Java thread中对异常的处理策略

2023-07-22 23:52:40

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前言

想讨论这个话题有一段时间了。记得几年前的时候去面试，有人就问过我一个类似的问题。就是java thread中对于异常的处理情况。由于java thread本身牵涉到并发、锁等相关的问题已经够复杂了。再加上异常处理这些东西，使得它更加特殊。 概括起来，不外乎是三个主要的问题。1. 在java启动的线程里可以抛出异常吗？ 2. 在启动的线程里可以捕捉异常吗？ 3. 如果可以捕捉异常，对于checked exception和unchecked exception，他们分别有什么的处理方式呢？

现在， 我们就一个个的来讨论。

线程里抛出异常

我们可以尝试一下在线程里抛异常。按照我们的理解，假定我们要在某个方法里抛异常，需要在该定义的方法头也加上声明。那么一个最简单的方式可能如下：

  1. public class Task implements Runnable {
  2. @Override
  3. public void run() throws Exception {
  4. int number0 = Integer.parseInt("1");
  5. throw new Exception("Just for test");
  6. }
  7. }

可是，如果我们去编译上面这段代码，会发现根本就编译不过去的。系统报的错误是：

  1. Task.java:3: error: run() in Task cannot implement run() in Runnable
  2. public void run() throws Exception {
  3. ^
  4. overridden method does not throw Exception
  5. 1 error

由此我们发现这种方式行不通。也就是说，在线程里直接抛异常是不行的。可是，这又会引出一个问题，如果我们在线程代码里头确实是产生了异常，那该怎么办呢？比如说，我们通过一个线程访问一些文件或者对网络进行IO操作，结果产生了异常。或者说访问某些资源的时候系统崩溃了。这样的场景是确实可能会发生的，我们就需要针对这些情况进行进一步的讨论。

异常处理的几种方式

在前面提到的几种在线程访问资源产生了异常的情况。我们可以看，比如说我们访问文件系统的时候，会抛出IOException, FileNotFoundException等异常。我们在访问的代码里实际上是需要采用两种方式来处理的。一种是在使用改资源的方法头增加throws IOException, FileNotFoundException等异常的修饰。还有一种是直接在这部分的代码块增加try/catch部分。由前面我们的讨论已经发现，在方法声明加throws Exception的方式是行不通的。那么就只有使用try/catch这么一种方式了。

另外，我们也知道，在异常的处理上，一般异常可以分为checked exception和unchecked exception。作为unchecked exception，他们通常是指一些比较严重的系统错误或者系统设计错误，比如Error, OutOfMemoryError或者系统直接就崩溃了。对于这种异常发生的时候，我们一般是无能为力也没法恢复的。那么这种情况的发生，我们会怎么来处理呢？

checked exception

在线程里面处理checked exception，按照我们以前的理解，我们是可以直接捕捉它来处理的。在一些thread的示例里我们也见过。比如说下面的一部分代码：

  1. import java.util.Date;
  2. import java.util.concurrent.TimeUnit;
  3. public class FileLock implements Runnable {
  4. @Override
  5. public void run() {
  6. for(int i = 0; i < 10; i++) {
  7. System.out.printf("%s\n", new Date());
  8. try {
  9. TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
  10. } catch(InterruptedException e) {
  11. System.out.printf("The FileClock has been interrupted");
  12. }
  13. }
  14. }
  15. }

我们定义了一个线程执行代码，并且在这里因为调用TimeUnit.SECONDS.sleep()方法而需要捕捉异常。因为这个方法本身就会抛出InterruptedException，我们必须要用try/catch块来处理。

我们启动该线程并和它交互的代码如下：

  1. import java.util.concurrent.TimeUnit;
  2. public class Main {
  3. public static void main(String[] args) {
  4. // Creates a FileClock runnable object and a Thread
  5. // to run it
  6. FileClock clock=new FileClock();
  7. Thread thread=new Thread(clock);
  8. // Starts the Thread
  9. thread.start();
  10. try {
  11. // Waits five seconds
  12. TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
  13. } catch (InterruptedException e) {
  14. e.printStackTrace();
  15. };
  16. // Interrupts the Thread
  17. thread.interrupt();
  18. }
  19. }

这部分的代码是启动FileLock线程并尝试去中断它。我们可以发现在运行的时候FileLock里面执行的代码能够正常的处理异常。

因此，在thread里面，如果要处理checked exception，简单的一个try/catch块就可以了。

unchecked exception

对于这种unchecked exception，相对来说就会不一样一点。实际上，在Thread的定义里有一个实例方法：setUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler). 这个方法可以用来处理一些unchecked exception。那么，这种情况的场景是如何的呢？

setUncaughtExceptionHandler()方法相当于一个事件注册的入口。在jdk里面，该方法的定义如下：

  1. public void setUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler eh) {
  2. checkAccess();
  3. uncaughtExceptionHandler = eh;
  4. }

而UncaughtExceptionHandler则是一个接口，它的声明如下：

  1. public interface UncaughtExceptionHandler {
  2. /**
  3. * Method invoked when the given thread terminates due to the
  4. * given uncaught exception.
  5. * <p>Any exception thrown by this method will be ignored by the
  6. * Java Virtual Machine.
  7. * @param t the thread
  8. * @param e the exception
  9. */
  10. void uncaughtException(Thread t, Throwable e);
  11. }

在异常发生的时候，我们传入的UncaughtExceptionHandler参数的uncaughtException方法会被调用。

综合前面的讨论，我们这边要实现handle unchecked exception的方法的具体步骤可以总结如下：

1. 定义一个类实现UncaughtExceptionHandler接口。在实现的方法里包含对异常处理的逻辑和步骤。

2. 定义线程执行结构和逻辑。这一步和普通线程定义一样。

3. 在创建和执行改子线程的方法里在thread.start()语句前增加一个thread.setUncaughtExceptionHandler语句来实现处理逻辑的注册。

下面，我们就按照这里定义的步骤来实现一个示例：

首先是实现UncaughtExceptionHandler接口部分：

  1. import java.lang.Thread.UncaughtExceptionHandler;
  2. public class ExceptionHandler implements UncaughtExceptionHandler {
  3. public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
  4. System.out.printf("An exception has been captured\n");
  5. System.out.printf("Thread: %s\n", t.getId());
  6. System.out.printf("Exception: %s: %s\n",
  7. e.getClass().getName(), e.getMessage());
  8. System.out.printf("Stack Trace: \n");
  9. e.printStackTrace(System.out);
  10. System.out.printf("Thread status: %s\n", t.getState());
  11. }
  12. }

这里我们添加的异常处理逻辑很简单，只是把线程的信息和异常信息都打印出来。

然后，我们定义线程的内容，这里，我们故意让该线程产生一个unchecked exception:

  1. public class Task implements Runnable {
  2. @Override
  3. public void run() {
  4. int number0 = Integer.parseInt("TTT");
  5. }
  6. }

从这代码里我们可以看到，Integer.parseInt()里面的参数是错误的，肯定会抛出一个异常来。

现在，我们再把创建线程和注册处理逻辑的部分补上来：

  1. public class Main {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. Task task = new Task();
  4. Thread thread = new Thread(task);
  5. thread.setUncaughtExceptionHandler(new ExceptionHandler());
  6. thread.start();
  7. }
  8. }

现在我们去执行整个程序，会发现有如下的结果：

  1. An exception has been captured
  2. Thread: 8
  3. Exception: java.lang.NumberFormatException: For input string: "TTT"
  4. Stack Trace:
  5. java.lang.NumberFormatException: For input string: "TTT"
  6. at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)
  7. at java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:492)
  8. at java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:527)
  9. at Task.run(Task.java:5)
  10. at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)
  11. Thread status: RUNNABLE

这部分的输出正好就是我们前面实现UncaughtExceptionHandler接口的定义。

因此，对于unchecked exception，我们也可以采用类似事件注册的机制做一定程度的处理。

总结

Java thread里面关于异常的部分比较奇特。你不能直接在一个线程里去抛出异常。一般在线程里碰到checked exception，推荐的做法是采用try/catch块来处理。而对于unchecked exception，比较合理的方式是注册一个实现UncaughtExceptionHandler接口的对象实例来处理。这些细节的东西如果没有碰到过确实很难回答。

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