例外處理設計

例外處理設計

Johnny Lee 2016/3/11

例外處理的重要性

影響公司獲利

客戶對產品不滿意

工作無法持續用戶體驗不佳

系統需定期重新啟動

系統不穩定開發人員忙於救火

使用者對產品有很多抱怨

Problem

RD加班loop肝痛痛der~~

例外處理的重要性 - 為什麼系統會不穩定

● 正確性(correctness)不足○ 規格與實作相符的程度

○ 程式語言，資料結構，物件導向，設計模式 ...

● 強健度(robustness)不足○ 系統對於異常（規格書中沒有描述）狀況的回應能力

-Myer, Object-Oriented Software Construction, 2nd ed., Prentice Hall, 1997

強健度

（規格）正確性

例外處理的重要性 - 為什麼系統會不穩定

影響公司獲利

客戶對產品不滿意

工作無法持續用戶體驗不佳

系統需定期重新啟動

系統不穩定開發人員忙於救火

使用者對產品有很多抱怨

系統正確性不足系統穩定性不足

Root Cause Root Cause

Problem

影響系統強健度的因素 - 名詞解釋

● Failure（失效）

● Error（錯誤）

● Fault（缺陷）

● Exception（異常）


● Failure（失效）

○ 軟體元件(function, method或service)所提供的服務與其功能規格 (function specification)不符時

稱為服務失效 (service failure)


● Error（錯誤）○ 軟體內部處於錯誤狀態 (erroneous state)，此狀態可能會使該元件執行失敗，因而導致 failure

○ 反之，如果軟體元件可以將錯誤狀態加以修復，回到沒有錯誤的狀態，則可以避免發生 failure

影響系統強健度的因素 - 名詞解釋● Fault（缺陷）

○ 假設或是經過判斷後確認導致 error發生的原因

○ 依據產生原因分類

■ Design fault （設計缺陷）

■ Component fault （元件缺陷）

○ 依據存在時間長短分類

■ Transient fault （暫態缺陷）

■ Intermittent fault （間歇缺陷）

■ Permanent fault （永久缺陷）

○ 依據發生原因分類

■ Development fault （開發缺陷）

■ Physical fault （實體缺陷）

■ Interaction fault （互動缺陷）

○ 依據有沒有引爆分類

■ Active fault （活躍缺陷）

■ Dormant fault （休眠缺陷）

影響系統強健度的因素 - Recap

影響系統強健度的因素 - Quiz (基本題)● 找不到資料要回傳Null還是丟出Exception?

○ public List<Student> queryStudents(String id)

影響系統強健度的因素 - Quiz (進階題)● Exception（異常）

○ 程式語言中用來表達 error與failure的概念

○ Caller收到writeFile函數丟出的IOException

■ 這個exception在writeFile函數內部代表＿＿＿＿ (error / failure)

■ 這個exception對於caller來說代表_______ (error / failure)

我想要超強健永遠不會crash的系統 - 例外處理 VS. 容錯設計

● 例外處理 (exception handling)○ 負責處理component fault（可預期的錯誤狀況）

● 容錯設計 (fault-tolerant programming)○ 負責處理design fault （不可預期的錯誤狀況）

○ 要容忍程式裡面的錯誤，程式有錯系統也必須正常執行

● 我在實作的時候都是收到exception，都是錯誤處理，有什麼不同？○ 對象不同

○ 處理成本不同

定義系統強健度等級

● 等級0：未定義 (Undefined)● 等級1：錯誤回報 (Error-reporting)

○ 傳遞所有未被處理的例外

○ 在主程式中回報所有例外

● 等級2：狀態回復 (State-recovery)○ Error handling

■ 關注系統內部狀態

■ Backward recovery

● state-based

● operation-based

○ Cleanup

■ 外部資源的清理，避免資源洩漏

定義系統強健度等級

● 等級3：行為回復 (Behavior-recovery)○ Fault handling

■ 如何排除fault

■ 診斷（diagnosis）

■ 隔離（isolation）

■ 重新組態（reconfiguration）

■ 重新初始化（reinitialization）

○ Retry with alternative

■ 設計多樣性

● N版本程式設計

■ 功能多樣性

● 不同的設計，不同的實作

■ 資料多樣性

● 多種輸入的參數資料

■ 時序多樣性

例外處理第一課

例外處理第一課 - Checked與Unchecked例外

例外處理第一課 - Checked與Unchecked例外的語意與問題

● Checked(受檢) & unchecked(非受檢) exception○ 《Effective Java, 2nd》

■ Using checked exceptions for recoverable conditions

■ Using runtime (unchecked) exceptions for programming errors

○ Checked exception follows handle-or-declare rule(處理或宣告原則 )

● 實務上的問題○ 只要有IO操作都附贈IOException，怎麼處理？

● 例外脈絡 (exception context)● 物件脈絡 (object context)● 局部脈絡 (local context)● 架構脈絡 (architecture context)

收到例外怎麼處理？ - 例外處理的四種脈絡

例外脈絡 (exception context)● 例外處理程序(exception handler)從例外物件所獲得的資訊

○ 由程式語言執行環境傳入 (Java VM)

■ 產生例外的函數名稱

■ 產生例外的程式碼行號

■ 產生例外當時的stack trace

○ 例外產生者(signaler)傳入

■ 例外串接(exception chaning)

物件脈絡 (object context)● 表示一個物件可以存取到的資訊，包含物件的資料成員(data member)和全域變

數

局部脈絡 (local context)● 任何程式區塊形成的一個範圍(scope)便可算是一個local context，例如一個函數

範圍

架構脈絡 (architecture context)● 依據exception context, object context和local context都無法決定例外處理的設

計方法時，需要擴大範圍，參考architecture context，從軟體架構的角度評估例

外處理策略○ 元件所處在的層級

○ 元件是否共用

○ ...

● 不能處理的，就往外傳吧

Acceptor

GameServer

AppWin

2. rethrow

1. throw

3. recover

4. wrap

Message

5. report

JVM

Service Layer

Application Layer

Presentation Layer

有坑別跳 - 例外處理的壞味道

● 用Return Code表達錯誤狀況○ 正常程式邏輯和處理異常邏輯交錯

○ 開發人員忘記檢查return code，導致錯誤被忽略，降低系統強健度且增加除錯難度


● 當成備胎的例外處理程序(Spare Handler)○ 將替代方案寫在catch block裡只能重試一次

○ 若要多次重試，必須要在 catch block中再加入try statement，形成nested try statement

○ Catch block只負責try block的error handling和fault handling，將fallback solution套入其中會讓

程式結構更加複雜


● Resourceful try clause○ 比SpareHandler更好的做法

快速背一下 - 例外類別設計與使用技巧

● 用哪裡出問題來命名，而不是誰丟出例外○ withdraw函數在存款餘額不足時丟出的例外

■ 誰丟出例外

● ATMException

● WithdrawException

■ 出了什麼問題

● NotEnoughMoneyException

● Why?


● 將低階層例外轉成高階層所理解的例外○ 不要將低階層的實作例外直接跨層傳遞給上層的人

○ 降低收到例外的人和底層實作內容的耦合度

● 範例：saveProperty()○ 使用檔案儲存設定檔

■ public void saveProperty() throws IOException○ 使用資料庫儲存設定資料

■ public void saveProperty() throws SQLException○ 隱藏細節

■ public void saveProperty() throws PropertyManipulationException


● Smart Exception （聰明例外）○ 當客戶端捕捉到例外之後，有時候需要依據例外發生的原因而設計不同的例外處理方式

○ 在例外中包含列舉類別，來代表錯誤發生的原因，只要用一個例外就能表示多種異常狀況

參考資料

● 笑談軟體工程：例外處理的逆襲

● 陳建村

● 搞笑談軟工

http://teddy-chen-tw.blogspot.tw

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