Aug 11, 2024

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在您对 Java 的学习过程中，需要学习的最早的概念之一是异常。这个词定义了程序执行过程中的一个意外情况，例如网络故障或意外的文件结束。 或者，正如 Oracle 文档 所说：

如果您的程序配备了一个 “计划 B” 来有效处理这些情况， 他将继续顺利运行，无论这些情况是否发生。 否则，程序可能会意外崩溃或进入一个错误的状态。

当程序因为异常而失败时，您需要调试它。 编程语言通过提供一个 堆栈跟踪 来方便调试与异常相关的错误 —— 一个特殊的消息，指向导致失败的代码路径。 这些信息非常有用，有时候就足够了； 然而，有些情况下，我们可能会从额外的细节和技巧中受益。

在本文中，我们将通过一个案例研究，着重讨论在 JSON 解析期间发生异常的调试。 通过这样做，我们将超越仅仅查看堆栈跟踪，并发现使用调试器的好处。

示例应用程序

这个使用案例的 示例应用程序 将是一个小型的 Java 程序，它解析一组包含世界各地机场数据的 JSON 文件。这些文件包括 一些细节，如机场的 IATA 编码，国家，纬度和经度。以下是一个条目的示例：

{
    "iso_country": "AR",
    "iata_code": "MDQ",
    "longitude_deg": "-57.5733",
    "latitude_deg": "-37.9342",
    "elevation_ft": "72",
    "name": "Ástor Piazzola International Airport",
    "municipality": "Mar del Plata",
    "iso_region": "AR-B"
}

该程序非常直观。它遍历一组文件，读取并解析每一个文件，过滤掉机场对象，以避免输入限制，如 “country=AR”，然后打印出匹配的机场列表：

public class Airports {

    static Path input = Paths.get("./data");
    static Gson gson = new Gson();
    static {
        System.setOut(new PrintStream(System.out, true, StandardCharsets.UTF_8));
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        List<Predicate<Airport>> filters = new ArrayList<>();

        for (String arg : args) {
            if (arg.startsWith("country=")) {
                filters.add(airport -> airport.isoCountry.equals(arg.substring("country=".length()))) ;
            } else if (arg.startsWith("region=")) {
                filters.add(airport -> airport.isoRegion.equals(arg.substring("region=".length()))) ;
            } else if (arg.startsWith("municipality=")) {
                filters.add(airport -> airport.municipality.equals(arg.substring("municipality=".length()))) ;
            }
        }

        try (Stream<Path> files = Files.list(input)) {
            Stream<Airport> airports = files.map(Airports::parse);
            for (Predicate<Airport> f : filters) {
                airports = airports.filter(f);
            }
            airports.forEach(System.out::println);
        }
    }

    static Airport parse(Path path) {
        try {
            JsonObject root = gson.fromJson(Files.readString(path), JsonObject.class);
            String name =           root.get("name").getAsString();
            String isoCountry =     root.get("isoCountry").getAsString();
            String iataCode =       root.get("iataCode").getAsString();
            String longitudeDeg =   root.get("longitudeDeg").getAsString();
            String latitudeDeg =    root.get("latitudeDeg").getAsString();
            String municipality =   root.get("municipality").getAsString();
            String isoRegion =      root.get("isoRegion").getAsString();
            Integer elevationFt =   Integer.parseInt(root.get("elevationFt").getAsString());
            return new Airport(name, isoCountry, iataCode, longitudeDeg, latitudeDeg, elevationFt, municipality, isoRegion);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    record Airport(String name, String isoCountry, String iataCode, String longitudeDeg, String latitudeDeg, Integer elevationFt, String municipality, String isoRegion) { }
}

问题

当我们运行程序时，它会因为一个 NumberFormatException 失败。 这就是我们获得的堆栈跟踪：

Exception in thread "main" java.lang.NumberFormatException: For input string: ""
	at java.base/java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:67)
	at java.base/java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:672)
	at java.base/java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:778)
	at dev.flounder.Airports.parse(Airports.java:53)
	at java.base/java.util.stream.ReferencePipeline$3$1.accept(ReferencePipeline.java:197)
	at java.base/java.util.Iterator.forEachRemaining(Iterator.java:133)
	at java.base/java.util.Spliterators$IteratorSpliterator.forEachRemaining(Spliterators.java:1939)
	at java.base/java.util.stream.AbstractPipeline.copyInto(AbstractPipeline.java:509)
	at java.base/java.util.stream.AbstractPipeline.wrapAndCopyInto(AbstractPipeline.java:499)
	at java.base/java.util.stream.ForEachOps$ForEachOp.evaluateSequential(ForEachOps.java:151)
	at java.base/java.util.stream.ForEachOps$ForEachOp$OfRef.evaluateSequential(ForEachOps.java:174)
	at java.base/java.util.stream.AbstractPipeline.evaluate(AbstractPipeline.java:234)
	at java.base/java.util.stream.ReferencePipeline.forEach(ReferencePipeline.java:596)
	at dev.flounder.Airports.main(Airports.java:39)

它指向的是 Airports.java 文件的第53行。 通过查看这一行，我们可以知道在将其中一个机场的 elevationFt 属性转换为数字时出现了问题。 异常消息告诉我们，这是因为在相应的文件中，这个属性是空的。

堆栈跟踪不够用吗？

虽然上面的堆栈跟踪已经给我们提供了很多信息，但在几个方面它是有限的。 它指向了失败的代码行，但它告诉我们哪个数据文件是原因吗？ 如果我们想更仔细地检查文件或纠正数据，那么文件的名字将非常有用。 遗憾的是，当应用程序崩溃时，这些运行时的细节就丢失了。

然而，有一种方法可以在应用程序终止之前将其挂起，这样就可以访问堆栈跟踪和日志中没有捕获的上下文。 此外，当一个应用程序被挂起时，你可以进行原型设计，测试， 甚至在应用程序还在运行时加载修复。

在异常处挂起

首先，让我们开始设置一个异常断点。 你可以在断点对话框 或通过在堆栈跟踪中点击 Create Breakpoint 来做到这一点：

这种类型的断点 会在应用程序即将抛出异常时挂起应用程序。 目前，我们对 NumberFormatException 感兴趣。

那么，我们在程序即将抛出异常时挂起了应用程序。 错误已经发生，但应用程序还没有崩溃。 我们正好赶上，所以让我们看看这给我们带来了什么。

在 线程 (Threads) 标签页中，转到 parse() 帧：

看看我们现在有多少更多的信息： 我们看到了出现错误的文件名， 文件的完整内容，所有附近的变量， 当然还有导致错误的属性。 很明显，问题出在 在被称为 816.json 的文件中，因为它缺少 elevationFt 属性

现在，我们可以进行修复 问题。取决于我们的用例，我们可能只想修复数据， 或者修复程序处理错误的方式。 修复数据是直接的，所以让我们看看调试器 如何帮助我们处理错误。

修复原型

评估表达式 是一个很好的工具，用于制作原型变化，包括修复您的现有代码。这正是我们正在寻找的。 选择整个 parse() 方法体，然后转到 运行 (Run) | 调试操作 (Debugging Actions) | 对表达式求值 (Evaluate Expression) 。

当我们评估方法中的代码时，它会抛出一个异常，就像程序代码中那样：

我们稍微改变一下代码，让它在遇到缺失的数据时存储一个 null 。另外，让我们添加一个打印语句将错误输出到标准错误流中：

try {
    JsonObject root = gson.fromJson(Files.readString(path), JsonObject.class);
    String name =           root.get("name").getAsString();
    String isoCountry =     root.get("isoCountry").getAsString();
    String iataCode =       root.get("iataCode").getAsString();
    String longitudeDeg =   root.get("longitudeDeg").getAsString();
    String latitudeDeg =    root.get("latitudeDeg").getAsString();
    String municipality =   root.get("municipality").getAsString();
    String isoRegion =      root.get("isoRegion").getAsString();
    Integer elevationFt;
    try {
        elevationFt = Integer.parseInt(root.get("elevationFt").getAsString());
    } catch (NumberFormatException e) {
        elevationFt = null;
        System.err.println("Failed to parse elevation for file: " + path);
    }
    return new Airport(name, isoCountry, iataCode, longitudeDeg, latitudeDeg, elevationFt, municipality, isoRegion);
} catch (IOException e) {
    throw new RuntimeException(e);
}

通过在 求值 (Evaluate) 对话框中运行调整后的代码， 我们可以验证这段代码确实如预期那样处理了错误。 现在，它将字段设置为 null，而不是使应用程序崩溃：

我们不仅可以测试方法返回而不抛出异常，而且可以看到如何在控制台中看到错误文本：

重置帧

好的，我们修复了代码，这样错误在未来就不会发生了，但是我们可以撤销错误本身吗？事实上，我们可以！ IntelliJ IDEA 的调试器允许我们弹出错误帧并重新执行该方法。

在 线程 (Threads) 标签页中点击 Reset Frame (重置帧)：

修复并热重新载入

在撤销错误并假装它从未发生后，我们也可以将修复提交给运行时。 由于执行点当前在我们要更改的方法之外，且我们没有更改该方法的签名，我们可以使用重新加载已更改的类 (Reload Changed Classes)选项，这个选项我已经在之前的帖子中提到过。

首先，将求值 (Evaluate) 对话框中的正确代码复制到编辑器中。 你可以通过浏览历史（⌥↓ / Alt↓）来找到以前评估过的代码。 在替换了 Airports 类中的代码后，你可以将它加载到正在运行的 JVM 中。为此，请选择 运行 (Run) | 调试操作 (Debugging Actions) | 重新加载已更改的类 (Reload Changed Classes)。

一个气球出现，确认修复已经进入了正在运行的应用程序。

未捕获异常过滤

如果我们现在恢复应用程序，它将再次在同一异常处被挂起。为什么会这样呢？

我们修改了代码以捕获 NumberFormatException 。 这个修复防止了应用程序崩溃，但并不能阻止抛出异常。 所以，每次抛出异常时，断点仍然会触发，即使这个异常最终会被捕获。

让我们告诉 IntelliJ IDEA，我们只希望在发生 未捕获的异常时才挂起应用程序。 为此，右键单击在字形边缘的断点，并清除 捕获异常 (Caught exception) 复选框：

有了这个设置，除非发生 未处理的 NumberFormatException ，否则应用程序将无中断地运行。

恢复并享受

我们现在可以恢复应用程序：

它运行得非常顺利，在控制台通知我们缺少数据。 注意看文件816.json是在错误列表上， 证明我们真的处理了这个文件，而不是简单地跳过它。

实际上，816.json有两个条目 - 一个来自于我们的表达式评估实验, 另一个由程序本身放在那里，我们已经纠正了它。

总结

在这篇文章中，我们学习了如何有效地调试 Java 异常，通过收集额外的上下文 指出了故障的原因。然后，利用调试器的功能， 我们能够撤销错误，将调试会话变为测试解决方案的沙盒， 并在崩溃的中途向运行时提供修复， 所有这些都无需重新启动应用程序。

尽管这些技术基础，但在某些情况下可以非常强大，为您节省大量时间。 在即将推出的文章中，我们将讨论更多的调试技巧和技巧，敬请期待！

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