JavaEccezzioni

Gestione delle eccezioni in Java
- Introduzione al concetto di eccezioni
E’ possibile definire un’eccezione come un situazione imprevista che il flusso di
un’applicazione può incontrare.
È possibile gestire un’eccezione in Java, imparando ad utilizzare cinque semplici parole
chiave: try, catch, finally, throw e throws. Sarà anche possibile creare
eccezioni personalizzate e decidere non solo come, ma anche in quale parte del codice
gestirle, grazie ad un meccanismo di propagazione estremamente potente.
Questo concetto è implementato nella libreria Java mediante la classe Exception e le
sue sottoclassi. Un esempio di eccezione che potrebbe verificarsi all’interno di un
programma è quella relativo ad un divisione tra due variabili numeriche nella quale la
variabile divisore ha valore 0. Come è noto infatti, tale operazione non è fattibile.
È invece possibile definire un errore come una situazione imprevista non dipendente da
un errore commesso dallo sviluppatore.
A differenza delle eccezioni quindi, gli errori non sono gestibili. Questo concetto è
implementato nella libreria Java mediante la classe Error e le sue sottoclassi. Un
esempio di errore che potrebbe causare un programma è quello relativo alla
terminazione delle risorse di memoria. Ovviamente, questa condizione non è gestibile.
- Gerarchie e categorizzazioni
Nella libreria standard di Java, esiste una gerarchia di classi che mette in relazione, la
classe Exception e la classe Error. Infatti, entrambe queste classi estendono la
superclasse Throwable. La seguente figura mostra tale gerarchia:
N.B. : un’ulteriore categorizzazione delle eccezioni, è data dalla divisione delle
eccezioni in checked ed unchecked exception. Ci si riferisce alle
RuntimeException (e le sue sottoclassi) come unchecked exception. Tutte le altre
eccezioni (ovvero tutte quelle che non derivano da RuntimeException), vengono
dette checked exception. Se si utilizza un metodo che lancia una checked exception senza
gestirla da qualche parte, la compilazione non andrà a buon fine. Da qui il termine
checked exception (in italiano eccezioni controllate).
Come abbiamo già detto, non bisognerà fare confusione tra il concetto di errore
(problema che un programma non può risolvere) e di eccezione (problema non critico
gestibile). Il fatto che sia la classe Exception sia la classe Error, estendano una
classe che si chiama “lanciabile” (Throwable), è dovuto al meccanismo con cui la
Java Virtual Machine reagisce quando si imbatte in una eccezione-errore. Infatti, se il
nostro programma genera un’eccezione durante il runtime, la JVM istanzia un oggetto
dalla classe eccezione relativa al problema, e “lancia” l’eccezione appena istanziata
(tramite la parola chiave throw). Se il nostro codice non “cattura” (tramite la parola
chiave catch) l’eccezione, il gestore automatico della JVM interromperà il programma
generando in output informazioni dettagliate su ciò che è accaduto.
Per esempio, supponiamo che durante l’esecuzione un programma provi ad eseguire
una divisione per zero. La JVM istanzierà un oggetto di tipo
ArithmeticException (inizializzandolo opportunamente) e lo lancerà. In pratica
è come se la JVM eseguisse le seguenti righe di codice:
ArithmeticException exc = new ArithmeticException();
throw exc;
Tutto avviene “dietro le quinte”, e sarà trasparente al lettore.
- Meccanismo per la gestione delle eccezioni
Come già asserito in precedenza, lo sviluppatore ha a disposizione alcune parole chiave
per gestire le eccezioni: try, catch, finally, throw e throws.
Se bisogna sviluppare una parte di codice che potenzialmente può scatenare
un’eccezione è possibile circondarlo con un blocco try seguito da uno o più blocchi
catch. Per esempio:
public class Ecc1 {
public static void main(String args[]) {
int a = 10;
int b = 0;
int c = a/b;
System.out.println(c);
}
}
Questa classe può essere compilata senza problemi, ma genererà un’eccezione durante
la sua esecuzione, dovuto all’impossibilità di eseguire una divisione per zero. In tal
caso, la JVM dopo aver interrotto il programma produrrà il seguente output:
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: /
by zero
at Ecc1.main(Ecc1.java:6)
Un messaggio di sicuro molto esplicativo, infatti sono stati evidenziati:
-
il tipo di eccezione (java.lang.ArithmeticException)
-
un messaggio descrittivo (/ by zero)
-
il metodo in cui è stata lanciata l’eccezione (at Ecc1.main)
-
il file in cui è stata lanciata l’eccezione (Ecc1.java)
-
la riga in cui è stata lanciata l’eccezione (:6)
L’unico problema è che il programma è terminato prematuramente. Utilizzando le
parole chiave try e catch sarà possibile gestire l’eccezione in maniera
personalizzata:
public class Ecc2 {
public static void main(String args[]) {
int a = 10;
int b = 0;
try {
int c = a/b;
System.out.println(c);
}
catch (ArithmeticException exc) {
System.out.println("Divisione per zero...");
}
}
}
Quando la JVM eseguirà tale codice incontrerà la divisione per zero della prima riga
del blocco try, lancerà l’eccezione ArithmeticException che verrà catturata nel
blocco catch seguente.
Quindi non sarà eseguita la riga che doveva stampare la variabile c, bensì la stringa
“Divisione per zero...”, con la quale abbiamo gestito l’eccezione, ed
abbiamo permesso al nostro programma di terminare in maniera naturale.
Come il lettore avrà sicuramente notato, la sintassi dei blocchi try – catch è piuttosto
strana, ma presto ci si fa l’abitudine, perché è presente più volte praticamente in tutti i
programmi Java. In particolare il blocco catch deve dichiarare un parametro (come se
fosse un metodo) del tipo dell’eccezione che deve essere catturata.
Nell’esempio precedente il reference exc, puntava proprio all’eccezione che la JVM
aveva istanziato e lanciato. Infatti tramite esso, è possibile reperire informazioni proprio
sull’eccezione stessa.
Il modo più utilizzato e completo per ottenere informazioni su ciò che è successo, è
invocare il metodo printStackTrace() sull’eccezione stessa:
int a = 10;
int b = 0;
try {
int c = a/b;
System.out.println(c);
}
catch (ArithmeticException exc) {
exc.printStackTrace();
}
Il metodo printStackTrace() produrrà in output i messaggi informativi (di cui
sopra) che il programma avrebbe prodotto se l’eccezione non fosse stata gestita, ma
senza interrompere il programma stesso.
È ovviamente fondamentale che si dichiari, tramite il blocco catch, un’eccezione del
tipo giusto. Per esempio, il seguente frammento di codice:
int a = 10;
int b = 0;
try {
int c = a/b;
System.out.println(c);
}
catch (NullPointerException exc) {
exc.printStackTrace();
}
produrrebbe un’eccezione non gestita, e, quindi, un’immediata terminazione del
programma. Infatti, il blocco try non ha mai lanciato una
NullPointerException, ma una ArithmeticException.
Come per i metodi, anche per i blocchi catch i parametri possono essere polimorfi.
Per esempio, il seguente frammento di codice:
int a = 10;
int b = 0;
try {
int c = a/b;
System.out.println(c);
}
catch (Exception exc) {
exc.printStackTrace();
}
contiene un blocco catch che gestirebbe qualsiasi tipo di eccezione, essendo
Exception, la superclasse da cui discende ogni altra eccezione. Il reference exc, è in
questo esempio, un parametro polimorfo.
È anche possibile far seguire ad un blocco try, più blocchi catch, come nel seguente
esempio:
int a = 10;
int b = 0;
try {
int c = a/b;
System.out.println(c);
}
catch (ArithmeticException exc) {
System.out.println("Divisione per zero...");
}
catch (NullPointerException exc) {
System.out.println("Reference nullo...");
}
catch (Exception exc) {
exc.printStackTrace();
}
In questo modo il nostro programma risulterebbe più robusto, e gestirebbe diversi tipi di
eccezioni. Male che vada (ovvero il blocco try lanci un’eccezione non prevista),
l’ultimo blocco catch gestirà il problema.
N.B. : è ovviamente fondamentale l’ordine dei blocchi catch. Se avessimo:
int a = 10;
int b = 0;
try {
int c = a/b;
System.out.println(c);
}
catch (Exception exc) {
exc.printStackTrace();
}
catch (ArithmeticException exc) {
System.out.println("Divisione per zero...");
}
catch (NullPointerException exc) {
System.out.println("Reference nullo...");
}
allora gli ultimi due catch sarebbero superflui e il compilatore segnalerebbe l’errore
nel seguente modo:
C:\Ecc2.java:12: exception java.lang.ArithmeticException
has already been caught
catch (ArithmeticException exc) {
^
C:\Ecc2.java:15: exception java.lang.NullPointerException
has already been caught
catch (NullPointerException exc) {
^
2 errors
È anche possibile far seguire ad un blocco try, oltre a blocchi catch, un altro blocco
definito dalla parola chiave finally, per esempio:
public class Ecc4 {
public static void main(String args[]) {
int a = 10;
int b = 0;
try {
int c = a/b;
System.out.println(c);
}
catch (ArithmeticException exc) {
System.out.println("Divisione per zero...");
}
catch (Exception exc) {
exc.printStackTrace();
}
finally {
System.out.println("Tentativo di operazione");
}
}
}
Ciò che è definito in un blocco finally, viene eseguito in qualsiasi caso, sia se viene
lanciata l’eccezione, sia se non viene lanciata. Per esempio, è possibile utilizzare un
blocco finally quando esistono operazioni critiche che devono essere eseguite in
qualsiasi caso. L’output del precedente programma è:
Divisione per zero...
tentativo di operazione
Se invece la variabile b fosse settata a 2 piuttosto cha a 0, allora l’output sarebbe:
5
tentativo di operazione
Un classico esempio (più significativo del precedente) in cui la parola finally è
spesso utilizzata è il seguente:
public void insertInDB() {
try {
cmd.executeUpdate(“INSERT INTO…”)
catch (SQLException exc) {
exc.printStackTrace();
}
finally {
connection.close();
}
}
Il metodo precedente, tenta di eseguire una “INSERT” in un database, tramite le
interfacce JDBC offerte dal package java.sql. Nell’esempio cmd è un oggetto
Statement e connection è un oggetto di tipo Connection. Il comando
executeUpdate() specifica come parametro una stringa con codice SQL per
inserire un certo record in una certa tabella di un certo database. Se ci sono problemi
(per esempio sintassi SQL scorretta, chiave primaria già presente, etc…) la JVM
lancerà una SQLException, che verrà catturata nel relativo blocco catch. In ogni
caso, dopo il tentativo di inserimento, la connessione al database deve essere chiusa.
(per una breve introduzione su JDBC, rimandiamo il lettore all’indirizzo,
http://www.claudiodesio.com/java/jdbc.htm).
N.B. : è possibile anche far seguire ad un blocco try, direttamente un blocco
finally. Quest’ultimo verrà eseguito sicuramente dopo l’esecuzione del blocco try,
sia se l’eccezione viene lanciata, sia se non viene lanciata. Comunque, se l’eccezione
venisse lanciata, non essendo gestita con un blocco catch, il programma terminerebbe
anormalmente.
N.B. : A questo punto in molti si potrebbero chiedere il perché gestire le eccezioni con
blocchi try – catch, piuttosto che utilizzare dei semplici “if”. La risposta sarà
implicitamente data nei prossimi paragrafi.
- Eccezioni personalizzate e propagazione dell'eccezione
Ci sono alcune tipologie di eccezioni che sono più frequenti e quindi più conosciute
dagli sviluppatori Java. Si tratta di:
NullPointerException : probabilmente la più frequente tra le eccezioni. Viene
lanciata dalla JVM, quando per esempio viene chiamato un metodo su di un reference
che invece punta a null.
ArrayIndexOutOfBoundsException : questa eccezione viene ovviamente
lanciata quando si prova ad accedere ad un indice di un array troppo alto.
ClassCastException : eccezione particolarmente insidiosa. Viene lanciata al
runtime quando si prova ad effettuare un cast ad un tipo di classe sbagliato.
Queste eccezioni appartengono tutte al package java.lang. Inoltre, se si utilizzano
altri package come java.io, bisognerà gestire spesso le eccezioni come
IOException e le sue sottoclassi (FileNotFoundException, EOFException,
etc…). Stesso discorso con la libreria java.sql e l’eccezione SQLException, il
package java.net e la ConnectException e così via. Lo sviluppatore imparerà
con l’esperienza come gestire tutte queste eccezioni.
È però altrettanto probabile che qualche volta occorra definire nuovi tipi di eccezioni.
Infatti, per un particolare programma. potrebbe essere una eccezione anche una
divisione per 5. Più verosimilmente, un programma che deve gestire in maniera
automatica le prenotazioni per un teatro, potrebbe voler lanciare un’eccezione nel
momento in cui si tenti di prenotare un posto non più disponibile. In tal caso la
soluzione è estendere la classe Exception, ed eventualmente aggiungere membri e
fare override di metodi come toString(). Segue un esempio:
public class PrenotazioneException extends Exception {
public PrenotazioneException() {
// Il costruttore di Exception chiamato inizializza la
// variabile privata message
super(“Problema con la prenotazione”);
}
public String toString() {
return getMessage() + “: posti esauriti!”;
}
}
La “nostra” eccezione, contiene informazioni sul problema, e rappresenta una
astrazione corretta. Tuttavia la JVM, non può lanciare automaticamente una
PrenotazioneException nel caso si tenti di prenotare quando non ci sono più
posti disponibile. La JVM infatti, sa quando lanciare una ArithmeticException
ma non sa quando lanciare una PrenotazioneException. In tal caso sarà
compito dello sviluppatore lanciare l’eccezione. Esiste infatti la parola chiave throw
(in inglese “lancia”), che permette il lancio di un’eccezione tramite la seguente sintassi:
PrenotazioneException exc = new PrenotazioneException();
throw exc;
o equivalentemente (dato che il reference exc poi non sarebbe più utilizzabile):
throw new PrenotazioneException();
Ovviamente il lancio dell’eccezione dovrebbe seguire un controllo condizionale come il
seguente:
if (postiDisponibili == 0) {
throw new PrenotazioneException();
}
Il codice precedente ovviamente farebbe terminare prematuramente il programma a
meno di gestire l’eccezione come segue:
try {
//controllo sulla disponibilità dei posti
if (postiDisponibili == 0) {
//lancio dell’eccezione
throw new PrenotazioneException();
}
//istruzione eseguita
// se non viene lanciata l’eccezione
postiDisponibili--;
}
catch (PrenotazioneException exc){
System.out.println(exc.toString());
}
Il lettore avrà sicuramente notato che il codice precedente non rappresenta un buon
esempio di gestione dell’eccezione: dovendo utilizzare la condizione if, sembra infatti
superfluo l’utilizzo dell’eccezione. In effetti è così! Ma ci deve essere una ragione per la
quale esiste la possibilità di creare eccezioni personalizzate e di poterle lanciare.
Questa ragione è la “propagazione dell’eccezione” per i metodi chiamanti. La potenza
della gestione delle eccezioni è dovuta essenzialemente a questo meccanismo di
propagazione. Per comprenderlo bene, affidiamoci coma la solito ad un esempio.
Supponiamo di avere la seguente classe:
public class Botteghino {
private int postiDisponibili;
public Botteghino() {
postiDisponibili = 100;
}
public void prenota() {
try {
//controllo sulla disponibilità dei posti
if (postiDisponibili == 0) {
//lancio dell’eccezione
throw new PrenotazioneException();
}
//metodo che realizza la prenotazione
// se non viene lanciata l’eccezione
postiDisponibili--;
}
catch (PrenotazioneException exc){
System.out.println(exc.toString());
}
}
}
La classe Botteghino astrae in maniera semplicistica, un botteghino virtuale che
permette di prenotare i posti in un teatro. Ora consideriamo la seguente classe
eseguibile (con metodo main) che utilizza la classe Botteghino:
public class GestorePrenotazioni {
public static void main(String [] args) {
Botteghino botteghino = new Botteghino();
for (int i = 0; i < 101; ++i){
botteghino.prenota();
System.out.println(“Prenotato posto n° ” + i);
}
}
}
Per una classe del genere, il fatto che l’eccezione sia gestita all’interno della classe
Botteghino, rappresenta un problema. Infatti l’output del programma sarà:
Prenotato posto n° 1
Prenotato posto n° 2
...
Prenotato posto n° 99
Prenotato posto n° 100
Problema con la prenotazione: posti esauriti!
Prenotato posto n° 101
che ovviamente contiene una contraddizione. Gestire eccezioni è sempre una operazione
da fare, ma non sempre bisogna gestire eccezioni laddove si presentano. In questo caso,
l’ideale sarebbe gestire l’eccezione nella classe GestorePrenotazioni, piuttosto
che nella classe Botteghino:
public class GestorePrenotazioni {
public static void main(String [] args) {
Botteghino botteghino = new Botteghino();
try {
for (int i = 1; i <= 101; ++i){
botteghino.prenota();
System.out.println(“Prenotato posto n° ” + i);
}
}
catch (PrelievoException exc) {
System.out.println(exc.toString());
}
}
}
Tutto ciò è fattibile grazie al meccanismo di propagazione dell’eccezione di Java. Per
compilare la classe Botteghino però, non basta rimuovere il blocco try – catch
dal metodo prenota, ma bisogna anche utilizzare la parola chiave throws nel
seguente modo:
public void prenota() throws PrelievoException {
//controllo sulla disponibilità dei posti
if (postiDisponibili == 0) {
//lancio dell’eccezione
throw new PrenotazioneException();
}
//metodo che realizza la prenotazione
// se non viene lanciata l’eccezione
postiDisponibili--;
}
In questo modo otteremo il seguente desiderabile output:
Prenotato posto n° 1
Prenotato posto
. . .
Prenotato posto
Prenotato posto
Problema con la
n° 2
n°99
n°100
prenotazione: posti esauriti!
Se non utilizzassimo la clausola throws nella dichiarazione del metodo, il compilatore
non compilerebbe il codice precedente. Infatti, segnalerebbe che il metodo prenota
potrebbe lanciare l’eccezione PrelievoException (che è evidente al compilatore
per la parola chiave throw), e che questa, non viene gestita. In particolare il
messaggio di errore restituito sarebbe simile al seguente:
GestorePrenotazioni2.java:5: unreported exception
PrenotazioneException; must be caught or declared to be
thrown
N.B. : Questo messaggio è una ulteriore prova delle caratteristiche di robustezza di
Java.
Con la clausola throws nella dichiarazione del metodo, in pratica è come se
avvertissimo il compilatore che siamo consapevoli che il metodo possa lanciare al
runtime la PrelievoException, e di non “preoccuparsi”, perché gestiremo in
un’altra parte del codice l’eccezione.
N.B. : Se un metodo “chiamante” vuole utilizzare un altro metodo “daChiamare” che
dichiara con una clausola throws il possibile lancio di un certo tipo di eccezione,
allora, il metodo “chiamante”, o deve gestire l’eccezione con un blocco try – catch
che include la chiamata al metodo “daChiamare”, o deve dichiarare anch’esso una
clausola throws alla stessa eccezione. Ad esempio, ciò vale per il metodo main della
classe GestorePrenotazioni.
N.B. : Molti metodi della libreria standard sono dichiarati con clausola throws a
qualche eccezione. Per esempio molti metodi delle classi del package java.io,
dichiarano clausole throws alla IOException (eccezione di input - output). Appare
ancora più chiaro ora la categorizzazione tra eccezioni checked ed unchecked: le
checked exception devono essere per forza gestite per poter compilare, le uncheked no,
dato che si presentano solo al runtime.
N.B. : E’ possibile dichiarare nella clausola throws anche più di una eccezione,
separando le varie tipologie con virgole, come nel seguente esempio:
public void prenota() throws PrelievoException,
NullPointerException { . . .
- Precisazione sull’override:
Quando si fa override di un metodo, non è possibile specificare clausole throws ad
eccezioni che il metodo base non ha nella propria clausola throws. È comunque
possibile da parte del metodo che fa override, dichiarare una clausola throws ad
eccezioni che sono sottotipi di eccezioni che il metodo base, ha nella sua clausola
throws. Per esempio:
public class ClasseBase {
public void metodo() throws java.io.IOException { }
}
class SottoClasseCorretta1 extends ClasseBase {
public void metodo() throws java.io.IOException {}
}
class SottoClasseCorretta2 extends ClasseBase {
public void metodo() throws java.io.FileNotFoundException {}
}
class SottoClasseCorretta3 extends ClasseBase {
public void metodo() {}
}
class SottoClasseScorretta extends ClasseBase {
public void metodo() throws java.sql.SQLException {}
}
La classe ClasseBase ha un metodo che dichiara nella sua clausola throws una
IOException. La classe SottoClasseCorretta1 fa override del metodo e dichiara
la stessa IOException nella sua clausola throws. La classe
SottoClasseCorretta2 fa override del metodo e dichiara una
FileNotFoundException, che è sottoclasse di IOException nella sua clausola
throws. La classe SottoClasseCorretta3 fa override del metodo e non dichiara
clausole throws. Infine la classe SottoClasseScorretta, fa override del metodo e
dichiara una SQLException nella sua clausola throws, e ciò è illegale.