예외와 예외 클래스

요약

프로그램이 돌다가 만나는 사고는 두 가지다. 하나는 기계의 기억 공간이 바닥나는 것처럼 프로그램이 손쓸 수 없는 사고이고, 다른 하나는 잘못 쓰거나 잘못 짜서 생기는, 미리 대비해 두면 수습하고 계속 갈 수 있는 사고다. 수습할 수 있는 사고는 다시 둘로 나뉜다. 대비하는 코드가 없으면 번역 자체를 안 해 주는 것과, 대비하지 않아도 번역은 해 주는 것이다. 대비하지 않은 사고가 실제로 터지면 프로그램은 그 자리에서 끝난다.

예시로 보기

사고에 대비하지 않으면 어떻게 되는지부터 본다. 문자열의 길이를 찍는 메서드에 문자열 대신 null을 넘긴다.

public static void printLength(String data) {
    int result = data.length();
    System.out.println("length: " + result);
}

public static void main(String[] args) {
    System.out.println("[Program start]");
    printLength("Hello World");
    printLength(null);
    System.out.println("[Program end]");
}

[Program start]
length: 11
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "<parameter1>" is null
	at E7.printLength(E7.java:3)
	at E7.main(E7.java:9)

[Program end]가 찍히지 않았다. 두 번째 printLength에서 사고가 나자 프로그램이 거기서 끝났다. 그런데 이 코드는 번역이 됐다. 번역기는 이 사고에 대비했는지 따지지 않았다¹.

이번에는 이름으로 클래스를 찾는 Class.forName을 그냥 불러 본다.

public static void main(String[] args) {
    Class.forName("java.lang.String");
}

error: unreported exception ClassNotFoundException; must be caught or declared to be thrown

이번에는 번역부터 막혔다. "java.lang.String"은 실제로 있는 클래스라서 사고가 날 리 없는데도 그렇다. 번역기는 “사고가 날 수 있는 메서드를 불렀는데 대비가 없다”는 것만 본다¹. 두 사고의 종류가 다르다.

정의

예외(exception)는 잘못 쓰거나 잘못 짜서 생기는 오류다. 에러(error)는 기계의 자원이 바닥나는 것 같은 심각한 문제로 프로그램이 정상으로 계속 돌 수 없는 상황이다. OutOfMemoryError(기억 공간이 모자람), StackOverflowError(메서드 호출이 너무 깊이 쌓임)가 에러다. 에러와 달리 예외는 처리해서 프로그램을 계속 돌게 할 수 있다.

예외는 다시 둘로 나뉜다.

종류	번역기가 처리 코드를 검사하는가	예
일반 예외(checked exception)	검사한다. 없으면 번역하지 않는다	`ClassNotFoundException`, `InterruptedException`
실행 예외(runtime exception)	검사하지 않는다	`NullPointerException`, `ArrayIndexOutOfBoundsException`, `NumberFormatException`

자바는 사고 하나하나를 객체로 만든다. 그 객체의 클래스들이 상속 관계로 이어져 있고, 어느 가지에 달렸는지가 종류를 정한다.

flowchart TD
    T["Throwable"] --> EX["Exception"]
    T --> ER["Error"]
    ER --> OOM["OutOfMemoryError"]
    ER --> SOE["StackOverflowError"]
    EX --> CNF["ClassNotFoundException"]
    EX --> INT["InterruptedException"]
    EX --> RT["RuntimeException"]
    RT --> NPE["NullPointerException"]
    RT --> AIO["ArrayIndexOutOfBoundsException"]
    RT --> NFE["NumberFormatException"]

화살표는 부모에서 자식으로 간다. 읽는 법은 하나다.

RuntimeException과 그 자손이면 실행 예외다.
Exception의 자손인데 RuntimeException 가지에 달리지 않았으면 일반 예외다.
Error 가지는 예외가 아니다.

RuntimeException도 Exception의 자식이다. 그러니 “Exception의 자손”만으로는 일반 예외인지 알 수 없다. RuntimeException 가지인지를 꼭 따로 본다.

검증: 그림의 부모·자식 관계 14개, 위 null 예제에서 [Program end]가 찍히지 않는 것, StackOverflowError가 catch (Exception e)에 걸리지 않는 것, 아래 Class.forName 예제의 출력 — 34_java-exception_impl.java

일반 예외를 처리한 예다. 앞의 것은 있는 클래스, 뒤의 것은 없는 클래스를 찾는다.

try {
    Class.forName("java.lang.String");
    System.out.println("There is a String class.");
} catch (ClassNotFoundException e) {
    System.out.println("There is no String class.");
}

System.out.println();

try {
    Class.forName("java.lang.String2");
    System.out.println("There is a String2 class.");
} catch (ClassNotFoundException e) {
    System.out.println("There is no String2 class.");
}

There is a String class.

There is no String2 class.

try와 catch가 어떻게 도는지는 try-catch-finally에서 다룬다.

활용

흔히 만나는 실행 예외와 원인².

실행 예외	이럴 때 난다	관련 문서
`NullPointerException`	`null`이 든 변수로 메서드나 필드를 쓸 때	참조 비교와 null
`ArrayIndexOutOfBoundsException`	배열에 없는 칸 번호를 쓸 때	배열
`NumberFormatException`	`Integer.parseInt("1oo")`처럼 숫자가 아닌 글자를 숫자로 바꿀 때	타입 변환
`ClassCastException`	실제 객체와 맞지 않는 타입으로 강제 변환할 때	참조 타입 변환과 instanceof

오류 화면의 첫 줄은 “예외 클래스 이름: 메시지”이고, 그 아래 at … 줄들은 사고가 난 자리에서 main까지 거슬러 올라가는 호출 순서다. 맨 위 at 줄이 사고가 난 줄이다.
에러는 잡으려고 하지 않는다. catch (Exception e)로는 StackOverflowError가 잡히지도 않는다. Error는 Exception의 자손이 아니기 때문이다.

연결

선수: 상속. 예외의 종류는 클래스의 부모·자식 관계로 정해진다.
처리하는 법: try-catch-finally. 부른 쪽에 넘기는 법: 예외 던지기. 새 예외를 만드는 법: 사용자 정의 예외

확인 문제

C1 에러와 예외의 차이, 일반 예외와 실행 예외의 차이를 각각 한 문장으로 쓰라.

답: 에러는 자원 고갈처럼 프로그램이 수습할 수 없는 심각한 문제이고, 예외는 잘못 쓰거나 잘못 짜서 생기며 처리하면 계속 돌 수 있다. 일반 예외는 번역기가 처리 코드가 있는지 검사하고, 실행 예외는 검사하지 않는다.
이유: “실행 예외는 실행 중에 나고 일반 예외는 번역 중에 난다”고 쓰면 틀린다. 둘 다 실행 중에 난다. 번역 때 달라지는 것은 처리 코드를 검사하느냐뿐이다.

C2 main 안에 try도 throws도 없이 아래 네 줄을 쓴다. 번역 오류가 나는 줄을 모두 고르라. ① int a = Integer.parseInt("12"); ② int[] arr = new int[2]; arr[5] = 1; ③ Thread.sleep(10); ④ Class.forName("java.lang.String");

답: ③과 ④다.
이유: ③은 InterruptedException, ④는 ClassNotFoundException을 낼 수 있고 둘 다 일반 예외라서 처리 코드가 없으면 번역하지 않는다. ①이 낼 수 있는 NumberFormatException과 ②의 ArrayIndexOutOfBoundsException은 실행 예외라 번역된다. ②는 실행하면 반드시 터지는데도 번역은 된다. ④는 실행하면 터질 리 없는데도 번역이 안 된다.

C3 NumberFormatException의 부모를 따라 올라가면 IllegalArgumentException → RuntimeException → Exception → Throwable이다. 이것은 일반 예외인가 실행 예외인가? Exception의 자손인데 왜 그렇게 답하는가?

답: 실행 예외다. 조상 가운데 RuntimeException이 있기 때문이다.
이유: 일반 예외는 “Exception의 자손 가운데 RuntimeException 가지에 달리지 않은 것”이다. RuntimeException 자신이 Exception의 자식이므로 실행 예외도 모두 Exception의 자손이다. Exception의 자손인지만 보면 둘을 가를 수 없다.

JDK 21에서 직접 실행해 확인했다. 오류 화면의 E7은 실험에 쓴 클래스 이름이다. 메시지의 "<parameter1>" 자리는 javac -g로 번역하면 변수 이름 "data"로 나온다(직접 확인). ↩ ↩²
클래스 계층은 검증 코드로, C2의 번역 오류 두 건은 JDK 21 javac로 확인했다. ↩