[java] exception 처리하기 - 이론편

코딩을 하다보면 꼼꼼함의 중요성을 간과할 때가 많습니다. 새로운 기능, 새로운 기술은 정말 재미있고 시간가는 줄 모르고 할 때가 많습니다. 하지만 이러한 새로운 것들을 실제로 시스템에 적용하기 위해서는 기본이 탄탄해야 합니다. 해야함을 알면서도 프로그래밍을 하다보면 까먹게 되는 게 있습니다. 재미가 없어서지요. 재미가 없더라도 반드시 해야하는 것이 2가지 있습니다. 바로 validation과 exception 처리입니다. 반드시 이 2개는 코딩을 하면서 습관으로 가지시는걸 추천드립니다. :)

오늘은 exception에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

exception

exception은 로직이 실행되는 중(Runtime)에 원하지 않는 이벤트가 발생하거나 예상하지 않은 이벤트가 일어났을때의 처리를 말합니다.

exception은 우리가 일반적으로 생각할 수 있는 시스템에서 발생하는 error와는 다르다는 사실을 알아야 합니다. error는 시스템 레벨에서 발생하기 때문에 심각한 수준의 오류로 개발자가 미리 예측해서 처리할 수 없습니다. 하지만 exception은 충분히 예상할 수 있는 범위 내에 있으며 예외를 구분하고 이에 따른 처리 방법을 명확히 적용하는것이 중요합니다.

exception의 종류

exception 역시 class의 종류중 하나입니다.

모든 Exception과 Error 클래스는 Throwable 클래스를 상속받고 있으며, Throwable은 최상위 클래스 Object를 상속받고 있습니다. 계층적 구조를 보면 아래 이미지가 나옵니다.

Exception의 계층 구조

Throwable을 상속받고 있는 Error는 시스템 레벨의 심각한 수준의 에러를 말합니다. 그리고 Exception은 개발자가 예상할 수 있으며 처리할 수 있는 수준의 에러입니다. 그리고 Exception을 바로 상속받는 IOException과 같은 checked-exception이 존재하며 RuntimeException이 Exception을 상속받고 있습니다. 그리고 RuntimeException을 상속받는 NullpointException과 같은 unchcked-exception이 존재합니다.

그렇다면 checked-exception과 unchecked-exception은 어떤 차이가 있을까요?

checked-exception과 unchecked-exception

java의 exception에는 2가지 종류의 exception이 존재합니다. checked와 unchecked입니다.

1. checked : checked exception은 컴파일 타임에 exception 처리를 하는지 체크되어지는 exception입니다. 그래서 반드시 exception 처리가 필요로 되어집니다. 예를 들어 해당 exception에는 FileNotFoundException 또는 IOException 등이 있습니다. 만약 new FileRader("<filename>")으로 파일을 연 후 fileInput.readLine()로 파일을 읽는다면 IOException 처리를 해주지 않으면 컴파일이 이루어 지지 않습니다.

2. unchecked : unchecked exception은 컴파일 타임에 체크되어지지 않는 exception입니다. 따라서 exception 처리가 되어있지 않더라도 컴파일타임에 정상처리되어 실행되어지게 됩니다. 따라서 exception 처리가 강제되어지지는 않습니다.

Error와 RuntimeException를 상속 받은 exception은 unchecked exception이며 나머지는 모두 checked exception입니다.

추가로 우리가 직접 exception을 만든다면 어떤 상황에서 checked와 un-checked exception을 쓰면 좋을까요?

oracle docs를 참고하면 아래와 같은 문구가 있습니다.

If a client can reasonably be expected to recover from an exception, make it a checked exception. If a client cannot do anything to recover from the exception, make it an unchecked exception.

즉, 만약 클라이언트가 exception이 발생했을때 적절히 회복할 수 있을 것 같은 exception에 대해서는 checked exception을 쓰고, 그렇지 않다면 unchecked exception을 사용하는것을 oracle docs에서는 추천하고 있습니다.

JVM의 exception handling

class ExceptionThrown 
{ 
    static int divideByZero(int a, int b){ 

        int i = a/b; 

        return i; 
    } 

    static int computeDivision(int a, int b) { 

        int res =0; 

        try { 
        res = divideByZero(a,b); 
        } catch (NumberFormatException ex) { 
        System.out.println("exception in computeDivision"); 
        } 
        return res; 
    } 

    public static void main(String args[]){ 

        int a = 1; 
        int b = 0; 

        try { 
            int i = computeDivision(a,b); 
        } catch (ArithmeticException ex) { 
            System.out.println("exception in main catch"); 
        } 
    } 
} 

위 코드를 보도록 하겠습니다. 위 코드는 main -> computeDivision -> divideByZero 으로 호출을 하게 되고 divideByZero 메서드에서 0으로 나누기 때문에 RuntimeException 중 하나인 ArithmeticException이 발생하게됩니다. 하지만 해당 method에는 처리할 수 있는 catch가 존재하지 않기 때문에 이전 메서드인 computeDivision 메서드로 돌아가 적절한 exception 처리가 있는지 확인하며 해당 메서드에도 없는것을 확인한 후 main으로 넘어와 적절한 exception 처리가 이루어지며 결과적으로 출력되는 결과는 exception in main catch가 됩니다.

Exception Chaining 구조

이러한 프로세스는 JVM의 기본 Exception Handling을 따릅니다.

메서드에서 Exception이 발생하면 해당 메서드는 Exception Object(exception의 이름과 설명, 프로그램의 현재 상태, exception 발생 위치의 메서드 리스트[call stack]를 포함)를 생성하고 JVM에 넘깁니다. 이러한 과정을 Exception을 던진다(throwing an Exception)라고 표현합니다.

그리고 아래와 같은 프로세스로 exception이 처리됩니다.

1. call stack을 순회하며 적절한 exception handler(try-catch)를 찾습니다.
2. 만약 적절한 exception handler를 찾았다면 해당 handler로 exception을 넘깁니다.
   • 적절한 exception handler란 던져진 exception과 매칭되는 exception입니다.
3. 하지만 모든 call stack을 찾아도 적절한 handler를 찾지 못했다면 default exception handler가 실행됩니다.
   • default exception handler는 exception 정보를 노출하며 해당 thread를 중지시킵니다.

exception이 발생했을 때 어떻게 처리할 수 있을까요?

exception을 처리하는 방법은 3가지 정도로 나타낼 수 있습니다.

1. 예외복구
   • 다른 작업 흐름 유도
2. 예외처리 회피
   • 처리하지 않고 호출 한 쪽으로 throw
3. 예외전환
   • 명확한 의미의 예외로 전환 후 throw

java에서는 try, catch, throw, throws, finally의 5가지 키워드로 exception 처리를 구현할 수 있습니다. 만약 try 블럭 안에서 exception이 발생하면 해당 exception은 JVM에 던져집니다. 그리고 catch 블럭을 사용하면 해당 exception을 처리할 수 있습니다. 수동으로 exception을 발생시키기 위해서는 throw 키워드를 이용할 수 있습니다. 호출 한 쪽으로 exception을 위임하기 위해서는 thorws 키워드를 사용할 수 있습니다. try - catch에서 반드시 실행시켜야하는 코드가 있다면 finally 블럭에 작성하면 됩니다.

자세한 사용방법은 다음번 포스팅에서 다루도록 하겠습니다.

마무리

오늘은 이렇게 exception 처리에 대해서 알아보았습니다. 전반적으로 이론적인 부분을 중시하였습니다. exception과 jvm에서의 처리는 방법은 봐 두시는걸 추천드립니다.

다음시간에는 실습편으로 찾아뵙도록 하겠습니다.

감사합니다.

참조

https://www.geeksforgeeks.org/exceptions-in-java/

https://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/exceptions/runtime.html

http://www.nextree.co.kr/p3239/