[Java] 예외 처리 (Exception Handling)

예외처리란?

예외처리(Exception Handling)는 프로그램 실행 중 발생할 수 있는 예기치 못한 상황을 관리하는 프로그래밍 기법이다.

이는 마치 온라인 쇼핑몰에서 주문 과정의 여러 단계를 안전하게 관리하는 것과 같다.
프로그램의 안정성과 신뢰성을 높이는 데 필수적이며, 예외처리를 통해 개발자는 오류 상황을 예측하고 적절히 대응할 수 있다.

예를 들어, 결제 처리 중 은행 서버 연결이 실패했을 때, 백엔드에서는 해당 거래를 임시 저장하고 재시도하며,
동시에 프론트엔드에서는 사용자에게 "결제 처리 중입니다. 잠시만 기다려주세요."라는 메시지를 표시할 수 있다. 결

결과적으로 시스템 전체가 중단되는 것을 방지하고, 사용자 경험이 향상되며 데이터 무결성이 유지된다

예제를 통해 간단히 이해해보자!
이 프로그램은 사용자의 입력을 받고, 입력 받은 문자를 외부 서버에 전송하는 프로그램.

참고로 아직 네트워크를 학습하지 않았기 때문에 실제 통신하는 코드가 들어가지는 않는다. 그래도 예외 처리가 필요한 상황을 이해하기에는 충분할 것이다.

클래스 설명

• NetworkClient : 외부 서버와 연결하고, 데이터를 전송하고, 연결을 종료하는 기능을 제공한다.
• NetworkService : NetworkClient 를 사용해서 데이터를 전송한다. NetworkClient를 사용하려면 연결, 전송, 연결 종료와 같은 복잡한 흐름을 제어해야 한다. 이런 부분을 NetworkService가 담당한다.
• Main : 사용자의 입력을 받는다.
• 전체 흐름: Main 을 통해 사용자의 입력을 받으면 사용자의 입력을 NetworkService에 전달한다. NetworkService 는 NetworkClient를 사용해서 외부 서버에 연결하고, 데이터를 전송하고, 전송이 완료

되면 연결을 종료한다.

• NetworkClient 사용법 connect() 를 먼저 호출해서 서버와 연결한다. send(data) 로 연결된 서버에 메시지를 전송한다. disconnect() 로 연결을 해제한다.
• NetworkClient 사용시 주의 사항 connect()가 실패한 경우 send()를 호출하면 안된다.

사용 후에는 반드시 disconnect() 를 호출해서 연결을 해제해야 한다. connect() , send() 호출에 오류가 있어도 disconnect() 는 반드시 호출해야 한다.

 

public class NetworkClientV0 {
    private final String addeess;


    public NetworkClientV0(String addeess) {
        this.addeess = addeess;
    }

    public String connect(){
        //연결 성공
        System.out.println(addeess + "서버 연결 성공");
        return "Success";
    }
    public String send(String data) {
        //전송 성공
        System.out.println(addeess + "서버 데이터 전송 : " + data);
        return "Success";
    }

    public void disconnect() {
        System.out.println(addeess + "서버 연결 해제");
    }
}
------------------------------------------------------------------------------
public class NetworkServiceV0 {

    public void sendMessage(String data) {
        String adderess = "http://example.com";
        NetworkClientV0 client = new NetworkClientV0(adderess);

        client.connect();
        client.send(data);
        client.disconnect();
    }
}
------------------------------------------------------------------------------
public class MainV0 {
    public static void main(String[] args) {

        NetworkServiceV0 networkService = new NetworkServiceV0();

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.println("전송할 문자");
            String input = scanner.nextLine();
            if (input.equals("exit")) {
                break;
            }
            networkService.sendMessage(input);
            System.out.println();
        }
        System.out.println("정상 종료합니다");
    }
}

이렇게 총 3개의 클래스를 작성했다.

오류 상황 만들기

자 이제 오류상황을 만들어보자!

외부 서버와 통신 할 때는 다양한 문제가 발생한다

• 외부 서버와 연결에 실패
• 데이터 전송에 문제 발생

물론 지금 실제 오류가 발생하진 않지만, 가상으로 시뮬레이션 해보자.

연결 실패와 전송 실패의 오류 상황을 시뮬레이션 해보자

 

public class NetworkClientV1 {
    private final String addeess;
    public boolean connectError;
    public boolean sendError;

    public NetworkClientV1(String addeess) {
        this.addeess = addeess;
    }
    public String connect(){
        if (connectError) {
            System.out.println(addeess + "서버 연결 실패");
            return "connectError"; //error1이면 connectError 오류 코드 반환
        }
        //연결 성공
        System.out.println(addeess + "서버 연결 성공");
        return "Success";
    }
    public String send(String data) {
        if (sendError) {
            System.out.println(addeess + "서버 데이터 전송 실패" + data);
            return "sendError";  //error2이면 sendError 오류 코드 반환
        }
        //전송 성공
        System.out.println(addeess + "서버 데이터 전송 : " + data);
        return "Success";
    }

    public void disconnect() {
        System.out.println(addeess + "서버 연결 해제");
    }
    public void initError(String data) {
        if (data.contains("error1")) {
            connectError = true;
        }
        if (data.contains("error2")) {
            sendError = true;
        }
    }
}

public class NetworkServiceV1_1 {

    public void sendMessage(String data) {
        String adderess = "http://example.com";
        NetworkClientV1 client = new NetworkClientV1(adderess);
        client.initError(data); //추가

        client.connect();
        client.send(data);
        client.disconnect();
    }
}

 

public class MainV1 {
    public static void main(String[] args) {

        NetworkServiceV1_1 networkService = new NetworkServiceV1_1();

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.println("전송할 문자");
            String input = scanner.nextLine();
            if (input.equals("exit")) {
                break;
            }
            networkService.sendMessage(input);
            System.out.println();
        }
        System.out.println("정상 종료합니다");
    }
}

• error1 입력: 서버 연결에 실패한다.
• error2 입력: 데이터 전송에 실패한다.

남은 문제

• 연결이 실패하면 데이터를 전송하지 않아야 하는데, 여기서는 데이터를 전송한다.

추가 요구 사항

• 오류가 발생했을 때 어떤 오류가 발생했는지 자세한 내역을 남기면 이후 디버깅에 도움이 될 것이다. 오류 로그를 남겨야 한다.

---

반환 값으로 예외 처리

-앞선 문제를 해결해보자

public class NetworkServiceV1_2 {

    public void sendMessage(String data) {
        String adderess = "http://example.com";
        NetworkClientV1 client = new NetworkClientV1(adderess);
        client.initError(data); //추가

        String connectResult = client.connect();
        //결과가 성공이 아니다 -> 오류다
        if (isError(connectResult)) {
            System.out.println("[네트워크 오류 발생] 오류 코드 " + connectResult);
            return; //오류가 발생한 경우 프로그램 중지
        }
        String sendResult = client.send(data);
        if (isError(sendResult)) {
            System.out.println("[네트워크 오류 발생] 오류 코드" + sendResult);
            return; //오류가 발생한 경우 프로그램 중지
        }
        client.disconnect();
    }

    private static boolean isError(String connectResult) {
        return !connectResult.equals("success");
    }
}

 

public class MainV1 {
    public static void main(String[] args) {
        NetworkServiceV1_2 networkService = new NetworkServiceV1_2();
//        NetworkServiceV1_1 networkService = new NetworkServiceV1_1();

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.println("전송할 문자");
            String input = scanner.nextLine();
            if (input.equals("exit")) {
                break;
            }
            networkService.sendMessage(input);
            System.out.println();
        }
        System.out.println("정상 종료합니다");
    }
}

실행값 : 

전송할 문자
hello
http://example.com서버 연결 성공
http://example.com서버 데이터 전송 : hello
http://example.com서버 연결 해제

전송할 문자
error2
http://example.com서버 연결 성공
http://example.com서버 데이터 전송 실패error2
[네트워크 오류 발생] 오류 코드: sendError

• NetworkClient 사용시 주의 사항 connect()가 실패한 경우 send()를 호출하면 안된다. 해결

사용 후에는 반드시 disconnect() 를 호출해서 연결을 해제해야 한다.해결 안됨 connect() , send() 호출에 오류가 있어도 disconnect()는 반드시 호출해야 한다.

connect() 가 실패한 경우 send() 를 호출하면 안되는 부분은 해결되었다. 하지만 사용 후에는 `disconnect()`를 반드시 호출해야 하는 문제는 해결되지 않았다. error2 를 보면 데이터 전송에 실패하는 경우, 연결이 해제 되지 않는다.

계속 이렇게 두면 네트워크 연결 자원이 고갈될 수 있다.

이 문제를 해결하기 위하여 disconnect()를 반드시 호출할 수 있도록 해보자.

 

public class NetworkServiceV1_3 {
    public void sendMessage(String data) {
        NetworkClientV1 client = new NetworkClientV1("http://example.com");

        client.initError(data);

        String connectResult = client.connect();
        if (isError(connectResult)) {
            System.out.println("[네트워크 오류 발생] 오류 코드: " + connectResult);
        }else {
            String sendResult = client.send(data);
            if (isError(sendResult)) {
                System.out.println("[네트워크 오류 발생] 오류 코드: " + sendResult);
            }
        }        //return문 제거 이후 if문을 사용

        client.disconnect();   //중간에 return x 무조건 disconnect()를 호출
    }
    private static boolean isError(String resultCode) {
        return !resultCode.equals("Success");
    }
}

 

public class MainV1 {
    public static void main(String[] args) {
        NetworkServiceV1_2 networkService = new NetworkServiceV1_2();
//        NetworkServiceV1_1 networkService = new NetworkServiceV1_1();

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.println("전송할 문자");
            String input = scanner.nextLine();
            if (input.equals("exit")) {
                break;
            }
            networkService.sendMessage(input);
            System.out.println();
        }
        System.out.println("정상 종료합니다");
    }
}

error1
http://example.com 서버 연결 실패
[네트워크 오류 발생] 오류 코드: connectError
http://example.com서버 연결 해제

전송할 문자
error2
http://example.com서버 연결 성공
http://example.com서버 데이터 전송 실패error2
[네트워크 오류 발생] 오류 코드: sendError
http://example.com서버 연결 해제

정상 흐름과 예외 흐름

이렇게 예외 처리를 하다보니 어떤 부분이 정상 흐름이고, 예외흐름인지 구분이 너무 어렵다.
심지어 예외 처리를 하는 로직이 더 많다.

어떻게 하면 정상 흐름과 예외 흐름을 분리할 수 있을까?

지금과 같이 반환 값을 사용해서 예외 상황을 처리하는 방식으로는 해결할 수 없는 것은 확실하다.

이런 문제를 해결하기 위해 바로 예외 처리 메커니즘이 존재한다.
지금부터 본격적으로 자바 예외 처리에 대해 알아보자. 예외 처리를 사용하면 정상 흐름과 예외 흐름을 명확하게 분리할 수 있다.

자바의 예외 처리는 다음 키워드를 사용한다. try , catch , finally , throw , throws

Object : 자바에서 기본형을 제외한 모든 것은 객체다. 예외도 객체이다.
모든 객체의 최상위 부모는 Object이므로 예외의 최상위 부모도 Object 이다.

Throwable : 최상위 예외이다. 하위에 Exception 과 Error 가 있다.

Error : 메모리 부족이나 심각한 시스템 오류와 같이 애플리케이션에서 복구가 불가능한 시스템 예외이다. 애플리케이션 개발자는 이 예외를 잡으려고 해서는 안된다.

 

Exception : 체크 예외애플리케이션 로직에서 사용할 수 있는 실질적인 최상위 예외이다.

Exception 과 그 하위 예외는 모두 컴파일러가 체크하는 체크 예외이다. 단. RuntimeException 은 예외로 한다.

RuntimeException : 언체크 예외, 런타임 예외 컴파일러가 체크 하지 않는 언체크 예외이다.

RuntimeException 과 그 자식 예외는 모두 언체크 예외이다.

RuntimeException의 이름을 따라서 RuntimeException 과 그 하위 언체크 예외를 런타임 예외라 고 많이 부른다.
여기서도 앞으로는 런타임 예외로 종종 부르겠다.

 

 

• 체크 예외 vs 언체크 예외(런타임 예외) 체크 예외는 발생한 예외를 개발자가 명시적으로 처리해야 한다. 그렇지 않으면 컴파일 오류가 발생한다. 언체크 예외는 개발자가 발생한 예외를 명시적으로 처리하지 않아도 된다. 자세한 내용은 조금 뒤에서 코드로 알아보자.

컴파일 시점은 “요리 준비” 단계고, 실행 시점은 "실제 요리" 단계라고 생각하면 된다!
체크 예외는 요리 준비 단계에서 미리 확인할 수 있는 문제이다.
언체크 예외는 실제 요리를 하다가 발생할 수 있는 예상치 못한 문제라고 볼 수 있다.

컴파일러는 "요리 준비" 단계에서 강제로 중지해줄 수 있지만, 대부분의 현대 프로그래밍에서는 이런 엄격한 체크를 선호하지 않는다.

대신, 실행 시점의 예외 처리(언체크 예외)에 더 집중한다.
이는 "실제 요리" 중에 발생하는 다양한 문제를 유연하게 처리하는 방법이다.

• 주의 상속 관계에서 부모 타입은 자식을 담을 수 있다.
  
  이 개념이 예외 처리에도 적용되는데, 상위 예외를 catch 로 잡으면 그 하위 예외까지 함께 잡는다.
  
  따라서 애플리케이션 로직에서는 Throwable 예외를 잡으면 안된다. 앞서 이야기한 잡으면 안되는 Error 예외도 함께 잡을 수 있기 때문이다.
  
  애플리케이션 로직은 이런 이유로 Exception 부터 필요한 예외로 생각하고 잡으면 된다.

---

예외 기본 규칙

예외 처리 

1. Main은 Service를 호출한다
2. Service는 Client를 호출한다.
3. Client에서 예외가 발생했다.
4. Client에서 예외를 처리하지 못하고 밖으로 던진다. 여기서 Client의 밖은 Client를 호출한 Service를 뜻한다.
5. Service에 예외가 전달된다.Service에서 예외를 처리했다. 이후에는 애플리케이션 로직이 정상 흐름으로 동작한다.
6. 정상 흐름을 반환한다.

예외 던짐

 

• 예를 들어서 Exception을 catch로 잡으면 그 하위 예외들도 모두 잡을 수 있다.
• 예를 들어서 Exception을 throws로 던지면 그 하위 예외들도 모두 던질 수 있다.

1. 예외는 잡아서 처리하거나 밖으로 던져야 한다.

2. 예외를 잡거나 던질 때 지정한 예외뿐만 아니라 그 예외의 자식들도 함께 처리할 수 있다.

🤔 예외를 처리하지 못하고 계속 던지면 어떻게 될까?

• 자바 main() 밖으로 예외를 던지면 예외 로그를 출력하면서 시스템이 종료된다.

---

본격적으로 예외 처리에 대하여 알아보자!

체크 예외

/**
 *  Exception을 상속받은 예외는 체크 예외가 된다.
 */
public class MyCheckedException extends Exception{
    public MyCheckedException(String message) {
        super(message);
    }
}
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
public class Client {
    public void call() throws MyCheckedException{  //throws는 예외를 메서드 밖으로 던질 때

        //문제 상황
        throw new MyCheckedException("ex");  //예외도 객체이기 때문에 new로 생성하고 발생
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------------------------------

public class Service {
    Client client = new Client();

    /**
     * 예외를 잡아서 처리하는 코드
     */
    public void callCatch() {
        try {
            client.call();    // thow new MycheckedException("ex");
        } catch (MyCheckedException e) {
            //예외 처리 로직
            System.out.println("예외처리, message = " + e.getMessage()); 
        }
        System.out.println("정상 흐름");
    }


    /**
     * 체크 예외를 밖으로 던지는 코드
     * 쳬크 예외는 예외를 잡지 않고 밖으로 던지려면 throws 예외를 메서드에 필수로 선언해야한다.
     */
    public void cathThorw() throws MyCheckedException {
        client.call();
    }
}

 

Exception을 상속받으면 체크 예외가 된다.

RuntimeException을 상속받으면 언체크 예외가 된다. 자바 언어의 문법

하나를 택해야한다 !

• 예외를 내가 잡아서 처리해서 정상흐름으로 돌릴지.
• 예외를 잡지 않고 밖으로 던질지.

* 농구할 때 내가 과감히 던질지.. 남한테 떠넘길지… 같은 .... 죽음의 이지선다... (릅탄 돌리기)

public class CheckedCatchMain {
    public static void main(String[] args) {
        Service service = new Service();
        service.callCatch();
        System.out.println("정상 종료");
    }
}
실행 결과 

예외 처리, message=ex
정상 흐름
정상 종료

1. main() → service.callCatch() → client.call( [예외발생,던짐]
2. main() ← service.callCatch() [예외처리] ← client.call()
3. main() [정상흐름] ← service.callCatch() ← client.call()

 

 

 public class CheckedThrowMain {
public static void main(String[] args) throws MyCheckedException { Service service = new Service();
service.callThrow();
System.out.println("정상 종료");
} 
}
실행결과 :
// 예외가 main()밖으로 던져지면 예외 정보가 Stack Trace를 출력하고 프로그램 종료.
 Exception in thread "main" exception.basic.checked.MyCheckedException: ex
     at exception.basic.checked.Client.call(Client.java:5)
     at exception.basic.checked.Service.callThrow(Service.java:28)
     at exception.basic.checked.CheckedThrowMain.main(CheckedThrowMain.java:7)

• 체크 예외를 밖으로 던지지 않으면 컴파일 오류 발생

 public void callThrow() {  thorws Exception or try ~ catch 블록으로 잡기
     client.call();  //컴파일 오류 
}

throws 를 지정하지 않으면 컴파일 오류가 발생한다. java: unreported exception exception.basic.checked.MyCheckedException; must be caught or declared to be thrown

client.call()을 보면 throws MyCheckedException가 선언되어 있다.

따라서 client.call()을 호출하는 쪽에서 예외를 잡아서 처리하든, 던지든 선택해야 한다.

참고로MyCheckedException는 체크 예외이다.

체크 예외는 잡아서 직접 처리하거나 또는 밖으로 던지거나 둘중 하나를 개발자가 직접 명시적으로 처리해야한다.

체크 예외는 try ~ catch 로 잡아서 처리하거나 또는 throws 를 지정해서 예외를 밖으로 던진다는 선언을 필수로 해주어야 한다.

• 참고로 체크 예외를 밖으로 던지는 경우에도 해당 타입과 그 하위 타입을 모두 던질 수 있다

• 체크 예외의 장단점 체크 예외는 예외를 잡아서 처리할 수 없을 때, 예외를 밖으로 던지는 throws 예외를 필수로 선언해야 한다.
  
  그렇지않으면 컴파일 오류가 발생한다. 이것 때문에 장점과 단점이 동시에 존재한다.
  
  
• 장점: 개발자가 실수로 예외를 누락하지 않도록 컴파일러를 통해 문제를 잡아주는 훌륭한 안전 장치이다.
  이를 통해 개발자는 어떤 체크 예외가 발생하는지 쉽게 파악할 수 있다.
  
  
• 단점: 하지만 실제로는 개발자가 모든 체크 예외를 반드시 잡거나 던지도록 처리해야 하기 때문에, 너무 번거로운일이 된다.
  크게 신경쓰고 싶지 않은 예외까지 모두 챙겨야 한다.

 

체크 예외는 잡아서 직접 처리하거나 또는 밖으로 던지거나 둘 중 하나를 개발자가 직접 명시적으로 처리해야한다.
그렇지 않으면 컴파일 오류가 발생한다.

---

언체크 예외

RuntimeException 과 그 하위 예외는 언체크 예외로 분류된다.

언체크 예외는 말 그대로 컴파일러가 예외를 체크하지 않는다는 뜻이다. 언체크 예외는 체크 예외와 기본적으로 동일하다. 차이가 있다면 예외를 던지는 throws를 선언하지 않고, 생략 할 수 있다. 생략한 경우 자동으로 예외를 던진다.

• 체크 예외 VS 언체크 예외 체크 예외: 예외를 잡아서 처리하지 않으면 항상 throws 키워드를 사용해서 던지는 예외를 선언해야 한다. 언체크 예외: 예외를 잡아서 처리하지 않아도 throws 키워드를 생략할 수 있다.

/**
 * RuntimeException을 상속받은 예외는 언체크 예외가 된다. */
public class MyUncheckedException extends RuntimeException {
    public MyUncheckedException(String message) {
        super(message);
    }
}

------------------------------------------------------------------------------
public class Client {
    public void call() {
        throw new MyUncheckedException("ex");
    }
}


-------------------------------------------------------------------------------------------

/**
 * UnChecked 예외는
 * 예외를 잡거나, 던지지 않아도 된다.
 * 예외를 잡지 않으면 자동으로 밖으로 던진다. */
public class Service {

    Client client = new Client();
    /**
     * 필요한 경우 예외를 잡아서 처리하면 된다. */

    public void callCatch() {
        try {
            client.call();
        } catch (MyUncheckedException e) {

            //예외 처리 로직
            System.out.println("예외 처리, message=" + e.getMessage()); }
        System.out.println("정상 로직"); }
    /**
     * 예외를 잡지 않아도 된다. 자연스럽게 상위로 넘어간다.
     * 체크 예외와 다르게 throws 예외 선언을 하지 않아도 된다. */
    public void callThrow() {
        client.call();
    }
}

-------------------------------------------------------------------------------------------
public class UncheckedCatchMain {
    public static void main(String[] args) {
        Service service = new Service();
        service.callCatch();
        System.out.println("정상 종료");
    }
}

public class UncheckedThrowMain {
    public static void main(String[] args) {
        Service service = new Service();
        service.callThrow();     // main 밖으로 나와 시스템 중지
        System.out.println("정상 종료");   //시스템이 중지 됐기 때문에 실행 되지 않음
    }
}

 

• 언체크 예외의 장단점
  
  언체크예외는 예외를 잡아서 처리 할 수 없을때,예외를밖으로던지는 throws 예외를생략할수있다. 이
  것때문에장점과 단점이 동시에 존재한다.
  
  
• 장점: 신경쓰고 싶지 않은 언체크 예외를 무시할 수 있다.
  체크 예외의 경우 처리할 수 없는 예외를 밖으로 던지려면 항상 throws 예외 를 선언해야 한다.
  언체크 예외는 이 부분을 생략할 수 있다.
  
  
• 단점: 언체크 예외는 개발자가 실수로 예외를 누락할 수 있다. 반면에 체크 예외는 컴파일러를 통해 예외 누락을잡아준다.
  
  

체크 예외와 언체크 예외의 차이는 예외를 처리할 수 없을 때 예외를 밖으로 던지는 부분에 있다.
이 부분을 필수로 선언해야 하는가 생략할 수 있는가의 차이다.