Java thread中对异常的处理策略

前言

    想讨论这个话题有一段时间了。记得几年前的时候去面试，有人就问过我一个类似的问题。就是java thread中对于异常的处理情况。由于java thread本身牵涉到并发、锁等相关的问题已经够复杂了。再加上异常处理这些东西，使得它更加特殊。 概括起来，不外乎是三个主要的问题。1. 在java启动的线程里可以抛出异常吗？ 2. 在启动的线程里可以捕捉异常吗？ 3. 如果可以捕捉异常，对于checked exception和unchecked exception，他们分别有什么的处理方式呢？

     现在， 我们就一个个的来讨论。

线程里抛出异常

    我们可以尝试一下在线程里抛异常。按照我们的理解，假定我们要在某个方法里抛异常，需要在该定义的方法头也加上声明。那么一个最简单的方式可能如下：

public class Task implements Runnable {

	@Override
	public void run() throws Exception {
		int number0 = Integer.parseInt("1");
		throw new Exception("Just for test");
	}
}

    可是，如果我们去编译上面这段代码，会发现根本就编译不过去的。系统报的错误是：

Task.java:3: error: run() in Task cannot implement run() in Runnable
    public void run() throws Exception {
                ^
  overridden method does not throw Exception
1 error

     由此我们发现这种方式行不通。也就是说，在线程里直接抛异常是不行的。可是，这又会引出一个问题，如果我们在线程代码里头确实是产生了异常，那该怎么办呢？比如说，我们通过一个线程访问一些文件或者对网络进行IO操作，结果产生了异常。或者说访问某些资源的时候系统崩溃了。这样的场景是确实可能会发生的，我们就需要针对这些情况进行进一步的讨论。

异常处理的几种方式

     在前面提到的几种在线程访问资源产生了异常的情况。我们可以看，比如说我们访问文件系统的时候，会抛出IOException, FileNotFoundException等异常。我们在访问的代码里实际上是需要采用两种方式来处理的。一种是在使用改资源的方法头增加throws IOException, FileNotFoundException等异常的修饰。还有一种是直接在这部分的代码块增加try/catch部分。由前面我们的讨论已经发现，在方法声明加throws Exception的方式是行不通的。那么就只有使用try/catch这么一种方式了。

    另外，我们也知道，在异常的处理上，一般异常可以分为checked exception和unchecked exception。作为unchecked exception，他们通常是指一些比较严重的系统错误或者系统设计错误，比如Error, OutOfMemoryError或者系统直接就崩溃了。对于这种异常发生的时候，我们一般是无能为力也没法恢复的。那么这种情况的发生，我们会怎么来处理呢？

checked exception

     在线程里面处理checked exception，按照我们以前的理解，我们是可以直接捕捉它来处理的。在一些thread的示例里我们也见过。比如说下面的一部分代码：

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class FileLock implements Runnable {
	@Override
	public void run() {
		for(int i = 0; i < 10; i++) {
			System.out.printf("%s\n", new Date());
			try {
				TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
			} catch(InterruptedException e) {
				System.out.printf("The FileClock has been interrupted");
			}
		}
	}
}

     我们定义了一个线程执行代码，并且在这里因为调用TimeUnit.SECONDS.sleep()方法而需要捕捉异常。因为这个方法本身就会抛出InterruptedException，我们必须要用try/catch块来处理。

     我们启动该线程并和它交互的代码如下：

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		// Creates a FileClock runnable object and a Thread
		// to run it
		FileClock clock=new FileClock();
		Thread thread=new Thread(clock);
		
		// Starts the Thread
		thread.start();
		try {
			// Waits five seconds
			TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		};
		// Interrupts the Thread
		thread.interrupt();
	}
}

     这部分的代码是启动FileLock线程并尝试去中断它。我们可以发现在运行的时候FileLock里面执行的代码能够正常的处理异常。

    因此，在thread里面，如果要处理checked exception，简单的一个try/catch块就可以了。

unchecked exception

     对于这种unchecked exception，相对来说就会不一样一点。实际上，在Thread的定义里有一个实例方法：setUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler). 这个方法可以用来处理一些unchecked exception。那么，这种情况的场景是如何的呢？

    setUncaughtExceptionHandler()方法相当于一个事件注册的入口。在jdk里面，该方法的定义如下：

public void setUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler eh) {
    checkAccess();
    uncaughtExceptionHandler = eh;
}

     而UncaughtExceptionHandler则是一个接口，它的声明如下：

public interface UncaughtExceptionHandler {
    /**
     * Method invoked when the given thread terminates due to the
     * given uncaught exception.
     * <p>Any exception thrown by this method will be ignored by the
     * Java Virtual Machine.
     * @param t the thread
     * @param e the exception
    */
    void uncaughtException(Thread t, Throwable e);
}

     在异常发生的时候，我们传入的UncaughtExceptionHandler参数的uncaughtException方法会被调用。

     综合前面的讨论，我们这边要实现handle unchecked exception的方法的具体步骤可以总结如下：

1. 定义一个类实现UncaughtExceptionHandler接口。在实现的方法里包含对异常处理的逻辑和步骤。

2. 定义线程执行结构和逻辑。这一步和普通线程定义一样。

3. 在创建和执行改子线程的方法里在thread.start()语句前增加一个thread.setUncaughtExceptionHandler语句来实现处理逻辑的注册。

    下面，我们就按照这里定义的步骤来实现一个示例：

    首先是实现UncaughtExceptionHandler接口部分：

import java.lang.Thread.UncaughtExceptionHandler;

public class ExceptionHandler implements UncaughtExceptionHandler {
	public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
		System.out.printf("An exception has been captured\n");
		System.out.printf("Thread: %s\n", t.getId());
		System.out.printf("Exception: %s: %s\n", 
				e.getClass().getName(), e.getMessage());
		System.out.printf("Stack Trace: \n");
		e.printStackTrace(System.out);
		System.out.printf("Thread status: %s\n", t.getState());
	}
}

     这里我们添加的异常处理逻辑很简单，只是把线程的信息和异常信息都打印出来。

    然后，我们定义线程的内容，这里，我们故意让该线程产生一个unchecked exception:

public class Task implements Runnable {

	@Override
	public void run() {
		int number0 = Integer.parseInt("TTT");
	}
}

     从这代码里我们可以看到，Integer.parseInt()里面的参数是错误的，肯定会抛出一个异常来。

    现在，我们再把创建线程和注册处理逻辑的部分补上来：

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		Task task = new Task();
		Thread thread = new Thread(task);
		thread.setUncaughtExceptionHandler(new ExceptionHandler());
		thread.start();
	}
}

     现在我们去执行整个程序，会发现有如下的结果：

An exception has been captured
Thread: 8
Exception: java.lang.NumberFormatException: For input string: "TTT"
Stack Trace: 
java.lang.NumberFormatException: For input string: "TTT"
	at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)
	at java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:492)
	at java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:527)
	at Task.run(Task.java:5)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)
Thread status: RUNNABLE

    这部分的输出正好就是我们前面实现UncaughtExceptionHandler接口的定义。

    因此，对于unchecked exception，我们也可以采用类似事件注册的机制做一定程度的处理。

总结

     Java thread里面关于异常的部分比较奇特。你不能直接在一个线程里去抛出异常。一般在线程里碰到checked exception，推荐的做法是采用try/catch块来处理。而对于unchecked exception，比较合理的方式是注册一个实现UncaughtExceptionHandler接口的对象实例来处理。这些细节的东西如果没有碰到过确实很难回答。

参考材料

Java 7 Concurrency Cookbook

http://stackoverflow.com/questions/1369204/how-to-throw-a-checked-exception-from-a-java-thread/1369828#1369828

http://stackoverflow.com/questions/6546193/how-to-catch-an-exception-from-a-thread