9. Fehler und Ausnahmen Grundlagen der Programmierung 1 (Java)

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1 9. Fehler und Ausnahmen Grundlagen der Programmierung 1 (Java) Fachhochschule Darmstadt Haardtring 100 D Darmstadt Prof. Dr. Bernhard Humm FH Darmstadt, 13. Dezember 2005

2 Einordnung im Kontext der Vorlesung 1. Einführung 2. Einfache Programme 3. Kontrollstrukturen 4. Objekt-Orientierung I 5. Algorithmen und Datenstrukturen I 6. Interfaces 7. Pakete 8. Generics 10. Rekursion 11. Algorithmen und Datenstrukturen II 12. Objektorientierung II 13. Komponenten 14. Design 15. Die Java Klassenbibliothek I 16. Die Java Klassenbibliothek II 17. Software-Kategorien 9. Fehler und Ausnahmen , Seite 2

3 Agenda Agenda Exceptions in in Java Designempfehlungen Unterstützung in Eclipse , Seite 3

4 Fehlerbehandlung in früheren Zeiten int result; result = p(); if (result == ok) { result = q(); if (result == ok) { result = r(); if (result == ok) { else error(); else error(); else error(); Jede Methode lieferte einen Fehlercode Problem aufwendig: vor lauter Fehlerbehandlung sieht man eigentliches Programm nicht mehr Abfragen des Fehlercodes kann vergessen werden Abfragen des Fehlercodes wird oft aus Bequemlichkeit nicht durchgeführt Funktion kann neben Fehlercode kein anderes Ergebnis mehr liefern , Seite 4

5 Idee der Ausnahmebehandlung in Java geschützter Block Statement; Statement; Statement; Fehlerbehandlungscode Statement; Statement; Statement; Ausnahmebehandler (exception handler) Wenn im geschützten Block ein Fehler (eine Ausnahme) auftritt: Ausführung des geschützten Blocks wird abgebrochen Fehlerbehandlungscode wird ausgeführt Programm setzt nach dem geschützten Block fort , Seite 5

6 Try-Anweisung in Java p(); q(); r(); catch (Exception1 e) { error(); geschützter Block void q() { throw new Exception2(); Auslösen einer Ausnahme catch (Exception2 e) { error(); catch (Exception3 e) { Ausnahmebehandler error(); Vorteile Fehlerfreier Fall und Fehlerfälle sind sauberer getrennt Man kann nicht vergessen, einen Fehler zu behandeln (Compiler prüft, ob es zu jeder möglichen Ausnahme einen Behandler gibt) , Seite 6

7 Throw-Anweisung Löst eine Ausnahme aus throw new MyException("invalid operation", 17); "Wirft" ein Ausnahmeobjekt mit entsprechenden Fehlerinformationen bricht normale Programmausführung ab sucht passenden Ausnahmebehandler (catch-block) führt Ausnahmebehandler aus und übergibt ihm Ausnahmeobjekt als Parameter setzt nach try-anweisung fort, zu der der catch-block gehört , Seite 7

8 catch-blöcke und finally-block catch (MyException e) { Out.println(e.getMessage() + ", error code = ", + e.geterrorcode()); catch (NullPointerException e) { catch (Exception e) { finally { Passender catch-block wird an Hand des Ausnahme-Typs ausgewählt catch-blöcke werden sequentiell abgesucht Achtung: speziellere Ausnahme-Typen müssen vor allgemeineren stehen Am Ende wird (optionaler) finally-block ausgeführt egal, ob im geschützten Block ein Fehler auftrat oder nicht , Seite 8

9 Zweck des finally-blocks FileStream s = new FileStream(); s.close(); catch () { FileStream s; s = new FileStream(); catch () { finally { s.close(); falsch Datei wird im Fehlerfall nicht geschlossen richtig Datei wird auf jeden Fall geschlossen , Seite 9

10 Ablauflogik bei Ausnahmen main() f(); catch (E1 e) { f() g(); catch (E2 e) { finally { g() if () { throw new E1(); else if () { throw new E2(); else { throw new E3(); throw new E1(); keine try-anweisung in g() bricht g() ab kein passender catch-block in f() führt finally-block in f() aus und bricht f() dann ab führt catch-block für E1 in main() aus setzt nach try-anweisung in main() fort , Seite 10

11 Ablauflogik bei Ausnahmen main() f(); catch (E1 e) { f() g(); catch (E2 e) { finally { g() if () { throw new E1(); else if () { throw new E2(); else { throw new E3(); throw new E2(); keine try-anweisung in g() bricht g() ab führt catch-block für E2 in f() aus führt finally-block in f() aus setzt nach try-anweisung in f() fort , Seite 11

12 Ablauflogik bei Ausnahmen main() f(); catch (E1 e) { f() g(); catch (E2 e) { finally { g() if () { throw new E1(); else if () { throw new E2(); else if () { throw new E3(); throw new E3(); keine try-anweisung in g() bricht g() ab kein passender catch-block in f() führt finally-block in f() aus und bricht f() dann ab kein passender catch-block in main(): Programmabbruch , Seite 12

13 Ausnahmen sind als Objekte codiert Fehlerinformationen stehen in einem Ausnahme-Objekt class Exception extends Throwable { Exception(String msg) { // erzeugt neues Ausnahmeobjekt mit Fehlermeldung String getmessage() { // liefert gespeicherte Fehlermeldung String tostring() { // liefert Art der Ausnahme und gespeichert Fehlermeldung void printstacktrace() { // gibt Methodenaufrufkette aus Eigene Ausnameklasse (speichert Informationen über speziellen Fehler) class MyException extends Exception { private int errorcode; MyException(String msg, int errorcode) { int geterrorcode() { // tostring(), printstacktrace(), von Exception geerbt , Seite 13

14 Arten von Ausnahmen Laufzeitfehler (Unchecked Exceptions) werden von der Java-VM ausgelöst Division durch 0 ArithmeticException Zugriff über null-zeiger NullPointerException Indexüberschreitung ArrayIndexOutOfBoundsException wenn sie nicht behandelt werden, stürzt das Programm mit einer Fehlermeldung ab Geprüfte Ausnahmen (Checked Exceptions) werden vom Benutzercode ausgelöst (throw-anweisung) vordefinierte Ausnahmen z.b. FileNotFoundException selbst definierte Ausnahmenz.B. MyException Compiler prüft, ob sie abgefangen werden , Seite 14

15 Hierarchie der Ausnahmeklassen Throwable Error LinkageError VirtualMachineError Exception RuntimeException NullPointerException ArithmeticException IndexOutOfBoundsException IOException FileNotFoundException AWTException MyException1 MyException2 Fehler, die nicht am Programm liegen (müssen nicht abgefangen werden) von der VM ausgelöste Fehler (müssen nicht abgefangen werden) vordefinierte Ausnahmen (müssen abgefangen werden) selbst definierte Ausnahmen (müssen abgefangen werden) , Seite 15

16 Spezifikation von Ausnahmen im Methodenkopf Wenn eine Methode eine Ausnahme an den Rufer weiterleitet, muß sie das in ihrem Methodenkopf mit einer throws-klausel spezifizieren void f() { g(); catch (E2 e) { void g() throws E2 { throw new E1(); throw new E2(); catch (E1 e) { Compiler weiß dadurch, daß g() eine E2-Ausnahme auslösen kann. Wer g() aufruft, muß daher entweder E2 abfangen oder E2 im eigenen Methodenkopf mit einer throws-klausel spezifizieren Man kann nicht vergessen, eine Ausnahme zu behandeln! , Seite 16

17 Agenda Agenda Exceptions in Java Designempfehlungen Unterstützung in Eclipse , Seite 17

18 Exceptions sind teuer try/catch-blöcke verändern das Laufzeitverhalten nicht, solange keine Exceptions ausgelöst werden. sind teuer, wenn die Exception ausgelöst wird (jedesmal wird ein neues Objekt erzeugt!) (750x bei ClassCast Integer/Boolean; fillstacktrace). public static boolean test1(object x) { Integer i = (Integer) x; return true; catch (Exception e) { return false; public static boolean test2(object x) { return x instanceof Integer test2 läuft ca. 750 mal so schnell wie test1! , Seite 18

19 Designempfehlungen Das Design der Fehlerbehandlung ist schwierig Das Sprachmittel Exception führt nicht automatisch zu einem guten Design für Fehlerbehandlung Manchmal führen Exceptions zu neuem Spaghetti-Code: Exceptions sind das moderne GoTo GoTo considered harmful! Lehrbücher zu Architektur schweigen sich meist zu Fehlerbehandlung aus (positive Ausnahme: J. Siedersleben Moderne Softwarearchitektur) Es gibt in der Java Community bislang keine allgemein akzeptierten Muster für Fehlerbehandlung , Seite 19

20 Designempfehlungen Worüber sich der Anbieter einer Funktion Gedanken machen muss (Deklaration) Klassifikation aller Fehler nach: Fachliche Fehler: Im Sinne der Schnittstelle zu erwartender Fehler können und müssen vollständig aufgezählt werden, sind Bestandteil der Schnittstelle Beispiele: Geld abheben: Kreditlimit überschritten Datei öffnen: Datei nicht vorhanden Designempfehlung: Rückgabewert oder checked Exception Technische Fehler: abhängig von der gewählten Implementierung sind nicht vollzählig aufzählbar: if anything can go wrong it will Beispiele: Geld abheben: Datenbank nicht verfügbar Datei öffnen: Fileserver abgestürzt Designempfehlung: unchecked Exception (RuntimeException) , Seite 20

21 Worüber sich der Nutzer einer Funktion Gedanken machen muss (Aufruf) Designempfehlungen Klassifikation der Fehlers nach der Schwere und Festlegung der erforderlichen Aktionen Katastrophe (globales schweres Problem): Das Gesamtsystem muss heruntergefahren werden Lokales schweres Problem: Die Benutzersession muss beendet werden Behebbares Problem: Durch Retry oder Compensating Actions muss das Problem behoben werden Leichtes Problem: Das Problem wird protokolliert zur Unterstützung von Wartungsarbeiten (gilt zusätzlich für alle obigen Fälle) , Seite 21

22 Designempfehlungen Der ExceptionHandler f(); catch (Exception e) { exceptionhandler.handleexception(e) class ExceptionHandler { Exception handleexception(exception e){ // classify situation // perform corresponding action Design-Empfehlung: Der ExceptionHandler ist die zentrale Instanz eines komplexen Systems, in dem die Logik für die Fehlerbehandlung gebündelt wird , Seite 22

23 Agenda Agenda Exceptions in Java Designempfehlungen Unterstützung in in Eclipse , Seite 23

24 Unterstützung in Eclipse Eclipse: Unterstützung beim Exception Handling , Seite 24