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什么是堆栈跟踪,如何使用它来调试应用程序错误?

有时,当我运行我的应用程序时,它给我一个错误,看起来像:

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
        at com.example.myproject.Book.getTitle(Book.java:16)
        at com.example.myproject.Author.getBookTitles(Author.java:25)
        at com.example.myproject.Bootstrap.main(Bootstrap.java:14)

人们将其称为 “堆栈跟踪”。什么是堆栈跟踪?它能告诉我有关程序中发生的错误的哪些信息?


关于这个问题 - 我经常看到一个问题,这个问题是新手程序员 “遇到错误” 的地方,他们只是粘贴了堆栈跟踪和一些随机的代码块,却不了解堆栈跟踪是什么或如何使用它。该问题旨在为可能需要帮助来了解堆栈跟踪值的新手程序员提供参考。

答案

简单来说,堆栈跟踪是在抛出 Exception 时应用程序处于中间的方法调用的列表。

简单的例子

通过问题中给出的示例,我们可以准确确定在应用程序中引发异常的位置。让我们看一下堆栈跟踪:

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
        at com.example.myproject.Book.getTitle(Book.java:16)
        at com.example.myproject.Author.getBookTitles(Author.java:25)
        at com.example.myproject.Bootstrap.main(Bootstrap.java:14)

这是一个非常简单的堆栈跟踪。如果我们从 “at ...” 列表的开头开始,我们可以判断出错误发生在哪里。我们正在寻找的是应用程序中最顶层的方法调用。在这种情况下,它是:

at com.example.myproject.Book.getTitle(Book.java:16)

为了调试它,我们可以打开Book.java并查看第16行,即:

15   public String getTitle() {
16      System.out.println(title.toString());
17      return title;
18   }

这将表明上述代码中的某些内容(可能是title )为null

带有一系列异常的示例

有时,应用程序会捕获异常并将其重新引发为另一个异常的原因。通常如下所示:

34   public void getBookIds(int id) {
35      try {
36         book.getId(id);    // this method it throws a NullPointerException on line 22
37      } catch (NullPointerException e) {
38         throw new IllegalStateException("A book has a null property", e)
39      }
40   }

这可能会给您一个堆栈跟踪,如下所示:

Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: A book has a null property
        at com.example.myproject.Author.getBookIds(Author.java:38)
        at com.example.myproject.Bootstrap.main(Bootstrap.java:14)
Caused by: java.lang.NullPointerException
        at com.example.myproject.Book.getId(Book.java:22)
        at com.example.myproject.Author.getBookIds(Author.java:36)
        ... 1 more

与此不同的是 “由... 引起的”。有时,例外会有多个 “由... 引起” 部分。对于这些,您通常希望找到 “根本原因”,这将是堆栈跟踪中最低的 “Cause by” 部分之一。在我们的例子中是:

Caused by: java.lang.NullPointerException <-- root cause
        at com.example.myproject.Book.getId(Book.java:22) <-- important line

同样,除了这种例外情况,我们还要查看Book.java 22行,以了解是什么导致了NullPointerException异常。

库代码更令人生畏的示例

通常,堆栈跟踪要比上面的两个示例复杂得多。这是一个示例(虽然很长,但是展示了多个级别的链接异常):

javax.servlet.ServletException: Something bad happened
    at com.example.myproject.OpenSessionInViewFilter.doFilter(OpenSessionInViewFilter.java:60)
    at org.mortbay.jetty.servlet.ServletHandler$CachedChain.doFilter(ServletHandler.java:1157)
    at com.example.myproject.ExceptionHandlerFilter.doFilter(ExceptionHandlerFilter.java:28)
    at org.mortbay.jetty.servlet.ServletHandler$CachedChain.doFilter(ServletHandler.java:1157)
    at com.example.myproject.OutputBufferFilter.doFilter(OutputBufferFilter.java:33)
    at org.mortbay.jetty.servlet.ServletHandler$CachedChain.doFilter(ServletHandler.java:1157)
    at org.mortbay.jetty.servlet.ServletHandler.handle(ServletHandler.java:388)
    at org.mortbay.jetty.security.SecurityHandler.handle(SecurityHandler.java:216)
    at org.mortbay.jetty.servlet.SessionHandler.handle(SessionHandler.java:182)
    at org.mortbay.jetty.handler.ContextHandler.handle(ContextHandler.java:765)
    at org.mortbay.jetty.webapp.WebAppContext.handle(WebAppContext.java:418)
    at org.mortbay.jetty.handler.HandlerWrapper.handle(HandlerWrapper.java:152)
    at org.mortbay.jetty.Server.handle(Server.java:326)
    at org.mortbay.jetty.HttpConnection.handleRequest(HttpConnection.java:542)
    at org.mortbay.jetty.HttpConnection$RequestHandler.content(HttpConnection.java:943)
    at org.mortbay.jetty.HttpParser.parseNext(HttpParser.java:756)
    at org.mortbay.jetty.HttpParser.parseAvailable(HttpParser.java:218)
    at org.mortbay.jetty.HttpConnection.handle(HttpConnection.java:404)
    at org.mortbay.jetty.bio.SocketConnector$Connection.run(SocketConnector.java:228)
    at org.mortbay.thread.QueuedThreadPool$PoolThread.run(QueuedThreadPool.java:582)
Caused by: com.example.myproject.MyProjectServletException
    at com.example.myproject.MyServlet.doPost(MyServlet.java:169)
    at javax.servlet.http.HttpServlet.service(HttpServlet.java:727)
    at javax.servlet.http.HttpServlet.service(HttpServlet.java:820)
    at org.mortbay.jetty.servlet.ServletHolder.handle(ServletHolder.java:511)
    at org.mortbay.jetty.servlet.ServletHandler$CachedChain.doFilter(ServletHandler.java:1166)
    at com.example.myproject.OpenSessionInViewFilter.doFilter(OpenSessionInViewFilter.java:30)
    ... 27 more
Caused by: org.hibernate.exception.ConstraintViolationException: could not insert: [com.example.myproject.MyEntity]
    at org.hibernate.exception.SQLStateConverter.convert(SQLStateConverter.java:96)
    at org.hibernate.exception.JDBCExceptionHelper.convert(JDBCExceptionHelper.java:66)
    at org.hibernate.id.insert.AbstractSelectingDelegate.performInsert(AbstractSelectingDelegate.java:64)
    at org.hibernate.persister.entity.AbstractEntityPersister.insert(AbstractEntityPersister.java:2329)
    at org.hibernate.persister.entity.AbstractEntityPersister.insert(AbstractEntityPersister.java:2822)
    at org.hibernate.action.EntityIdentityInsertAction.execute(EntityIdentityInsertAction.java:71)
    at org.hibernate.engine.ActionQueue.execute(ActionQueue.java:268)
    at org.hibernate.event.def.AbstractSaveEventListener.performSaveOrReplicate(AbstractSaveEventListener.java:321)
    at org.hibernate.event.def.AbstractSaveEventListener.performSave(AbstractSaveEventListener.java:204)
    at org.hibernate.event.def.AbstractSaveEventListener.saveWithGeneratedId(AbstractSaveEventListener.java:130)
    at org.hibernate.event.def.DefaultSaveOrUpdateEventListener.saveWithGeneratedOrRequestedId(DefaultSaveOrUpdateEventListener.java:210)
    at org.hibernate.event.def.DefaultSaveEventListener.saveWithGeneratedOrRequestedId(DefaultSaveEventListener.java:56)
    at org.hibernate.event.def.DefaultSaveOrUpdateEventListener.entityIsTransient(DefaultSaveOrUpdateEventListener.java:195)
    at org.hibernate.event.def.DefaultSaveEventListener.performSaveOrUpdate(DefaultSaveEventListener.java:50)
    at org.hibernate.event.def.DefaultSaveOrUpdateEventListener.onSaveOrUpdate(DefaultSaveOrUpdateEventListener.java:93)
    at org.hibernate.impl.SessionImpl.fireSave(SessionImpl.java:705)
    at org.hibernate.impl.SessionImpl.save(SessionImpl.java:693)
    at org.hibernate.impl.SessionImpl.save(SessionImpl.java:689)
    at sun.reflect.GeneratedMethodAccessor5.invoke(Unknown Source)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:25)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:597)
    at org.hibernate.context.ThreadLocalSessionContext$TransactionProtectionWrapper.invoke(ThreadLocalSessionContext.java:344)
    at $Proxy19.save(Unknown Source)
    at com.example.myproject.MyEntityService.save(MyEntityService.java:59) <-- relevant call (see notes below)
    at com.example.myproject.MyServlet.doPost(MyServlet.java:164)
    ... 32 more
Caused by: java.sql.SQLException: Violation of unique constraint MY_ENTITY_UK_1: duplicate value(s) for column(s) MY_COLUMN in statement [...]
    at org.hsqldb.jdbc.Util.throwError(Unknown Source)
    at org.hsqldb.jdbc.jdbcPreparedStatement.executeUpdate(Unknown Source)
    at com.mchange.v2.c3p0.impl.NewProxyPreparedStatement.executeUpdate(NewProxyPreparedStatement.java:105)
    at org.hibernate.id.insert.AbstractSelectingDelegate.performInsert(AbstractSelectingDelegate.java:57)
    ... 54 more

在这个例子中,还有更多。我们最关心的是从代码中寻找方法,这些方法可以是com.example.myproject包中的任何方法。在上面的第二个示例中,我们首先要查找根本原因,即:

Caused by: java.sql.SQLException

但是,该方法下的所有方法调用都是库代码。因此,我们将向上移至其上方的 “Caused by”,并寻找源于我们代码的第一个方法调用,即:

at com.example.myproject.MyEntityService.save(MyEntityService.java:59)

像在前面的示例中一样,我们应该在第59 MyEntityService.java ,因为这是该错误的起源(这很明显出了问题,因为 SQLException 指出了该错误,但是调试过程就是我们要执行的操作) 。

什么是 Stacktrace?

stacktrace 是一个非常有用的调试工具。它显示了引发未捕获的异常时(或手动生成 stacktrace 时)的调用堆栈(即,到目前为止已调用的函数堆栈)。这非常有用,因为它不仅可以向您显示错误发生的位置,而且还可以告诉您程序在代码的那个位置是如何结束的。这导致了下一个问题:

什么是例外?

运行时环境用来告诉您发生错误的是异常。流行的示例是 NullPointerException,IndexOutOfBoundsException 或 ArithmeticException。当您尝试做某事是不可能的时,所有这些造成。例如,当您尝试取消引用 Null 对象时,将抛出 NullPointerException:

Object a = null;
a.toString();                 //this line throws a NullPointerException

Object[] b = new Object[5];
System.out.println(b[10]);    //this line throws an IndexOutOfBoundsException,
                              //because b is only 5 elements long
int ia = 5;
int ib = 0;
ia = ia/ib;                   //this line throws an  ArithmeticException with the 
                              //message "/ by 0", because you are trying to
                              //divide by 0, which is not possible.

我应该如何处理 Stacktraces / Exceptions?

首先,找出导致异常的原因。尝试使用 Google 搜索该异常的名称,以找出导致该异常的原因。大多数情况下,这是由错误的代码引起的。在上面给出的示例中,所有异常都是由错误的代码引起的。因此,对于 NullPointerException 示例,您可以确保此时a永远不会为 null。你可以,例如,INITIALISE a或包括类似这样的检查:

if (a!=null) {
    a.toString();
}

a==null则不会执行违规行。其他示例也是如此。

有时,您无法确定自己没有例外。例如,如果您在程序中使用网络连接,则无法阻止计算机失去其 Internet 连接(例如,您不能阻止用户断开计算机的网络连接)。在这种情况下,网络库可能会引发异常。现在,您应该捕获异常并进行处理。这意味着,在具有网络连接的示例中,您应尝试重新打开连接或通知用户或类似的信息。另外,每当您使用 catch 时,始终仅捕获要捕获的异常, catch (Exception e)这样的广泛的 catch 语句来捕获所有异常。这非常重要,因为否则您可能会意外捕获错误的异常并以错误的方式做出反应。

try {
    Socket x = new Socket("1.1.1.1", 6789);
    x.getInputStream().read()
} catch (IOException e) {
    System.err.println("Connection could not be established, please try again later!")
}

为什么我不应该使用catch (Exception e)

让我们用一个小例子来说明为什么您不应该只捕获所有异常:

int mult(Integer a,Integer b) {
    try {
        int result = a/b
        return result;
    } catch (Exception e) {
        System.err.println("Error: Division by zero!");
        return 0;
    }
}

这段代码试图执行的操作是捕获由 0 除以可能引起ArithmeticException abnull ,则NullPointerException 。这意味着,您可能会收到NullPointerException但将其视为 ArithmeticException 并可能做错了事。在最佳情况下,您仍然会错过 NullPointerException。这样的东西会使调试变得困难得多,所以不要那样做。

TLDR

  1. 找出导致异常的原因并加以解决,以使它根本不会引发异常。
  2. 如果不可能 1. 捕获特定的异常并进行处理。
    • 永远不要只添加 try / catch,然后忽略异常!不要那样做!
    • 从不使用catch (Exception e) ,始终捕获特定的 Exceptions。这将为您省去很多麻烦。

要补充罗伯提到的内容。在应用程序中设置断点可以逐步处理堆栈。这使开发人员可以使用调试器查看该方法在什么时候执行了意外的操作。

由于 Rob 使用NullPointerException (NPE)来说明一些常见问题,因此我们可以通过以下方式帮助解决此问题:

如果我们有一个采用参数的方法,例如: void (String firstName)

在我们的代码中,我们将要评估firstName包含一个值,我们将这样做: if(firstName == null || firstName.equals("")) return;

上面的内容阻止我们将firstName用作不安全的参数。因此,通过在处理之前进行空检查,我们可以帮助确保代码正常运行。为了扩展一个利用对象和方法的示例,我们可以在这里看:

if(dog == null || dog.firstName == null) return;

上面是检查空值的正确顺序,我们从基础对象(在这种情况下为 dog)开始,然后开始沿着可能性树走去,以确保在处理之前所有内容都是有效的。如果顺序被颠倒,则可能会引发 NPE,并且我们的程序将崩溃。