
}

class Calculator{
    int left, right;
    public void setOprands(int left, int right){        
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
    public void divide() throws DivideException{
        if(this.right == 0){
            throw new DivideException("0으로 나누는 것은 허용되지 않습니다.");
        }
        System.out.print(this.left/this.right);
    }
}

// 기본으로 제공되는 Exception 클래스들과 동일하게 사용 할 수 있다.
public class CalculatorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Calculator c1 = new Calculator();
        c1.setOprands(10, 0);
        try {
            c1.divide();
        } catch (DivideException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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# Try with Resource 문 (자원 해제) 

Java7부터 제공하는 기능으로 시스템 자원 해제(반환)을 쉽게 할수있게 해준다. 기존의 try-catch-finally 구문으로는 프로그램이 동작하다가 멈춘경우, 프로그램이 정상동작한 경우를 다 나눠 각각 다르게 자원 해제코드( .close() )를 작성해야 했다면, 이를 JVM에게 위임하는 방법이다.

public static void main(String args[]) {
	// try (~) 에 필요한 자원 객체를 선언한다.
    try (
    	 FileInputStream is = new FileInputStream("file.txt");
         BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(is)
    ) {// 자원 사용
        int data = -1;
        while ((data = bis.read()) != -1) 
            System.out.print((char) data);
            
    } catch (IOException e) {
        // 예외 처리 코드
    } 
    // 이렇게 Try-Resource 구문을 이용하면 Finally를 이용해 자원을 해제하지 않아도 된다.
}

참고로 Java9 부터는 Try-with-resoucre문을 좀 더 유연하게 사용할 수 있게 바뀌었다. 밖에서 선언한 객체를 가져와 사용해도 동일하게 자원을 관리해준다.

public class Class1 {
    public method1() throws Exception {
      Connection conn = DriverManager.getConnection("...");
      Statement stat = conn.createStatement();
      ResultSet rs = stat.executeQuery("SELECT 1 from dual")

      try (conn; stat; rs) {
          // ...
      } catch (Exception e) {
          // ...
      } 
    }
}

 

그런데 자바에서 자원이나 메모리는 JVM이 알아서 관리해주는거 아니었나요?

여기에서 의문을 느끼는 사람도 있을 것이다. 분명 자바의 메모리는 JVM의 Garbage Collector가 알아서 관리해준다고 했는데, 왜 굳이 .close() 메서드로 자원을 해제해야 하는 것일까?

 

여기서 .close()를 해주어야 하는 자원은 GC에서 관리하는 자원(메모리에 할당된 인스턴스)이 아니라 프로그램에 사용되는 외부 자원, 즉 운영체제에서 제공하는 시스템 자원을 의미한다.

 

외부자원을 파일로 예를 들면 A.txt 출력을 위해서 디스크에 저장되어있는 A.txt의 내용을 현재 프로세스의 메모리로 가져와야 하는데, 해당 파일의 내용을 전부 메모리에 올리는 것은 상당히 비효율적이고 부담이 많은 작업이다. 그래서 파일을 통으로 가져오는게 아니라, 파일에 대한 입출력 Stream을 생성하여 연결하고 그 Stream을 이용하여 파일의 원하는 부분을 원하는 만큼 읽고 쓰는데, 여기에서 입출력 Stream은 운영체제에서 제공해주는 자원(명령어)을 이용하며 만든다. 이런 식으로 DB커넥션, 네트워크 커넥션, 쓰레드등을 사용한다.

 

보통 이러한 Stream 클래스들은 사용을 마치고 운영체제에 메모리를 반환하는 .close() 메서드가 제공된다. 물론 close를 호출하지 않아도 JVM에서 사용하지 않는 메모리를 추적하여 반환하기는 하지만 되도록이면 하는 것이 좋다. 하지만 시스템 메모리를 반환하는 작업은 예외처리가 매우 까다로운데 이를 쉽게 처리하기 위해 Java7부터 try (~) 안에 선언된 객체는 해당 구문이 끝나면 자동으로 자원을 반납하도록 기능을 만들어주었다.