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答 zhangdi 同学的问题

Zhangdi 同学说,评论我的《Java 和 .Net 在异常处理机制上的区别》帖子说:我并不认为 C#(.NET)这样处理 Exception 是好的。我觉得这与 strong-type 的概念相冲突。几个问题:

在设计一个接口的时候,是不是需要同时告诉用户,这个接口有可能抛出什么类型的 Exception?

答:这种说法自然是没错的,异常应该是接口设计的一部分,但是告知用户的方式可以有很多种。Java 的这种方式只是其中较为有效的方式之一,他通过编译器做出严格的限制,这其中兼有优劣。

如果需要,那么这个 Exception 类型是否应该成为一个接口声明的一部分?

答:其实这还要从程序整体的设计角度来讨论。在 Java 中非 RuntimeException 其实已经不是一种普通的异常那么简单。因为最终在程序运行的时候,Java 不允许有非 RuntimeException 被抛出到虚拟机,这也就是说这种异常看上去只存在于设计时。他更像是程序运行期间的一种消息传递机制,只是首先这种消息“有别于(Except)”其他的返回类型,另外就是它会沿着调用栈强行向上追溯。显然这种异常更多的是在程序设计阶段起到操控程序非正常运行时行为的作用。因此他更像是一种接口,自然声明这样的接口也是理所应当的。

但是 Java 还有 RuntimeException 的概念,而 .Net 或许就是没有区分他们而已,因为一旦程序遇到异常,无论是被程序本身恢复,还是被虚拟机捕捉到导致强行非法结束,都是可以接受的,毕竟对用户而言除了造成不方便,并不会有安全上的隐患。

一个已知的有可能发生的 Exception 被操作系统捕获是否可以说是用户在处理这个接口的声明的时候,出现了疏忽呢?

答:这个自然,如果不是 Java 概念中的 RuntimeException,那么如果真有这样的异常被虚拟机捕捉到肯定就是 Bug,但至少是一个安全的 Bug。而同时,就像我在帖子里说到的,需要在开发难度和设计完整性上达到一定的平衡。.Net 这样自然忽视了后者,但同时显然使用就方便多了。

strong-type 的目标是在编译器发现尽可能多的关于类型的错误,如果我们把接口的定义看作类型的一部分,那么是否可以说,这个有可能将 checked exception 暴露给操作系统的编译器在 strong-type 上有缺陷呢?

答:没看懂!:-)

还是那句话,我觉得我写这篇帖子已经足够公正了。.Net 在异常处理的设计上显然不如 Java 更趋近完美,但毕竟还是可以用的,还是好用的,剩下的瑕疵是可以通过程序员的经验,以及良好的开发习惯和管理来弥补的。

Java 和 .Net 在异常处理机制上的区别

关于 Java 和 .Net 优劣的争论一直在继续,而在异常处理方面体现得最为激烈,因为他们之间的差异是如此明显。.Net 晚于 Java 出现,那么 Java 对 .Net 就理应起到很重要的借鉴作用,但是伟大的 Anders Hejlsberg 为什么没有继续 Java 的实现方式,而是另辟蹊径,这是一个非常值得研究的问题。因为我们要承认一个真理:正确的东西大家都是一样的正确,错误的却各有个的错误。可以肯定这不可能是 Anders 的疏忽,那么他的道理究竟何在,或者说他们之间究竟有什么区别?

在你能耐下心来看完这篇帖子之前,我想要明确告诉你一个结论:Java 和 .Net 在异常处理的本质上是没有区别的。

一、Java 是如何处理异常的

如果一个 Java 方法要抛出异常,那么需要在这个方法后面用 throws 关键字定义可以抛出的异常类型。倘若没有定义,就认为该方法不抛出任何异常。如果从方法的入口和出口的角度去考虑一下这个规范,我们知道参数可以认为是方法的入口(当然某些情况下也可以是出口),而返回值则是方法的出口,这是在程序正常执行的情况下,数据从入口入,出口出。要是程序非正常执行,产生异常又当如何? 被抛出的异常应该如何从方法中释放出来呢? Java 的这种语法规范就如同给异常开了一个后门,让异常可以堂而皇之“正确”地从方法里被抛出。

这样的规范决定了 Java 语法必须强行对异常进行 try-catch。设想一下,对于以下的方法签名:

public void foo() throws BarException { … }

暗含了两方面的意思:第一,该方法要抛出 BarException 类型的异常;第二,除了 BarException 外不能抛出其他的异常。而正是这第二点的缘故,我们要如何保证没有除 BarException 之外的任何异常被抛出呢? 很显然,就需要 try-catch 其他的异常。也就是说,一般情况下,方法不抛出哪些异常就要在方法内部 try-catch 这些异常。

Java 这样的机制既有优点,也有缺点。先来说说优点:

很显然,这种规范是由 Java 编译器决定的。倘若 Java 程序的入口点 main() 方法没有任何异常抛出,就是说要在 main() 方法内部,即整个程序内部捕捉所有的异常,否则将无法通过编译。这样编译器保证了程序对每个异常都有相应的计划和处理,不会有未处理的异常被泄露到虚拟机中,导致程序意外中断或退出,也就是增强了程序的健壮性。当然,Java 有 RuntimeException 的概念,这样的异常仍然可以随时被抛出到虚拟机中。

强行 try-catch 要求把异常作为程序设计的一部分看待。就如同方法的参数和返回值一样,在编写一个方法时,要结合上下文做出通盘的考虑和打算。虽然异常是所谓的“意外情况”,但是这些“例外”理应是被我们全部了解并处理的。

方便调试。异常理应在正确的位置被捕捉。当异常发生时,我们能更清楚的了解到其来源和相应处理程序的位置,而免去了在整个调用栈中摸索的麻烦。

在不借助任何文档的情况下,从方法签名就可以知晓应该对哪些异常进行处理。

Java 异常处理机制的这些优点也直接导致了他的致命弱点:将程序变得异常繁复。往往一个简单的程序,功能代码寥寥几行,而异常处理部分却占用了程序的绝大部分篇幅;同时导致缩进深度加深,既不利于书写,也不利于阅读。另外他的强行 try-catch 需要程序员有更高深的造诣,能够通盘考虑异常处理设计问题,这个在程序开始之初或者对于初学者是一个不小的门槛。这往往会阻碍其推广与发展,因为低水平初学者的信心往往因此而受到打击。然而对于高手来说,编译器是否能帮助他们找到未被处理的异常只是一个方便与否的问题,只要在编写方法时注意了异常处理,即便没有编译器的支持,情况也不会糟糕太多。反而倒是由于要遵循这样复杂的异常处理规范,以至于大多数人都可能为了图一时方便,对异常的基类型 Exception 或 Throwable 进行笼统地捕捉,这样做的危害就是那些你无法处理的异常被溺死在处理程序中,(按照异常处理原则,我们应该只捕捉那些可以被处理或恢复的异常,而把其他的异常继续抛出。至于这样做的优势,以及不这样做所带来的问题,不是一两句能够说清楚,这里就不展开讨论了。)导致程序的不稳定和不确定。既没有发挥 Java 语法在这方面的优势,反而增加了忧患。

二、.Net 是如何处理异常的

一句话概括 .Net 的异常处理方式就是随心所欲。没有人要求你一定要抛出异常,也更没有人要求你一定要捕捉异常。未被捕捉的异常会被以 Unhandled Exception 的形式抛出到虚拟机中。在此我就要先解决一下文章开头提到的问题,为什么说 Java 和 .Net 这两种异常处理机制在本质上是相同的。可以从两个方面来考虑:

默认情况下。Java 在默认情况下 main() 方法是不抛出异常的,正如前面所说的,这要求所有的异常都必须在 main() 方法内部被捕捉;而 .Net 则没有这种约束,他的 Main() 以至于整个应用程序中的任何一个方法对异常都是完全开放的。这样来看,这两者刚好是对立互补的。
非默认情况下。Java 可以通过在 main() 方法后面加 throws 关键字使得整个应用程序对异常开放;而 .Net 则可以通过给应用程序域(Application Domain)的 UnhandledException 事件添加委托达到捕捉所有异常的目的,很显然这又是对立互补的。因此,就好像一个是“正反”,一个是“反正”,加在一起“正反反正”都是一样的,对于达到控制异常的目录来说,是没有区别的。

很多 Java 爱好者都鄙视 .Net 的这种行为,一方面他令程序变得不够健壮,因为默认情况下没有强制的办法要求所有的异常都被处理,或被正确处理;另外,他为调试增加了困难,不借助文档或代码你将无法了解到一个方法可能抛出什么异常,而当一个异常被抛出的时候,同时异常处理代码又写得不够完善,你将不得不仔细查看整个调用栈来确定异常出现的位置,而对于这一点 Java 默认是强制的。

但是 Anders 的想法总是有道理的。

.Net 代码写起来非常容易。这是对于初学者,或者那些只是想实现一些测试性小功能的人而言,你完全没有必要考虑太多异常处理的细节,你要的就是写代码,然后让他跑起来。这样的简单性无疑是你希望看到的,这样的简单性无疑更有利于 .Net 在市场上的推广。由于他在这方面并没有什么理论上的漏洞,也就仍然适合构建庞大的项目,只是感觉没有那么舒服罢了。

一定程度上增加了程序的安全性。难道不捕捉异常可以被成为是安全的吗?这个话也许要从另外一方面来想,前面说过,有些 Java 程序员(绝对不占少数)为了图省事,在强行捕捉异常的压迫下,选择捕捉异常的基类型,也就是捕捉所有的异常。这样当有你无法处理的异常出现时,他们就溺死在了你的代码中,而外面的程序全然不知,还在以一种不确定的状态运行着,这就可能是危险的开始。而如果是 .Net,那么 Unhandled Exception 会被虚拟机捕获,导致程序异常退出,虽然这从面子上对于用户不是一个好的交代,但是深层次地他避免了程序在危险的状态下继续运行。

总之,萝卜白菜各有所爱。我的这篇帖子力求公正地讨论了这个问题,希望能对你有所帮助。