Spring 中的异常处理

工作中遇到这样的同事，问他活干完吗，他说开发好了，结果测试时发现各种异常情况未处理，联调测试时各种未知错误，最后联调完成比他预期的两倍工作量还多。这样的开发如果是新人还可以原谅，如果有工作经验且出现多次这样的情况，就需改进了。

为了保证程序的健壮性和便于快速定位请求出现的异常问题，我们必须为程序提供统一的异常处理方式，一个合格的程序员在开发时就要有异常处理意识，并能熟练使用自己常用语言框架的异常处理机制。

Spring 框架的异常处理提供了许多种方式，在 Spring 3.2 之前主要有两种处理方式：扩展 HandlerExceptionResolver 和使用注解 @ExceptionHandler，Spring 3.2 之后提供了更丰富的处理方式。

HandlerExceptionResolver 扩展

HandlerExceptionResolver 是一个处理 Web 程序发生异常时的接口，接口方法如下：

@Nullable
ModelAndView resolveException(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, @Nullable Object handler, Exception ex);

从返回值类型 ModelAndView 可以看出，这个属于 Spring MVC 框架中的接口，实现此方法就可以对捕获的异常进行解析处理，然后根据自身需要返回 ModelAndView 对象，以 JSON 数据或者页面形式响应客户端请求。

首先来看下 HandlerExceptionResolver 类层次体系，Spring 提供了 4 个实现类，下面根据这些类做了简单的描述。

HandlerExceptionResolver	描述
`SimpleMappingExceptionResolver`	映射异常类到指定视图，一般用于展现异常发生时的错误页面
`DefaultHandlerExceptionResolver`	`HandlerExceptionResolver` 的默认实现，处理 Spring MVC 异常
`ResponseStatusExceptionResolver`	处理带有 `@ResponseStatus` 注解的异常，将注解上对应的值转换为 HTTP 状态码，一般放于自定义的异常类上
`ExceptionHandlerExceptionResolver`	处理带有 `@ExceptionHandler`注解的异常

当我们需要实现自定义的 HandlerExceptionResolver时，只要通过继承它的抽象类 AbstractHandlerExceptionResolver，覆写 doResolveException方法就可以了。

下方的示例代码处理了程序中发生的 IllegalArgumentException 异常时的情况，并通过 MappingJackson2JsonView 对象返回客户端一个 JSON 数据对象。如果不是 IllegalArgumentException异常，返回 null 表示让其他异常处理器进行处理，这里由于异常处理链机制，如果不处理异常，就会由 Web 容器将异常返回给客户端。

@Component
public class RestResponseStatusExceptionResolver extends AbstractHandlerExceptionResolver {

    @Override
    protected ModelAndView doResolveException(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) {
        try {
            if (ex instanceof IllegalArgumentException) {
                ModelAndView modelAndView = new ModelAndView();
                Map<String, String> maps = new HashMap<>();
                maps.put("code", "400");
                maps.put("message", ex.getClass().getName());
                maps.put("data", null);
                MappingJackson2JsonView mappingJackson2JsonView = new MappingJackson2JsonView();
                mappingJackson2JsonView.setAttributesMap(maps);
                modelAndView.setView(mappingJackson2JsonView);
                return modelAndView;
            }
        } catch (Exception handlerException) {
            logger.warn("Handling of [" + ex.getClass().getName() + "] resulted in Exception", handlerException);
        }
        return null;
    }

}

我们使用 Postman 工具模拟请求项目的 API 接口 /exception1 来导致异常的触发，正常可以看到如下效果：

@ExceptionHandler

接下来我们看下 @ExceptionHandler 的用法，这个注解通常定义在某个控制器下的方法里，表明处理该控制器出现的指定异常, 如下代码所示：

@RestController
public class RestApiController {
    //...

    @ExceptionHandler({IllegalStateException.class})
    public ModelAndView handleIllegalStateException(IllegalStateException ex) {
        System.out.println("非法状态异常出现,需要处理 " + ex.getMessage());
        ModelAndView modelAndView = new ModelAndView();
        Map<String, String> maps = new HashMap<>();
        maps.put("data", null);
        maps.put("message", ex.getClass().getName());
        maps.put("code", "400");
        MappingJackson2JsonView mappingJackson2JsonView = new MappingJackson2JsonView();
        mappingJackson2JsonView.setAttributesMap(maps);
        modelAndView.setView(mappingJackson2JsonView);
        return modelAndView;
    }
}

@ExceptionHandler 可以设置多个需要捕获处理的异常类型，也可以不填默认为所有异常类,更多信息可以查看 mvc-ann-exceptionhandler

然后使用 Postman 工具模拟请求项目的 API 接口 /exception2 来触发异常，看下响应数据：

这样方式使用 @ExceptionHandler 存在一个缺陷，就是只会针对当前控制器下的异常处理，若需要实现全局控制器的异常处理，还需要配合注解 @ControllerAdvice 一起使用，接下来就介绍这个处理方式。

@ControllerAdvice

Spring 3.2 引入了一种新注解 @ControllerAdvice，用于将所有控制器中异常的处理放在一处进行，将指定一个类作为全局异常处理器，用 @ExceptionHandler 注解标注的方法去处理异常，具体示例代码如下：

@ControllerAdvice
public class NormalExceptionHandler {
    @ExceptionHandler()
    public ResponseEntity handleException(Exception e) {
        System.out.println("NormalExceptionHandler handle exception");
        return ResponseEntity.ok(new Result<>(400, e.getMessage(), null));
    }
}

代码中的 Result 对象只是一个数据传输对象 (DTO)，便于返回客户端统一格式的数据。

再来看下使用 Postman 工具模拟请求 API 接口 /exception3 响应的数据，见下图。

还有一个注解 @RestControllerAdvice 跟 @ControllerAdvice 很相似，其实就是 @ControllerAdvice 与 @ResponseBody注解的组合，效果就是异常处理方法返回的对象，直接就会被序列化成 JSON 数据给客户端，使用方式如下：

@RestControllerAdvice
public class RestExceptionHandler {
    @ExceptionHandler({ArithmeticException.class})
    public Result handlerException(Exception e) {
        return new Result<>(400, e.getMessage(), null);
    }
}

这个注解是在 Spring 4.3 版本引入的，主要就是便于针对 REST 请求异常时直接返回 JSON 格式的数据，而不使用 ResponseEntity 对象方式传递数据。

@ControllerAdvice 默认拦截所有控制器中发生的异常，当然也可以限定范围，限定方式有限定注解，包名等，具体示例如下：

// Target all Controllers annotated with @RestController
@ControllerAdvice(annotations = RestController.class)
public class ExampleAdvice1 {}

// Target all Controllers within specific packages
@ControllerAdvice("org.example.controllers")
public class ExampleAdvice2 {}

// Target all Controllers assignable to specific classes
@ControllerAdvice(assignableTypes = {ControllerInterface.class, AbstractController.class})
public class ExampleAdvice3 {}

对于全局 @ExceptionHandler 方法处理的描述，官方文档还有额外的备注如下：

Global @ExceptionHandler methods (from a @ControllerAdvice) are applied after local ones (from the @Controller).

这表明了异常处理也存在优先级，先交给当前控制器内的 @ExceptionHandler方法处理，若未处理再由全局的@ExceptionHandler 方法处理。

ResponseEntityExceptionHandler 扩展

ResponseEntityExceptionHandler 类是主要针对 Spring MVC 所抛出异常的处理类，比如 405 请求，400 请求等，都默认由 ResponseEntityExceptionHandler处理，我们可以过继承这个类覆写它的方法，来实现特定请求异常的处理。比如下面代码实现对 405 请求异常的响应处理。

@@ControllerAdvice
public class CustomWebResponseEntityExceptionHandler extends ResponseEntityExceptionHandler {
    @Override
    protected ResponseEntity<Object> handleHttpRequestMethodNotSupported(HttpRequestMethodNotSupportedException ex, HttpHeaders headers, HttpStatus status, WebRequest request) {
        switch (status) {
            case METHOD_NOT_ALLOWED:
                return getMethodNotAllowedResponse(request);
            default:
                return ResponseEntity.ok(new Result<>(status.value(), status.getReasonPhrase(), null));
        }
    }

    public ResponseEntity getMethodNotAllowedResponse(WebRequest request) {
        String uri = "";
        if (request instanceof ServletWebRequest) {
            uri = ((ServletWebRequest) request).getRequest().getRequestURI();
        }
        Result<Object> result = new Result<>();
        result.setCode(HttpStatus.METHOD_NOT_ALLOWED.value());
        result.setMessage(uri + " 请求方式不正确");
        return ResponseEntity.ok(result);
    }
}

通过这样的方式，我们尝试发送 GET 请求给 API 接口/hello,会有如下返回信息：

当时 ResponseEntityExceptionHandler 也存在局限性，目前支持的 SpringMVC 标准异常只有下面 15 种异常类型:

HttpRequestMethodNotSupportedException
HttpMediaTypeNotSupportedException
HttpMediaTypeNotAcceptableException
MissingPathVariableException
MissingServletRequestParameterException
ServletRequestBindingException
ConversionNotSupportedException
TypeMismatchException
HttpMessageNotReadableException
HttpMessageNotWritableException
MethodArgumentNotValidException
MissingServletRequestPartException
BindException
NoHandlerFoundException
AsyncRequestTimeoutException

ResponseStatusException

ResponseStatusException类是在 Spring 5.0 引入，关联 HTTP 状态码和可选的原因，我们直接就可以在请求方法中构建这个异常对象进行返回，使用起来十分简单：

@GetMapping("/exception4")
public ResponseEntity<String> exception4(String param) {
    throw new ResponseStatusException(HttpStatus.NOT_FOUND, "资源未找到");
}

使用这种方式虽然能直接返回响应码和具体原因，但是没有统一处理异常的效果，通常配合 @ControllerAdvice 一起组合使用。

Spring Boot ErrorController

ErrorController 是 Spring Boot 2.0 引入接口，基于此的实现类 org.springframework.boot.autoconfigure.web.servlet.error.BasicErrorController 为我们提供了一种通用的方式进行错误处理, 下面是这个实现类的关键方法：

@RequestMapping(produces = MediaType.TEXT_HTML_VALUE)
public ModelAndView errorHtml(HttpServletRequest request,
        HttpServletResponse response) {
    HttpStatus status = getStatus(request);
    Map<String, Object> model = Collections.unmodifiableMap(getErrorAttributes(
            request, isIncludeStackTrace(request, MediaType.TEXT_HTML)));
    response.setStatus(status.value());
    ModelAndView modelAndView = resolveErrorView(request, response, status, model);
    return (modelAndView != null) ? modelAndView : new ModelAndView("error", model);
}

@RequestMapping
public ResponseEntity<Map<String, Object>> error(HttpServletRequest request) {
    Map<String, Object> body = getErrorAttributes(request,
            isIncludeStackTrace(request, MediaType.ALL));
    HttpStatus status = getStatus(request);
    return new ResponseEntity<>(body, status);
}

可以从这两个方法看出针对错误请求，BasicErrorController 提供了两种数据形式的返回，一种是 HTML 页面，一种是 JSON 数据；如果我们直接使用浏览器访问接口的话见到的就是 errorHtml方法返回的 HTML 页面数据，它们的区别就在于请求时 Header 里 Accept 值的不同。

另外，Spring Boot 提供统一错误信息处理，是允许关闭的，只要在配置文件 application.properties 设置 server.error.whitelabel.enabled 为 false即可。

server.error.whitelabel.enabled=false

当然我们也可以基于此进行扩展，比如实现一个自定义的错误控制器，继承 BasicErrorController,编写自己的错误展示逻辑和内容，比如下面代码：

@Component
public class CustomErrorController extends BasicErrorController {

    public CustomErrorController(ErrorAttributes errorAttributes) {
        super(errorAttributes, new ErrorProperties());
    }

    @RequestMapping(produces = MediaType.APPLICATION_XML_VALUE)
    public ResponseEntity<Map<String, Object>> xmlError(HttpServletRequest request, HttpStatus status) {
        Map<String, Object> map = new HashMap<>();
        map.put("code", status.value());
        map.put("message", status.getReasonPhrase());
        return ResponseEntity.ok(map);
    }
}

实现的 CustomErrorController 针对请求时 Aceept 为 application/xml的发生的异常都统一以 XML 格式进行返回，如图：

注意: Spring Boot 默认不支持数据进行 XML 格式的转换，POM 文件需要额外添加依赖库：
<dependency>
      <groupId>com.fasterxml.jackson.dataformat</groupId>
      <artifactId>jackson-dataformat-xml</artifactId>
</dependency>