[Java] 8. 예외처리(exception handling)

 

예외처리(exception handling)

1.  프로그램 오류

프로그램이 실행 중 어떤 원인에 의해서 오작동을 하거나 비정상적으로 종료되는 경우가 있다. 이 결과를 초래한 원인을 프로그램 에러 또는 오류라고 한다. 그리고 오류는 발생시점에 따라 컴파일 에러(compile-time error)와 런타임 에러(runtime error)로 나눌 수 있다. 컴파일 에러는 컴파일 도중 발생하는 에러이고 런타임 에러는 프로그램이 실행하는 도중에 발생한 에러이다. 또 한가지 논리적 에러(logical error)가 있는데 이는 컴파일도 잘되고 실행도 잘 되지만 프로그래머가 의도한 것과 다르게 동작하는 것을 말한다

컴파일 에러	컴파일 시에 발생하는 에러
런타임 에러	실행 시에 발생하는 에러
논리적 에러	컴파일도 되고 실행도 되지만 의도와 다르게 동작하는 것​

자바에서는 실행 시(runtime) 발생할 수 있는 프로그램의 오류를 에러(error)와 예외(exception) 두가지로 구분하였다. 에러는 메모리 부족(OutOfMemoryError)이나 스택오버플로우(StackOverFlowError)와 같이 일단 발생하면 복구할 수 없는 심각한 오류이고, 예외는 발생하더라도 수습이 가능한 덜 심각한 것이다. 에러가 발생하면 프로그램의 비정상적인 종료를 막을 길이 없지만 예외는 발생하더라도 프로그래머가 이에 대한 적절한 코드를 미리 작성하여 비정상적인 종료를 막을 수 있다.

에러(error)		프로그램 코드에 의해서 수습될 수 없는 심각한 오류
예외(exception)		프로그램 코드에 의해서 수습될 수 있는 다소 미약한 오류​

 

2. 예외 클래스의 계층구조

자바에서 실행 시 발생할 수 있는 오류(Exception과 Error)를 클래스로 정의하였다. 모든 클래스의 조상은 Object이므로 Exception과 Error클래스 모두 Object클래스의 하위 클래스이다.

모든 예외의 최상위 클래스는 Exception클래스이다. 예외 클래스들은 RuntimeException클래스들과 이 들을 제외한 나머지 Exception클래스들 두 종류로 나눌 수 있다.
* 책에서 이렇게 구분하여 지칭하고 있다. 이것을 기억하면서 읽자.

RuntimeException클래스들은 주로 프로그래머의 실수에 의해서 발생될 수 있는 예외들이다. 예를 들면 배열의 범위를 벗어나 생기는 예외(ArrayIndexOutOfBoundsException), 값이 null인 참조변수의 멤버를 호출하여 생기는 예외(NullPointerException), 클래스간의 형변환을 잘못한 예외(ClassCastException), 정수를 0으로 나누려다 생기는 예외(ArithmeticException) 등이 있다.

Exception클래스들은 주로 외부의 영향으로 발생할 수 있는 것들로 프로그램의 사용자들의 동작에 의해서 발생하는 경우가 많다. 예를 들면 존재하지 않는 파일의 이름을 입력하여 생긴 예외(FileNotFoundException), 클래스의 이름을 잘못 적어 생긴 예외(ClassNotFoundException), 입력한 데이터 형식이 잘못되어 생긴 예외(DataFormatException) 등이 있다.

 

3. 예외처리하기 -  try-catch문

프로그램이 실행되는 동안 발생하는 에러는 어쩔 수 없지만, 예외는 프로그래머가 대비를 미리 해주어야 한다.

예외처리(exception handling)란, 프로그램 실행 시 발생할 수 있는 예외의 발생에 대비해 코드를 작성하는 것이다. 예외처리의 목적은 실행중인 프로그램의 비정상적인 종료를 막아 정상적인 실행상태를 유지할 수 있도록 하는 것이다.

예외를 처리하기 위해서 try-catch문을 사용한다.

try {
  // 예외가 발생할 가능성이 있는 문장들을 넣는다.
} catch (Exception1 e1) {
  // Exception1이 발생했을 경우 이를 처리하기 위한 문장
} catch (Exception2 e2) {
  // Exception2가 발생했을 경우 이를 처리하기 위한 문장
} catch (Exception3 e3) {
  // Exception3이 발생했을 경우 이를 처리하기 위한 문장
}
...​

하나의 try블럭 다음에는 여러 종류의 예외를 처리할 수 있도록 하나 이상의 catch블럭이 올 수 있다. 발생한 예외의 종류와 일치하는 하나의 catch블럭만 수행되고 발생한 예외의 종류와 일치하는 catch블럭이 없으면 예외는 처리되지 않는다.

 

4. try-catch문에서의 흐름

try-catch문에서 예외가 발생한 경우와 발생하지 않았을 경우의 흐름(문장의 실행순서)이 다르다.

1. try블럭 내에서 예외가 발생한 경우
   - 발생한 예외와 일치하는 catch블럭이 있는지 확인한다.
   - 일치하는 catch블럭이 있으면 catch블럭 내의 문장들을 수행하고 전체 try-catch문을 빠져나간다.
   - 빠져나간 이후 다음 문장을 계속해서 수행한다.
   - 만일 일치하는 catch블럭을 찾이 못하면 예외는 처리되지 못한다.
   
2. try블럭 내에서 예외가 발생하지 않은 경우
   - catch블럭을 거치지 않고 전체 try-catch문을 빠져나가서 수행을 계속한다.​

 

5. 예외의 발생과 catch블럭

catch블럭은 괄호()와 블럭{} 두 부분으로 나뉘어 있다. 괄호()내에는 처리하고자 하는 예외와 같은 타입의 참조변수 하나를 선언해야 한다. 예외가 발생하면 발생한 예외에 해당하는 클래스의 인스턴스가 만들어진다. 예외가 발생한 문장이 try블럭에 포함되어 있다면 예외에 해당하는 catch블럭을 탐색한다. catch블럭의 괄호()내에 선언된 참조변수의 종류와 생성된 예외 클래스의 인스턴스에 instanceof 연산자를 이용해서 검사하며 일치하는 블럭을 만날 때 까지 검사한다.

모든 예외 클래스는 Exception클래스의 하위 클래스이어서 catch블럭의 괄호()에 Exception클래스 타입의 참조변수를 선언해 놓으면 어떤 예외가 발생하더라도 이 catch블럭에 의해서 처리된다.

printStackTrace()와 getMessage()
예외가 발생했을 때 생성되는 예외 클래스의 인스턴스에는 발생한 예외에 대한 정보가 담겨 있다. 그리고 printStackTrace()와 getMessage()를 통해 이 정보를 얻을 수 있다. catch블럭 괄호()에 선언된 참조변수를 통해 이 인스턴스에 접근할 수 있다.

printStackTrace()  예외발생 당시의 호출스택(Call Stack)에 있었던 메서드의 정보와 예외 메세지를 화면에 출력한다.

getMessage()  발생한 예외클래스의 인스턴스에 저장된 메세지를 얻을 수 있다.​

멀티 catch블럭
JDK1.7부터 여러 catch블럭을 | 기호를 이용해서 하나의 catch블럭으로 합칠 수 있게 되었다. 이를 멀티 catch블럭이라 한다.

try {
  // ...
} catch (ExceptionA e) {
  // ...
} catch (ExceptionB e) {
  // ...
}

// 멀티 catch블럭으로 변경

try {
  // ...
} catch (ExceptionA | ExceptionB e) {
  // ...
}​

1. | 기호로 연결된 예외 클래스가 상속관계에 있으면 컴파일 에러가 발생한다. 상위 클래스만 쓴 것과 같기 때문에 불필요한 코드는 제거하라는 의미에서 에러가 발생한다.

2. 여러 예외를 처리하는 것이기 때문에 실제로 어떤 예외가 발생한 것인지 알 수 없다. 그래서 참조변수 e로 | 기호로 연결된 예외 클래스들의 공통 분모인 상위 클래스에 선언된 멤버만 사용 가능하다. 필요하다면 instanceof연산자로 어떤 예외인지 확인 후 개별적으로 처리할 수 있다. 하지만 그럴거면 멀티 catch블럭을 굳이 사용할 필요가 없다.

3. 멀티 catch블럭에 선언된 참조변수 e는 상수이므로 값을 변경할 수 없다. 여러 catch블럭이 하나의 참조변수를 공유하기 때문에 생기는 제약이다. 하지만 실제로 참조변수의 값을 바꿀 일은 없을 것이라고 한다.

 

6. 예외 발생시키기

키워드 throw를 사용해서 프로그래머가 고의로 예외를 발생시킬 수 있다.

1. 연산자 new를 이용해 발생시키려는 예외 클래스의 객체를 만든다.
   - Exception e = new Exception("고의로 발생시킴");

2. 키워드 throw를 이용해서 예외를 발생시킨다.
   - throw e;​

Exception 인스턴스를 생성할 때 생성자에 String을 넣어주면 이 String이 Exception 인스턴스에 메시지로 저장된다. 이 메시지는 getMessage()를 이용해서 얻을 수 있다.

* Exception클래스들이 발생할 가능성이 있는 문장들은 예외처리를 해주지 않으면 컴파일조차 되지 않는 반면에 RuntimeException들은 예외처리를 하지 않아도 성공적으로 컴파일 된다. 컴파일러가 예외처리를 확인하지 않는 RuntimeException클래스들은 unchecked예외라 부르고 예외처리를 확인하는 Exception클래스들은 checked예외라 부른다.

 

7.  메서드에 예외 선언하기

예외를 처리하는 방법은 try-catch문을 사용하는 것 이외에도 예외를 메서드에 선언하는 방법이 있다. 메서드에 예외를 선언하려면 메서드의 선언부에 키워드 throws를 사용해서 메서드 내에서 발생할 수 있는 예외를 적어주기만 하면 된다. 여러 개일 경우에는 쉼표(,)로 구분한다.

void method() throws Exception1, Exception2, ... ExceptionN {
  // 메서드의 내용
}​

메서드의 선언부에 예외를 선언하면 메서드를 사용하는 사람이 어떤 예외들이 처리되어야 하는지 쉽게 알 수 있다.

사실 예외를 메서드의 throws에 명시하는 것은 예외를 처리하는 것이 아니라 이 메서드를 호출한 메서드에게 예외를 전달하여 예외처리를 떠맡기는 것이다. 결국 어느 한 곳에서는 반드시 try-catch문으로 예외처리를 해주어야 한다.

 

8. finally블럭

finally블럭은 예외의 발생여부에 상관없이 실행되어야할 코드를 포함시킬 목적으로 사용된다. try-catch문의 끝에 선택적으로 덧붙여 사용할 수 있다.

try {
  // ...
} catch (Exception e) {
  // ...
} finally {
  // 예외 발생여부와 상관없이 항상 수행되어야 하는 문장.
  // try-catch문의 맨 마지막에 위치해야한다.
}​

finally 블럭은 try블럭 또는 catch블럭에서 return문이 실행되는 경우에도 fianlly블럭의 문장들이 먼저 실행된 후 메서드를 종료한다.

 

9. 자동 자원 반환 -  try-with-resources문

JDK1.7부터 try-with-resources문이라는 try-catch문의 변형이 새로 추가되었다. 이 구문은 주로 15장 입출력과 관련된 클래스를 사용할 때 유용하다고 한다. 가볍게 참고하고 넘어가자.

주로 입출력에 사용되는 클래스 중에서는 사용한 후에 꼭 닫아 줘야 하는 것들이 있다. 그래야 사용했던 자원(resources)이 반환되기 때문이다.

try {
  fis = new FileInputStream("score.dat");
  dis = new DataInputStream(fis);
  ...
} catch (IOException ie) {
  ie.printStackTrace();
} finally {
  dis.close();
}​

위의 코드는 DataInputStream을 사용해서 파일로부터 데이터를 읽는 코드이다. 데이터를 읽는 도중 예외가 발생하더라도 DataInputStream이 닫히도록 finally 블럭 안에서 close()를 호출했다. 문제는 close()가 예외를 발생시킬 수 있다.

try {
  fis = new FileInputStream("score.dat");
  dis = new DataInputStream(fis);
  ...
} catch (IOException ie) {
  ie.printStackTrace();
} finally {
  try {
    if (dis != null) {
      dis.close();
    }
  } catch (IOException ie) {
    ie.printStackTrace();
  }
}​

 

finally블럭 안에 try-catch문을 추가하여 close()에서 발생할 수 있는 예외를 처리하도록 변경했다. 코드가 복잡해서 별로 보기 좋지않다. 하지만 그보다 더 큰 문제는 try블럭과 finally블럭 모두 예외가 발생하면 try블럭의 예외는 무시된다는 것이다.

// 괄호()안에 두 문장 이상 넣을 경우 ';'로 구분한다.

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("score.dat");
     DataInputStream dis = new DataInputStream(fis)) {
  while (true) {
    score = dis.readInt();
    sum += score;
  }
} catch (EOFException e) {
   System.out.println("점수의 총합은 " + sum + "입니다.");
} catch (IOException e) {
  ie.printStackTrace();
}​

try-with-resources문의 괄호()안에 객체를 생성하는 문장을 넣으면 이 객체는 따로 close()를 호출하지 않아도 try블럭을 벗어나는 순간 자동적으로 close()가 호출된다. 그 다음 catch 또는 finally 블럭이 실행된다.

그러나 이처럼 try-with-resources문에 의해 자동으로 객체의 close()가 호출될 수 있으려면 클래스가 AutoCloseable이라는 인터페이스를 구현한 것이어야만 한다.

public interface AutoCloseable {
  void close() throws Exception;
}​

위의 인터페이스는 각 클래스에서 적절히 자원 반환작업을 하도록 구현되어 있다.

가볍게 보자했는데 왜 무겁게 느껴지는지 모르겠다. 뒤에 짧은 내용이 더 남았지만 여기까지만 봐도 괜찮을 것 같아서 여기서 마무리해야겠다.

 

10. 사용자정의 예외 만들기

기존의 정의된 예외 클래스 외에 필요에 따라 프로그래머가 새로운 예외 클래스를 정의하여 사용할 수 있다. 보통 Exception클래스나 RuntimeException클래스로부터 상속받아 클래스를 만들지만, 필요에 따라서 알맞은 예외 클래스를 선택할 수 있다.

class MyException extends Exception {
  MyException(String msg) {
    super(msg);
  }
}​

필요하면 멤버변수나 메서드를 추가할 수 있다.

기존의 예외 클래스는 주로 Exception을 상속받아 checked예외로 작성하는 경우가 많았지만 요즘은 RuntimeException을 상속받아 작성하는 쪽으로 바뀌어가고 있다. checked예외는 반드시 예외처리를 해주어야 하기 때문에 예외처리가 불필요한 경우에도 try-catch문을 사용해 코드가 복잡해지기 때문이다.

 

11. 예외 되던지기(exception re-throwing)

한 메서드에서 발생할 수 있는 예외가 여러개인 경우 몇 개는 try-catch문을 통해 메서드 내에서 자체적으로 처리하고, 나머지는 선언부에 지정해 호출한 메서드에서 처리하도록 함으로써 양쪽에서 나눠서 처리되도록 할 수 있다.

심지어 예외가 하나일 때도 양쪽에서 처리하도록 할 수 있다. 이는 예외를 처리한 후 인위적으로 다시 발생시키는 방법을 통해서 가능하다. 이것을 예외 되던지기(exception re-throwing)라 한다.

예외 되던지기는 하나의 예외에 대해서 예외가 발생한 메서드와 이를 호출한 메서드 양쪽 모두에서 처리해줘야 할 작업이 있을 때 사용된다. 이 때 주의할 점은 예외가 발생할 메서드에서는 try-catch문을 사용해서 예외처리를 해주는 동시에 메서드의 선언부에 발생할 예외를 throws에 지정해줘야 한다는 것이다.

public class ExceptionEx17 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            method1();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("메인 메서드에서 예외가 처리되었습니다.");
        }
    }

    static void method1() throws Exception {
        try {
            throw new Exception();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("메서드1에서 예외가 처리되었습니다.");
            throw e;
        }
    }
}​

 

12. 연결된 예외(chained exception)

한 예외가 다른 예외를 발생시킬 수도 있다. 예외 A가 예외 B를 발생시켰다면 A를 B의 원인 예외(cause exception)라고 한다.

try {
  startInstall();
  copyFiles();
} catch (SpaceException e) {
  InstallException ie = new InstallException("설치중 예외발생");
  ie.initCause(e); // InstallException의 원인 예외를 SpaceException으로 지정
  throw ie;
} catch (MemoryException me) {
...​

initCause()는 Exception클래스의 상위 클래스인 Throwable클래스에 정의되어 있기 때문에 모든 예외에서 사용가능하다.

Throwable initCause(Throwable cause) 지정한 예외를 원인 예외로 등록
Throwable getCause() 원인 예외를 반환​

원인 예외로 등록해서 다시 예외를 발생시키는 이유는 여러가지 예외를 하나의 큰 분류의 예외로 묶어서 다루기 위해서이다. 또 다른 이유는 checked 예외를 unchecked예외로 바꿀 수 있도록 하기 위해서이다.