[live-study] 9: 예외 처리

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목표

자바의 예외 처리에 대해 학습하세요.

학습할 것 (필수)

• 자바에서 예외 처리 방법 (try, catch, throw, throws, finally)
• 자바가 제공하는 예외 계층 구조
• Exception과 Error의 차이는?
• RuntimeException과 RE가 아닌 것의 차이는?
• 커스텀한 예외 만드는 방법

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예외 처리

예외(Exception) 란?

• 사용자의 잘못된 조작이나, 개발자의 잘못된 코딩으로 발생하는 프로그램 오류다.
• 예외가 발생하면 프로그램이 곧장 종료된다.
• 그러나 예외 처리를 하면 프로그램을 종료하지 않고 실행 상태를 유지할 수 있다.

에러(Error)와의 차이점

• 컴퓨터 하드웨어 오작동이나 고장으로 인한 프로그램 실행 오류는 에러라고 한다.
• 에러가 발생하면 JVM 실행에 문제가 생긴 것으로, 잘 만들어진 프로그램을이라도 실행이 불가능해진다.
• 개발자가 대처할 수 없다.

예외 처리(Exception Handling)

• 예외 처리에는 일반 예외와 런타임 예외 두 가지가 있다.
• 두 가지 예외 모두 예외 처리가 필요하고, 자바에서는 클래스로 예외를 관리한다.
• 예외가 발생하면 정해진 클래스를 생성하고 예외 처리 코드에서 이 예외 객체를 사용할 수 있다.
• 예외 클래스는 모두 java.lang.Exception 클래스를 상속받는다.

http://java5tutor.info/java/flowcontrol/exceptionover.html

일반 예외 (Exception)

• 컴파일 단계에서 예외 처리 코드가 필요한지 검사하기 때문에 컴파일러 체크 예외라고도 한다.

실행 예외 (Runtime Exception)

• 컴파일 단계에서 예외 처리 코드를 검사하지 않는 예외이다.
  • 즉 프로그램을 실행시킨 뒤에 나타날 수 있는 예외를 말한다.
• RuntimeException을 상속받는 클래스들이다.
  • RunTimeException도 Exception을 상속받고 있다.
• JVM은 RuntimeException을 상속했는지에 따라 실행 예외를 판단한다.

자주 발생하는 실행 예외 종류

• NullPointerException
  어떤 객체를 참조할 때, .를 이용하게 되는데, 이때 참조 대상이 null 객체일 때 생기는 예외다.

    ArrayList<Integer> list = null; // 참조 변수만 생성한 상태. 현재 참조 대상이 없는 null
    list.get(1); // exception 발생

• ArrayIndexOutOfBoundsException
  범위를 벗어나는 배열 인덱스에 접근하려고 할 때 발생하는 예외다.

    int[] arr = new int[3]; // 크기가 3인 배열은 인덱스가 0부터 2까지 존재한다.
    arr[3] = 3; // 범위를 넘어서 인덱스에 값을는 할당하려 해서 exception 발생 

• NumberFormatException
  숫자가 아닌 문자열을 숫자 타입으로 변경하려 할 때 발생하는 예외다.
  Integer같은 Wrapper 클래스 에는 '123' 처럼 숫자로된 String 타입 객체를 숫자로 바꿔주는 parseInt() 메소드가 있다.
  이 때, 문자열에 숫자가 아닌 문자가 포함되어 있으면 예외가 발생한다.

    String string123 = "123";
    String wrong123 = "123aaa";
    int integer123 = Integer.parseInt(number123);
    int integer123 = Integer.parseInt(wrong123); // wrong123에 숫자가 아닌 문자(a)가 포함되어 있어서 exception 발생

• ClassCastException
  변환할 수 없는 타입에 억지로 캐스팅을 시도했을 때 나타나는 예외다.
  예를 들어, Animal 클래스를 상속하는 Dog 와 Cat 클래스가 있다고 했을 때 다음 코드를 보자.

    Animal cat = new Cat();
    Cat cuteCat = (Cat) cat;

  Animal cat은 Animal 타입이지만, 실제 객체는 Cat 타입이기 때문에 Cat cuteCat으로 캐스팅이 가능하다.

  하지만 다음을 코드를 보자.

    Animal cat = new Cat();
    Dog cuteDog = (Dog) cat; // cat은 Animal 타입 변수지만, Cat 타입을 참조하고 있기 때문에 exception 발생

  위에 예제처럼 Animal 타입인 cat을 Dog로 캐스팅하려고 하지만, cat이 가리키고 있는 실제 객체는 Cat 타입이기 때문에 exception이 발생한다.

  캐스팅을 할 때는 타입변환이 가능한지 instanceof를 통해 확인이 가능하다. (그러나 빈번한 사용한 안티패턴으로 간주되니 꼭 필요할 때만 쓰자.)

    Cat cuteCat;
    if (cat instanceof Cat) {
        cuteCat = (Cat) cat;
    } 

자바에서 예외처리 방법 (try, catch, throw, throws, finally, resource)

try, catch, finally

• 기본적인 예외처리 방법은 try문에 실행 코드를 넣고 catch(예외클래스 e)에 예외 발생시 실행할 코드를 넣으면 된다.
• finally 문 안에는 예외 발생 여부와 상관 없이 반드시 실행할 코드를 넣는다.
• 아래 코드는 입력받은 숫자에 따라서 고양이가 그르렁거리는 코드다.
  • 잘못된 값을 입력받으면 예외 처리로 재입력을 받고,
    예외 발생 여부와 상관없이 나는 귀여운 고양이다. 를 출력한다.

public void growlSound(int number) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String[] grwolSound = {"그릉", "그르렁", "그르러엉", "멍멍야옹왈왈!!!"};
        System.out.println(grwolSound[number]);

        try {
            System.out.println(grwolSound[number]);
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            System.out.println("growl을 넘버를 잘 못 선택하셨습니다.");
            System.out.println("다시 입력하세요.");
            growlSound(scanner.nextInt());
        } finally {
            System.out.println("나는 귀여운 고양이다.");
        }
    }

위의 코드처럼 catch문 안에 재귀적으로 코드를 호출해서 재입력을 받을 수도 있다.

다중 catch

여러 상황에 대해 예외처리를 하고싶다면 다중으로 catch문을 사용할 수 있다.

try {
    ArrayList<Integer> arrayList = null;
    arrayList.get(0);

    Integer.parseInt("난 숫자가 아니라 못바꾸지"); // 
} catch (NumberFormatException e) {
    System.out.println("number foramt exception !");
} catch (NullPointerException e) {
    System.out.println("null pointer exception !");
} finally {
    System.out.println("화이팅~");
}

exception은 발생하는 순간 프로그램이 정지하기 때문에, 하나의 예외처리만 실행된다.
위의 코드에서는 null에 대한 접근이 먼저 발생하므로 NullPointerException이 발생한다.

catch 순서
catch 블록은 위에서부터 아래로 실행되면서 적절한 예외처리를 찾아가기 때문에 상위 예외 클래스를 아래에 두는게 적절하다.

try {
    ...
} catch (IllegalArgumentException e) {
    ...    
} catch (Exception e) {
    ...
}

catch(Exception e)가 위에 있을 경우, 모든 예외 발생시 catch(Exception e) 블록에서 처리하므로 다른 예외처리가 의미 없어진다.

multi catch (자바7 부터 가능)
서로 다른 예외지만, 하나의 블록에서 같은 처리를 원할 경우 multi catch를 사용할 수 있다.
catch() 괄호 안에 예외클래스를 or(|)로 구분해주면 된다.

try {
    ...
} catch (IllegalArgumentException | NullPointerException e) {
    ...    
}

자동 리소스 닫기 (try-with-resources) (자바7 부터 가능)

예외발생 여부와 상관없이, 사용한 자원 객체들에 대해 close()를 호출하여 안전하게 리소스를 닫아줄 수 있다.

• 리소스 객체는 반드시 java.lang.AutoCloseable 인터페이스를 구현하고 있어야 한다.
• AutoCloseable에 close()가 정의되어 있고, try-with-resource는 이 close()를 자동 호출한다.

리소스란?
각종 입출력 스트림, 서버 소켓, 소켓, 각종 채널등을 의미하며, 간단하게 데이터를 읽고 쓰는 객체라고 생각할 수 있다.

자바7 이후 리소스 닫기
이전에는 try 뒤에 바로 중괄호{}였지만, 리소스를 사용할 땐 괄호()에서 자원을 생성한다.
여러개의 자원이 올때는 semi-colon;으로 구분짓는다.

• close()를 명시하지 않았지만, 안전하게 리소스를 닫을 수 있다.

  public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("file1.txt");
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("file2.txt")){
            // code
        } catch (IOException e) {
            // code
    }
  }

자바7 이전에 리소스 닫기
try문 안에서 객체를 생성하고, 안전하게 리소스 객체를 닫기위해서 finally문 안에 if문 - try문이 중첩되었다.

FileInputStream fis = null;
try {
    fis = new FileinputStream("file.txt");
    ...
} catch (IOException e) {
    ...
} finally {
    if(fis != null) {
        try {
            fis.close();
        } catch (IOException e) {
            ...
        }
    }    
}

throws로 예외 떠넘기기

• 메소드 내부에서 예외가 발생하면 try-catch 의 catch 블록에서 처리하는게 기본이지만, 예외를 떠넘기는 방법도 있다.

• throws 예외 클래스명 키워드를 메소드 옆에 작성한다.

• 예외를 떠넘기면, 현재 메소드를 호출한 곳에서 예외처리를 하도록 만든다.

  public class Main extends Animal {
    public void growlSound(int number) throws Exception {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String[] grwolSound = {"그릉", "그르렁", "그르러엉", "멍멍야옹왈왈!!!"};
        System.out.println(grwolSound[number]);
    }
  }
  
  public static void main(String[] args){
    Cat cat = new Cat();
    try{
        cat.growlSound(1);
    }catch(Exception e){
        // ...
    }
  }

• growlSound() 에서 발생하는 예외는 해당 메소드를 호출한 곳에서 처리하도록 throws Exception을 붙여주었다.

• 위 코드에서는 main() 메소드가 호출하였으므로, main() 에서 예외를 처리한다.

  • 즉, throws 키워드가 붙은 메소드를 호출할 땐 반드시 try-catch문을 작성해서 예외처리를 할 수 있어야 한다.
  • 만약 호출한 곳에서 예외처리를 하지 않으려면, 그 메소드에서도 throws를 사용해서, 호출한 메소드를-호출한 메소드를-호출한 곳으로 예외처리를 떠넘겨야 한다.

그러나 main()에 throws Exception을 붙이는 것은 좋지 않다.
사용자는 알 수 없는 예외 내용을 출력받고 프로그램이 종료되기 때문이다. 구체적인 예외처리가 필요하다.

throw로 예외 발생시키기

• 잘못된 코딩이나 잘못된 조작으로 예외가 발생되기도 하지만, throw 키워드로 개발자가 직접 예외를 발생시킬 수도 있다.

• 위에서 보았던 예외들과 마찬가지로, 예외를 발생시키면 catch 블록에서 예외를 처리한다.

• 직접 예외 메세지를 작성할 수도 있다.

  int year = scanner.nextInt();
  if (year > 2020) {
    throw new IllegalArgumentException("벌써 1년이 지나갔을리가 없습니다.");
  }

• 위의 코드처럼 예외를 던지면, 해당 메소드를 호출했던 try-catch문의 catch 블록으로 가서 예외를 처리한다.

• 예외메세지는 catch 블록에서 getMessage()를 통해 확인할 수 있다.

  try {
    cat.growlSound(1);
  } catch (Exception e) {
    System.out.println(e.getMessage());
  }

사용자 정의 예외 클래스

• 자바 API에서 제공하는 예외 클래스만으로는 부족할 때, 직접 예외 클래스를 정의할 수 있다.

  • 예를 들어 은행 시스템에서 잔액 부족 같은 예외는 자바 API로 처리할 수 없다.

  • 이 경우 새로 정의하면 된다.

    이러한 애플리케이션 서비스 관련 예외를 애플리케이션 예외(Application Exception) 이라 한다.

• 클래스 작성 방법은 기존 클래스와 같고 일반 예외면 Exception을, 실행 예외면 RuntimeException을 상속하면 된다.

  public class MyException extends RuntimeException {
    public MyException() { }
  
    public MyException(String message) {
        super(message);
    }
  }

• 보통은 생성자 선언만 포함한다.

• 클래스의 이름은 Exception으로 끝나게 하는 것이 좋다.