Error & Exception

Error & Exception

• 기본 개념

  • 프로그램 에러

    • 프로그램 에러의 종류

    • 실행 도중 발생하는 에러

  • Exception과 Error 클래스의 상속 구조

    • Error

    • Exception

  • Exception Handling

    • try-catch

    • 예외 발생시키기 throw

    • 메서드에 예외 선언 throws

    • chained exception

    • 사용자 정의 예외

• 예외 잘 쓰기

  • try-with-resources를 이용하자

  • Checked Exception?

  • 예외 활용법 - 이펙티브 자바

    • 표준 예외를 사용하라 (Item 72)

    • 추상화 수준에 맞는 예외를 던져라 (Item 73)

    • 예외를 무시하지 말라 (Item 77)

📌 기본 개념

프로그램 에러

• 프로그램이 실행 중 어떤 원인에 의해서 오작동을 하거나 비정상적으로 종료되는 경우, 그 때 원인을 프로그램 에러 또는 오류라고 한다.

프로그램 에러의 종류

1. 컴파일 에러(compile-time error)

2. 런타임 에러(runtime error)

3. 논리적 에러(logical error)

   컴파일도 잘되고 실행도 잘되지만 의도와 다르게 동작

   • 예: 상품 재고가 음수가 됨

실행 도중 발생하는 에러

컴파일을 정상적으로 마쳐도 프로그램 실행 시에 에러가 발생할 수 있다. 이런 런타임 에러를 방지하기 위해서는 프로그램의 실행도중 발생할 수 있는 모든 경우의 수를 고려하여 이에 대한 대비를 해야 한다.

자바에선 런타임에 발생할 수 있는 오류를 Error와 Exception 두 가지로 구분했다.

1. Error - 에러

   일단 발생하면 복구할 수 없는 심각한 오류

   예) OutOfMemoryError, StackOverflowError

2. Exception - 예외

   발생하더라도 수습할 수 있는 정도. 프로그래머가 미리 적절한 코드를 작성해놓으면 프로그램의 비정상적인 종료를 막을 수 있음

Exception과 Error 클래스의 상속 구조

• 자바에선 실행 시 발생할 수 있는 오류(Exception과 Error)도 객체이다. 그리고 모든 클래스의 조상은 Object이므로, Exception과 Error클래스도 Obejct의 자손이다.

• Throwable 클래스는 모든 에러와 예외의 super클래스다. Throwable을 상속한 타입이여야 자바의 throw문에서 던져질 수 있고, catch절의 인자로 전달될 수 있다. Throwable은 만들어졌을 때 쓰레드의 execution stack의 스냅샷을 갖고 있어 StackTrace 정보를 갖고 있다.

  • throwable을 상속해서 쓸 수도 있지만 사용하지 말자.

Error

시스템 레벨에서 발생하여 개발자가 어떻게 할 수 없는 것

• 예

  OutOfMemoryError: JVM에 설정된 메모리의 한계 벗어남

  • 힙 사이즈 부족, 너무 많은 class 로드, 가용가능한 swap이 없을 때

  이를 해결하기 위해 dump 파일 분석, jvm 옵션 수정등을 할 수 있다.

Exception

• 모든 Exception의 최고 조상은 Exception 클래스이다.

• 예외 클래스는 또 두 개의 그룹으로 나눠질 수 있다.

  1. RuntimeException 클래스와 자손들

  2. RuntimeException 클래스와 자손들이 아닌, Exception 클래스와 자손들

RuntimeException 클래스들: Unchecked Excpetion

• 주로 프로그래머의 실수에 의해서 발생 가능

• 예

  • IndexOutOfBoundsException: 자바의 배열 범위 벗어남

  • NullPointerException: null 참조

  • ClassCastException: 변환할 수 없는 클래스로 변환

  • ArithmeticException: 정수를 0으로 나눔

  • IllegalArgumentException: 잘못된 인자 전달 시 발생

  • IllegalStateException: 객체의 상태가 메소드 호출에는 부적절

  • UnsupportedOperationException: 객체가 요청된 operation을 지원하지 않는 경우

• Unchecked: 예외처리를 필수적으로 하지 않아도 컴파일 된다

• Error와 그 자손들도 Unchecked 에러이다. try-catch 블럭으로 처리할 수 없기 때문이다.

  • 에러는 보통 JVM이 자원 부족 등 더 이상 수행을 계속할 수 없는 상황을 나타낼 때 사용한다. 따라서 Error 클래스를 상속해 하위 클래스를 만드는 일은 자제하자.

Exception 클래스들: Checked Exception

• 주로 외부의 영향, 프로그램 사용자의 동작에 의해 발생

• 예

  • IOException

  • FileNotFoundException

  • ClassNotFoundException

  • DataFormatException

• Checked: 예외 처리를 하지 않으면 컴파일 되지 않는다.

Exception Handling

• 정의: 프로그램 실행 시 발생할 수 있는 예외의 발생에 대비한 코드를 작성하는 것

• 목적: 예외의 발생으로 인한 실행 중인 프로그램의 갑작스런 종료를 막고, 정상적인 실행상태를 유지할 수 있도록 하는 것

발생한 예외를 처리하지 못하면 프로그램은 비정상적으로 종료되며, 처리되지 못한 예외(uncaugt exception)는 JVM의 예외처리기(UncaughtExceptionHandler)가 받아서 예외의 원인을 화면에 출력한다.

예외 발생 시엔 직접 try-catch문을 이용해 처리하거나, 예외를 던져서 호출하는 쪽이 책임을 지게 할 수 있다.

try-catch

• if문과 달리 try나 catch 블럭 내에 포함된 문장이 하나뿐이어도 괄호를 생략할 수 없다.

• if-else처럼 catch 문을 여러개 적을 수 있고 예외의 종류와 일치하는 catch 블럭이 있으면 예외가 처리된다.

• 예외가 발생하면 try 블럭에서 나머지는 실행되지 않는다.

• 처리 과정

  • 예외가 발생하면 발생한 예외에 해당하는 클래스의 인스턴스가 만들어 진다. 그리고 예외가 발생한 문장이 try-catch문의 try블럭에 포함되어 있다면 이 예외를 처리할 수 있는 catch블럭이 있는지 찾는다.

  • 첫번째 catch블럭부터 내려가면서 catch블럭의 괄호내에 선언된 참조변수의 종류와, 생성된 예외 인스턴스에 instanceof 연산자를 이용해 검사 결과가 true가 나올 때까지 반복한다.

  • 모든 예외는 Exception 클래스의 자손이므로 Exception 클래스 타입의 참조 변수를 선언해놓으면 어떤 예외가 발생하더라도 처리된다.

Method

try-catch 시 유용하게 쓸 수 있는 Exception 메서드들

• printStackTrace(): 예외 발생 당시의 Call Stack에 있었던 메서드의 정보와 예외 메세지 출력

• getMessage(): 발생한 예외클래스의 인스턴스에 저장된 메세지 String 반환

• getStackTrace(): printStackTrace를 보완하여 StackTraceElement[]라는 문자열 배열로 변경해서 출력하고 저장

멀티 catch블럭

| 기호를 이용해서 여러 catch 블럭을 하나로 합칠 수 있다. (|는 여기서 논리 연산자가 아닌 기호이다.) 개수에는 제한이 없다.

try {
  ...
} catch (ExceptionA e | ExceptionB e) {
  e.printStackTrace();
}

• | 기호로 연결된 예외 클래스가 조상과 자손 관계라면 컴파일 에러. 조상 클래스만 적어도 되므로 불필요한 코드라는 의미의 에러다.

예외 발생시키기 throw

throw를 사용해서 고의로 예외를 발생시킬 수 있다.

throw new Exception("메세지");
// 혹은
Exception e = new Exception("메세지");
throw e;

이 때 생성자에 String을 넣어 주면, 이 String이 Exception 인스턴스에 메세지로 저장되며, getMessage() 를 통해 얻을 수 있다.

메서드에 예외 선언 throws

예외 처리를 현재 메소드가 직접 처리하지 않고 호출한 곳에다가 예외의 발생 여부를 통보한다.

void method() throws Exception1, Exception2 {
  //...
}

일반적으로 메서드에 예외 선언 시 RuntimeException들은 적지 않는다. 적어도 상관은 없지만 처리를 안해줘도 되므로 반드시 처리해주어야 하는 예외만 선언한다.

이 때 Checked Exception이 메서드의 선언부에 명시되어 있다면, 예외를 던진 계층부터 처리한 계층까지의 모든 메소드에서 시그니처를 수정하고 처리를 해줘야 한다.

메서드 내부에서 처리해도 되는 건 자체적으로 try-catch로 처리하고, 메서드의 인자가 잘못되어 다시 받아야 하는 것 같이 메서드 내에서 자체적으로 해결이 안될 때 예외를 메서드에 선언해서 호출한 메서드에서 처리하도록 할 수 있다.

• 메서드 내부와 호출한 쪽에서 모두 처리해야할 경우엔, 메서드 내부 catch블럭에서 처리 후 또 throw를 하여 호출한 쪽에서도 처리하게 할 수 있다. (exception re-throwing)

chained exception

한 예외가 다른 예외를 발생시킬 수도 있다. 예를 들어 예외 A가 예외 B를 발생시켰다면 A를 B의 원인 예외라고 한다. 이 때 원인 예외를 지정해서 다른 예외를 발생시킬 수 있다.

try {
  
} catch (SpaceException e) {
  // 새로운 예외 생성
  InstallException ie = new InstallException("설치중 예외 발생");
  // 발생한 예외를 원인 예외로 지정한다.
  ie.initCause(e);
  throw ie;
}

이 방식은 checked예외를 unchecked 예외로 바꾸기 위해서도 사용할 수 있다.

throw new RuntimeException(new ChecekdException(".."));

위 initCause 대신에 RuntimeException의 생성자로 Throwable 타입의 원인을 넘길 수도 있다.

사용자 정의 예외

• Exception이나 RuntimeException을 상속해서 예외 클래스를 만들 수 있다. 하지만 가능하면 새로운 예외 클래스를 만들기보다 기존의 예외 클래스를 활용하자.

• 이 때 Exception을 상속해야할까 RuntimeException을 상속해야할까?

  • Exception을 상속하면 Checked예외로 꼭 처리해줘야 한다.

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📌 예외 잘 쓰기

try-with-resources를 이용하자

자바 라이브러리에는 close를 호출해 직접 닫아줘야 하는 자원이 많다.

• InputStream, OutputStream, Connection 등

자원이 닫힘을 보장하기 위해 try-finally를 많이 사용했다. finally 블럭을 사용하면 try-catch 문과 함께 예외의 발생여부에 상관없이 실행되어야할 코드를 포함시킬 수 있다. try나 catch 블럭에서 return문이 실행되더라도 finally 블럭은 실행된다.

하지만 finally문에서도 예외가 발생할 수 있다.

InputStream in = null;
try {
  in = new FileInputStream(src);
} catch (FileNotFoundException e) {
  throw new RuntimeException(e);
} finally {
  try {
    in.close();
  } catch (IOException e) {
    throw new RuntimeException(e);
  }
}

코드가 복잡해져서 보기 좋지 않고, 더 나쁜 건 try블럭과 finally블럭에서 모두 예외가 발생하면 try 블럭의 예외가 무시된다. 그럼 StackTrace 내역에 첫번째 예외에 대한 정보가 남지 않아 디버깅이 어려울 것이다.

이러한 점을 개선하기 위해 자바 7에서 try-with-resources가 나왔다.

객체가 AutoCloseable 인터페이스를 구현해서 close() 함수를 만들어놨다면, try-with-resources문에 의해 자동으로 close()가 호출 된다.

try( InputStream in = new FileInputStream(src)) {
  //...
} catch (FileNotFoundException e) {
  throw new RuntimeException(e);
} catch (IOException e) {
  throw new RuntimeException(e);
}

훨씬 읽기 수월하고, try 블럭 내와 close시 발생한 예외 중에 try 블럭 내에서 발생한 예외가 기록된다. 또한 close시 발생한 예외가 없어지는 게 아니고 스택 추적 내역에 Suppressed로 남고, Throwable 의 getSuppressed 메서드를 이용해서 가져올 수도 있다.

Checked Exception?

자바의 정석 -> unchecked 예외를 더 사용하는 추세

메서드의 선언부에 예외를 선언하면 메서드를 사용하는 사람이 선언부를 보고 쉽게 에측할 수 있다. 기존엔 어떤 종류의 예외가 발생할 가능성이 있는 지 충분히 예측하기 힘들었다. 따라서 자바에선 메서드 선언부에 예외를 명시하여 메서드 caller에게 처리를 강요하므로 프로그래머들의 짐을 덜어주고, 보다 견고한 프로그램 코드를 작성할 수 있도록 도와준다.

기존엔 주로 Exception을 상속받아 Checked 예외로 작성하는 경우가 많았지만, 요즘은 예외처리를 선택적으로 할 수 있도록 RuntimeException을 상속받아 작성하는 쪽으로 바뀌어가고 있다. Checked 예외는 반드시 예외처리를 해주어야 하므로 예외처리가 불필요한 경우에도 try-catch문을 넣어서 코드가 복잡해지기 때문이다.

자바가 처음 탄생했을 때는 프로그래밍 경험이 적은 사람들도 보다 견고한 프로그램을 작성할 수 있도록 예외처리를 강제한 것이다. 하지만 요즘은 자바가 탄생하던 약 20년 전과 많이 달라졌다. 그 때 자바를 설계하던 사람들은 주로 가전제품, 데스크탑에서 실행될 것이라 생각했지만 현재는 모바일이나 웹 애플리케이션 분야에서 주로 쓰인다.

이처럼 프로그래밍 환경이 달라진 만큼 필수적으로 처리해야만 할 것 같았던 예외들이 선택적으로 처리해도 되는 상황으로 바뀌곤 한다. 따라서 unchecked 예외가 더 환영받고 있다.

Oracle Java Documentation -> 필요할 때 구분해서 쓰기

If a client can reasonably be expected to recover from an exception, make it a checked exception. If a client cannot do anything to recover from the exception, make it an unchecked exception.

• 만약 클라이언트가 예외를 복구할 수 있다고 예상되는 경우 checked exception.

• 클라이언트가 아무것도 할 수 없다면 unchecked exception

만약 클라이언트가 인자로 넘겨준 파일 이름을 이용해서 작동하는 메소드라면, 파일 이름이 틀렸을 때 Checked Exception을 반환해서 클라이언트쪽에서 다른 파일 이름을 주거나, 알맞게 처리하도록 할 수 있다.

클린코드: Use Unchecked Exceptions -> Checked는 그냥 쓰지마

• Checked Exception을 사용하면 안되는 이유

  • 없어도 견고하게 작성 가능

    처음 자바에서 checked exception이 소개됐을 때는 굉장히 좋은 아이디어 같았다. 물론 조금의 이득은 있을 수 있다. 하지만 이제 checked exception이 없이도 '견고한' 소프트웨어를 작성할 수 있다는 게 밝혀졌다. C#, C++, Python, 최신 JVM 언어 등은 checked exception이 없지만 견고한 소프트웨어를 작성할 수 있다.

  • OCP 원칙 위배 & 캡슐화 깨짐

    Checked Exception은 OCP 원칙을 위배한다. 만약 메서드에서 checked exception을 throw하면 그 메서드를 호출하고 또 호출하는 모든 메서드에 catch나 throw를 추가해야 한다. 단순히 이렇게 변경되는 것 뿐 아니라, low 레벨에서 어떤 예외를 throw하는 지를 상위 레벨까지 다 알고 있다는 의미가 되므로 캡슐화가 깨지게 된다.

• 아주 중요한 라이브러리를 작성할 때는 유용할 수 있지만 일반적인 애플리케이션 개발에서는 Checked Exception으로 인한 비용이 이익을 뛰어 넘는다.

이펙티브 자바 -> Checked대신 빈 Optional은 어떨까?

• 복구할 수 있는 상황이면 Checked, 프로그래밍 언어라면 Unchecked. 확실하지 않으면 Unchecked. Checked 예외라면 복구에 필요한 정보를 알려주는 메서드도 제공해야 한다.

• Checked 예외를 잘 사용하면 프로그램의 안정성이 높아지지만 남용하면 불편해진다. 또한 Checked 예외를 발생하는 메서드는 stream 안에서 사용할 수가 없다. 따라서 검사 예외를 회피해보자.

  • 검사 예외 대신 빈 Optional을 반환하자.

  • Optional만으로는 상황을 처리하기에 충분한 정보를 제공할 수 없을 때만 Checked Exception과 추가 정보가 있는 메서드도 제공하자.

코틀린 인 액션

• 최신 JVM 언어와 마찬가지로 코틀린은 checked와 unchecked 예외를 구분하지 않는다.

• 실제 자바 프로그래머들은 의미 없는 예외를 던지거나 그냥 무시한다. 따라서 실제로는 오류 발생을 방지하지 못하는 경우가 많다.

  • Stream, Reader 등을 close할 때 IOException은 체크 예외이므로 잡아야 한다. 하지만 프로그래머가 할 수 있는 일은 없으므로 대부분 무시한다.

  • 문자를 숫자로 변경한다거나 할 때 발생하는 NumberFormatException은 체크예외가 아니라 컴파일러가 강제하지 않는다. 하지만 입력값이 잘못되는 경우는 흔히 있는 일이므로 오히려 이걸 잡아내야 한다.

• 따라서 코틀린은 구분하지 않게 설계되었다.

결론 ⁉️

• Checked 예외는 앵간하면 쓰지말고 써야할 때는 빈 Optional을 써보자. 그래도 써야할 때는 메서드를 같이 제공해주자.

예외 활용법 - 이펙티브 자바

표준 예외를 사용하라 (Item 72)

예외도 직접 정의하는 것보다 표준 예외를 재사용하는 것이 좋다.

• 많이 사용되는 예외들

  • IllegalArgumentException: 호출자가 인자로 부적절한 값 넘길 때

    • 예: 반복 횟수를 지정하는 매개변수에 음수

  • IllegalStateException : 대상 객체의 상태가 호출한 메서드를 수행하기에 적합하지 않을 때

    • 예: 제대로 초기화되지 않은 객체를 사용하려 함

  • 모든 경우를 위 두개로 퉁칠 수도 있지만 특수한 상황에서는 해당하는 예외를 사용하자.

    • null을 허용하지 않는데 null 값을 건넸다 -> IllegalArgumentException보다는 NPE

    • 어떤 시퀀스의 허용 범위를 넘는 값 -> IndexOutOfBoundsException

  • UnsupportedOperationException : 클라이언트가 요청한 동작을 대상 객체가 지원하지 않을 때. 보통 객체는 자신이 정의한 메서드를 모두 지원하니 흔하진 않다. 보통은 구현하려는 인터페이스의 메서드 일부를 구현할 수 없을 때 쓴다.

    • 예: 원소를 넣을 수만 있는 List 구현체에 누가 remove 메서드 호출

추상화 수준에 맞는 예외를 던져라 (Item 73)

수행하려는 일과 관련 없어 보이는 예외가 튀어나오면 당황스러울 것이다. 이는 메서드가 저수준 예외를 처리하지 않고 바깥으로 전파해버릴 때 종종 일어난다. 이는 내부 구현 방식을 드러내어 윗 레벨 API를 오염시킨다.

이 문제를 피하려면 상위 계층에서는 저수준 예외를 잡아 자신의 추상화 수준에 맞는 예외로 바꿔 던져야 한다. -> 예외 번역(exception translation)

그리고 저수준 예외가 디버깅에 도움이 된다면 exception chaining을 사용하자. 그럼 Throwable의 getCausea 메서드를 통해 필요하면 저수준 예외를 꺼내볼 수 있다.

그렇다고 예외 번역을 남용해선 안된다. 가능하면 저수준 메서드가 반드시 성공하도록 해서 아래 계층에선 에외가 발생하지 않도록 하자.

• 상위 계층 메서드의 매개변수 값을 아래 계층 메서드로 건네기 전에 미리 검사하는 것도 좋다.

예외를 무시하지 말라 (Item 77)

try문으로 감싼 후 catch 블록에서 아무것도 하지 않는 게 예외를 무시하는 것이다. 만약 예외를 무시할 필요가 있다면 (Stream을 닫을 때처럼) catch 블록 안에 그렇게 결정한 이유를 주석으로 남기고 예외 변수의 이름을 ignored로 사용하자.

try {
  //..
} catch (FirstException | SecondException ignored) {
  //어쩌구저쩌구
}