Live Study - Java Exception

프로그램 오류, Error / Exception의 차이

프로그램이 실행 중에 어떤 원인으로 오작동하거나, 정상적으로 종료되지 않는 경우가 있다. 여기서 '어떤 원인'을 에러(Error) 혹은 오류(Exception)라고 한다.

에러와 오류의 차이는 뭘까?

에러, Error

에러는 시스템 레벨에서 문제가 발생한 경우를 말한다. 메모리 부족(OutOfMemoryError), 스택오버플로우(StackOverflowError)와 같이 이러한 에러가 발생하면 복구할 수 없는 심각한 오류이다. 

예외, Exception

예외는 사용자가 프로그램을 잘 못 사용했거나, 프로그래머의 실수로 인한 문제를 말한다. 어떤 수를 0으로 나눴거나(ArithmeticException) 배열의 크기를 벗어나서 접근(IndexOutOfBoundException)하려고 했을 때 발생하는 오류를 말한다. 예외는 에러와 달리 예외 처리를 통해 프로그램이 비정상적으로 종료되는 것을 막고, 정상적인 실행상태를 유지시킬 수 있다.

 

자바가 제공하는 예외 계층 구조

 

 

모든 클래스의 조상은 Object 이므로 Exception, Error 클래스 역시 Object 클래스를 상속받고 있다.

모든 예외의 최고 조상은 Exception 클래스이다. 
그림에서 볼 수 있듯, Exception 클래스를 상속받는 클래스들은 두 개의 그룹으로 나눌 수 있다.
- RuntimeException 클래스와 자식 클래스들, unchecked 예외
- 그 외의 클래스들, checked 예외

RuntionException 클래스와 자식클래스들을 unchecked 예외라고 부르고, 그 외의 클래스들을 checked 라고 한다.
Exception 클래스를 상속받는 예외 클래스들은 예외 처리가 필수다. 반면 RuntimeException 을 상속받은 예외 클래스들은 예외 처리가 필수로 강제되지는 않는다. 예외 처리가 강제되냐의 기준으로 checked, unchecked 로 나뉘는데 자세한 내용은 아래(throw, throws 부분)에 있다.

자바에서 예외 처리 방법

1) try - catch - finally

예외는 예외 처리를 통해 프로그램의 비정상적인 동작을 막고 정상적인 상태를 유지시킬 수 있다고 했다. 자바에서는 이런 예외를 처리하기 위해 try, catch, finally 구문을 제공한다.

try {
    // 예외가 발생할 가능성이 있는 코드
}
catch (ExampleException1 e1) {
    // ExampleException1 이 발생한 경우 대응하는 코드
}
catch (ExampleException2 e2) {
    // ExampleException2 이 발생한 경우 대응하는 코드
}
...
finally {
    // 예외 발생 여부와 상관없이 실행되어야 하는 코드 작성
}

예외가 발생할 수 있는 코드를 try-catch 문으로 감싸서 예외 처리를 할 수 있다. try 블럭에는 예외가 발생할 가능성이 있는 코드를 작성하고, catch 블럭에는 어떤 예외가 발생했을 경우 대응하는 코드를 작성한다. 마지막 finally 블럭에는 예외 발생 여부와 상관없이 실행되어야 하는 코드를 작성한다.

이때 catch, finally 문은 필수가 아니다. 생략이 가능하다. 하지만 try 문을 사용할 때 finally 문을 생략하는 경우는 있어도 catch 문을 생략하는 경우는 거의 없을 것 같다. 그리고 catch 문은 예시처럼 여러번 사용가능하다. 발생할 수 있는 예외의 경우의 수 만큼 사용가능하다.

예외가 발생했을 때, 첫번째 catch 문 부터 차례로 내려가면서 선언된 예외 클래스와, 생성된 예외 클래스의 인스턴스에 instanceof 연산자를 이용해서 검사하게 된다. 검사 결과가 true 인 catch 블럭을 만날 때 까지 검사가 계속된다.

try 문에서 발생할 수 있는 예외를 catch 문에서 잡지 못한 경우, 예를들어 ExampleException3 이 발생한 경우에 catch 블럭에서 ExampleException3 을 catch 하지 않았다면 예외처리를 할 수 없다. 발생할 수 있는 경우를 생각에 catch 문을 잘 작성해야 한다.

또 주의해야 할 것은 예외 클래스의 상속 구조를 잘 생각해서 catch 문의 순서를 잘 작성해야 한다.
부모 - 자식 관계의 예외 클래스가 있는데, 부모 예외 클래스를 먼저 catch 하게 되면 자식 예외가 발생했더라도, 부모 예외를 처리하는 코드가 실행되기 때문이다.

같은 이유로 catch 문의 마지막에 최고 조상 클래스인 Exception 클래스를 catch 하고 있으면 어떤 종류의 예외가 발생하더라도 예외 처리를 할 수 있다.

try, catch, finally 문은 {} 블럭 내에 한 문장만 사용해도 괄호를 생략할 수 없다. 

코드의 흐름

try 블럭 내에서 예외가 발생한 경우
=> 발생한 예외와 일치하는 catch 블럭이 있는지 확인한다.
=> 일치하는 catch 블럭을 찾게 되면, 그 catch 블럭의 문장을 수행하고 전체 try, catch 문을 빠져나온다.
=> finally 블럭이 있으면 해당 코드를 수행한다.

public static int tryMethod() {
    int result;
    
    try {
        System.out.println("Try Block");
        result = 5 / 0; // <- 예외 발생, 예외
        System.out.println("After Exception"); // 수행되지 않는다.
    } catch (ArithmeticException e) {
        System.out.println("Catch Block");
    }
    finally {
        System.out.println("Finally Block");
        result = 0;
    }

    return result;
}

// 실행 결과
Try Block
Catch Block
Finally Block

try 블럭 내에서 예외가 발생하지 않은 경우
=> try 블록의 수행이 끝나면 try-catch 문을 빠져나온다.
=> finally 블럭이 있으면 해당 코드를 수행한다.

try 블럭과 finally 블럭에 return 문이 있다면 어떤 값이 return 될까?

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(tryMethod());
    }

    public static int tryMethod() {
        int result;

        try {
            result = 5;
            return result;
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("Catch Block");
        }
        finally {
            result = 10;
            return result;
        }
    }

}

위 예시의 결과는 5 일까 10일까? 결과는 10 이다. try 문과 finally 문 모두에 return 문이 있는 경우 finally 에 있는 값이 반환된다. 5 이지 않을까 생각했는데, finally 의 10 이어서 작성해둔다. 컴파일된 결과를 보니 try 블럭의 return 문은 없어지고, finally 블럭의 return 문만 남아있는 것을 확인했다. 아래는 .class 파일의 일부.

public static int tryMethod() {
    try {
        int result = true;
    } catch (Exception var5) {
        System.out.println("Catch Block");
    } finally {
        byte var7 = 10;
        return var7;
    }
}

 

finally 에서 return 을 쓰는건 안티패턴 이라고 한다. 

멀티 catch 블럭

JDK 1.7 부터 catch 블럭을 | 기호를 이용해 하나의 catch 블럭으로 합칠 수 있게 되었다. 중복된 코드를 줄일 수 있겠다.
이때 | 는 논리 연산자가 아니라 기호이다.

try {
    // 예외가 발생할 가능성이 있는 코드
}
catch (ExampleException1 | ExampleException2 e) {
    // ExampleException1 혹은 ExampleException2 이 발생한 경우 대응하는 코드
}

이때 | 기호로 연결된 예외 클래스가 부모-자식의 관계에 있다면 컴파일 에러가 발생한다.
그리고 예외 클래스에 걸리는 순서도 앞에서 부터 걸리게 된다.

2) throw, throws

예외 처리의 다른 방법은 예외를 던지는 것이다. 위의 try-catch 문을 사용해 예외를 처리하는 방법은 어떤 코드를 수행하다가 예외가 발생하면 해당 코드 부분에서 try-catch 문으로 예외에 대해 대응하는 방법이었다.

throw, throws 문은 예외가 발생했을 때, 예외가 발생한 부분이 아니라 다른 곳(호출한 곳)에서 예외처리를 시키는 방법이다.

예외를 발생시키는 방법, throw

throw 키워드를 사용해 프로그래머가 예외를 발생시킬 수 있다.

Exception err = new Exception("Error Message"); // new 키워드로 예외 인스턴스 생성 후
throw err; // throw 키워드로 예외를 던진다. (발생시킨다.)

throw new Exception("Error Message"); // 한 줄로 쓸 수도 있다.

throws 를 더 알아보기 전에 checked, unchecked 예외에 대해 알고 넘어가면 좋겠다.

checked 예외, unchecked 예외

예외 처리를 강제하냐, 안하냐의 차이로 checked, unchecked 예외로 나뉜다고 했다. Exception 의 하위 클래스들 중 RuntimeException 클래스를 상속받은 예외 클래스들을 unchecked 라고 부르고, RuntimeException 클래스들 상속 받지 않은 예외 클래스들을 checked 예외라고 부른다.

unchecked 예외는 프로그래머의 실수로 발생되는 것들이기 때문에 예외처리를 강제하지 않는다.
만약 unchecked 예외가 발생할 수 있는 코드에 예외 처리를 해줘야 된다면 배열, 참조 변수를 사용하는 모든 코드에 try-catch 문으로 IndexOutOfBoundException, NullPointerException 처리를 해줘야 될 것이다.

try {
    int nums[] = new int[10];
    nums[5] = 5;
}
catch (IndexOutOfBoundsException e) {
    // ..
}
catch (NullPointerException e) {
    // ..
}

 

메서드에 예외 선언하기, throws

try-catch 를 선언해서 예외처리를 하는 대신, 메서드에 발생할 수 있는 예외를 선언해서 메서드를 호출한 쪽에서 예외 처리를 시킬 수 있다.
메서드의 선언부에 throws 키워드를 사용해서 메서드 내에서 발생할 수 있는 키워드를 작성하면 된다. 예외가 여러 개인 경우 쉼표로 (,) 로 구분해서 작성하면 된다.

public File readFile(String filePath) throws FileNotFoundException, OtherException {
    // ..
}

메서드에 예외를 선언할 때, 일반적으로 unchecked 예외는 작성하지 않는다. unchecked 예외를 선언해도 문제가 되지는 않지만 보통 반드시 처리해야할 예외들만 선언한다.

메서드 내에서 발생할 수 있는 예외를 선언부에 작성해서 메서드를 호출하는 쪽에서는 예외 처리를 강요하기 때문에 좀 더 안전한 코드를 작성할 수 있게 된다.

void method1() throws Exception {
    method2();
}

void method2() throws Exception {
    throw new Exception();
}

예외는 method1, method2 처럼 계속 throws 로 넘겨줄 수 있다.

3) try - with - resources 문

JDK 1.7 부터 try - catch 문의 변형인 try-with-resources 문이 추가되었다.

어떤 클래스들은 (특히 파일 입출력에 사용되는) 사용한 후에, 사용한 자원을 반환하기 위해 꼭 닫아줘야 하는 클래스들이 있다.

void readFile(String filePath) {
    FileInputStream fis = null;
    DataInputStream dis = null;

    try {
        fis = new FileInputStream(filePath);
        dis = new DataInputStream(fis);    
    }
    catch (IOException err) {
        err.printStackTrace();
    }
    finally {
        fis.close();
        dis.close();
    }
}

위 예시는 문제가 있다. finally 블럭에 있는 close 메서드는 IOException 예외가 발생할 수 있기 때문에 try-catch 문으로 처리를 해줘야 한다.

void readFile(String filePath) {
    FileInputStream fis = null;
    DataInputStream dis = null;

    try {
        fis = new FileInputStream(filePath);
        dis = new DataInputStream(fis);    
    }
    catch (IOException err) {
        err.printStackTrace();
    }
    finally {
        if (fis != null) {
            try {
                fis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
	    }
        if (dis != null) {
            try {
                dis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

위와 같이 finally 블럭처럼 null 체크 후에, try-catch 문으로 예외 처리를 해줘야 문제가 없는 코드가 된다.
이 때 try-with-resources 구문을 사용하면 복잡한 위의 코드를 간단히 만들 수 있다.

void readFile(String filePath) {
    try (FileInputStream fis = new FileInputStream(filePath);
        DataInputStream dis = new DataInputStream(fis)) {
        // ..
    }
    catch (IOException err) {
        err.printStackTrace();
    }
}

훨씬 깔끔해졌다. try 키워드의 () 에 객체를 생성하는 문장을 넣으면 해당 객체는 try 블럭을 벗어나는 순간 자동적으로 close() 가 호출된다. 그 다음에 catch 나 finally 블럭이 수행된다. 

try () 에 변수를 선언하는 것도 가능하고 try 블럭 내에서만 사용가능하다. 그리고 위 처럼 두 개 이상의 변수를 선언할 경우 세미 콜론으로 구분해서 선언할 수 있다.

이렇게 자동으로 close() 가 자동으로 호출될 수 있으려면 클래스가 AutoCloseable 이라는 인터페이스를 구현한 것이어야 한다. 

class CloseableClass implements AutoCloseable {

    public void doSomething() {
        System.out.println("Do Something..");
    }

    @Override
    public void close() throws Exception {
        System.out.println("Close action");
    }

}

 

사용자 정의 예외 만들기

기존의 정의된 예외 클래스 외에 필요에 따라 프로그래머가 새로운 예외 클래스를 정의할 수 있다. 예외 처리를 강제하고 싶으면 Exception 클래스를, 예외 처리를 선택적으로 하고 싶은 경우엔 RuntimeException 클래스를 상속 받으면 된다.

class CheckedException extends Exception {
    CheckedException(String msg) {
        super(msg);
    }
}

class UncheckedException extends RuntimeException {
    UncheckedException(String msg) {
        super(msg);
    }
}

필요에 따라 예외 클래스를 작성할 수는 있지만, 가능하면 자바에서 제공하는 예외 클래스를 적극 활용하는 것을 추천한다.
(이펙티브 자바 Item 72)

아래는 이펙티브 자바에 나온 정리 표. 

IllegalArgumentException	허용하지 않는 값이 매개변수로 전달되었을 때
IllegalStateException	객체가 메서드를 수행하기 적절하지 않은 상태일 때
NullPointerException	null 을 허용하지 않는 메서드에 null 을 전달했을 때
IndexOutOfBoundsException	인덱스가 범위를 넘어섰을 때
ConcurrentModificationException	허용하지 않는 동시 수정이 발견됐을 때
UnsupportedOperationException	호출한 메서드를 지원하지 않을 때

References

자바의 정석 (www.yes24.com/Product/Goods/24259565)
이펙티브 자바 (www.yes24.com/Product/Goods/65551284)