1. diel - Výnimky v Jave

V tejto sekcii sa budeme venovať práci so súbormi. Než však môžeme začať zapisovať a čítať, mali by sme vyriešiť, ako ošetriť chybové stavy programu, ktorých pri práci so súbormi bude nastávať veľa.

V našom programe môže často dôjsť k chybe. Tým nemyslím chybe z dôvodu, že bol program funkčne zle napísaný, takýchto chýb sa sme schopní dobre vyvarovať. Všeobecne sa jedná najmä o chyby, ktoré zapríčinili tzv. Vstupno / výstupné operácie. V anglickej literatúre sa hovorí o input / output alebo skrátene o IO. Jedná sa napr. O vstup používateľa z konzoly, zo súboru, výstup do súboru, na tlačiareň a podobne. V zásade platí, že tu figuruje užívateľ, ktorý nám môže zadať nezmyselný vstup, neexistujúce alebo nevalidný súbor, odpojiť tlačiareň a podobne. My však nenecháme program spadnúť s chybou, naopak budeme zraniteľné miesta v programe ošetrovať a na danú skutočnosť užívateľa upozorníme.

Aktívny ošetrenie chýb

Prvá možnosť ošetrenia chýb nazývame ako aktívny. V programe nájdeme všetky zraniteľné miesta a ošetríme je podmienkami. Ako učebnicový príklad sa spravidla používa delenie nulou. Predstavme si program, ktorý používa triedu Matematika, ktorá má metódu podiel (). Trieda by mohla vyzerať napr. Nasledovne:

class Matematika
{

    public static int podil(int a, int b)
    {
        return a / b;
    }

    ...
}

Teraz triedu použijeme takýmto spôsobom:

System.out.println("Zadejte dělitele a dělence k výpočtu podílu:");
int a = Integer.parseInt(sc.nextLine());
int b = Integer.parseInt(sc.nextLine());
System.out.println(Matematika.podil(a, b));

Ak teraz programu užívateľ zadá čísla 12 a 0, program spadne s chybou, pretože nulou nemožno deliť. Aktívne chybu ošetríme jednoduchú podmienkou v programe:

System.out.println("Zadejte dělitele a dělence k výpočtu podílu:");
int a = Integer.parseInt(sc.nextLine());
int b = Integer.parseInt(sc.nextLine());
if (b != 0)
    System.out.println(Matematika.podil(a, b));
else
    System.out.println("Nulou nelze dělit.");

Teraz si musíme pri každom použití metódy teda strážiť, či do druhého parametru nevkladáme nulu. Predstavte si, že by metóda brala parametrov 10 a používali sme ju v programe niekoľkokrát. Určite je veľmi zložité takto ošetrovať všetky vstupy vo všetkých prípadoch.

Riešením by mohlo byť vložiť kontrolu priamo do metódy. Máme tu však nový problém: Akú hodnotu vrátime, keď bude 2. parameter nulový? Potrebujeme hodnotu, z ktorej spoznáme, že výpočet neprebehol korektne. To je však problém, keď zvolíme napr. Nulu, nespoznáme, či 0/12 je chybný výpočet alebo nie. Nevieme, či 0 značí výsledok alebo chybu. Ani zápornými číslami si nepomôžeme. Mohli by sme použiť nullovatelný typ Integer, ale ide to aj jednoduchšie a správnejšie. Parsovanie hodnôt je 2. klasický príklad zraniteľného vstupu od užívateľa. Ďalšie sú súborové operácie, kde súbor nemusí existovať, nemusíme naň mať práva, môže s ním byť práve pracované a podobne.

Pasívne ošetrenie chýb

Keď je operácia zložitejšie a bolo by príliš náročné ošetrovať všetky možné chybové stavy, nastupujú výnimky, tzv. Pasívne ošetrenie chýb. Nás totiž vôbec nemusí zaujímať vnútorná logika v metóde, ktorú voláme. Pokúsime sa nebezpečnú časť kódu spustiť v "chránenom režime". Tento režim je nepatrne pomalšie a líšia sa tým, že ak dôjde k chybe, máme možnosť ju odchytiť a zabrániť pádu programu. O chybe tu hovoríme ako o výnimke. Využívame k tomu tzv. Try-catch bloky:

try
{
}
catch (Exception e)
{
}

Do bloku try umiestnime nebezpečnú časť kódu. Ak nastane v bloku try chyba, jeho vykonávanie sa preruší a program prejde do bloku catch. Ak všetko prebehne v poriadku, try sa vykoná celý a catch sa preskočí. Vyskúšajme si situáciu na našom predchádzajúcom príklade:

try
{
    System.out.println(Matematika.podil(a, b));
}
catch (Exception e)
{
    System.out.println("Při dělení nastala chyba.");
}

Kód je jednoduchšie v tom, že nemusíme ošetrovať všetky zraniteľné miesta a premýšľať, čo všetko by sa mohlo pokaziť. Nebezpečný kód iba obalíme blokom try a všetky chyby sa zachytí v catch. Samozrejme do try-catch bloku umiestnime len to nevyhnutne potrebné, nie celý program

Teraz teda už vieme, ako ošetriť situácie, kedy užívateľ zadáva nejaký vstup, ktorý by mohol vyvolať chybu. Nemusí sa jednať len o súborové operácie, výnimky majú veľmi širokú oblasť použitia. Dokážeme náš program napísať tak, aby sa nedal jednoducho užívateľom zhodiť.

V minulosti sme už bloky try a catch použili niekoľkokrát, bolo to najmä u parsovanie dátumu a času.

Použitie výnimiek pri práci so súbormi

Ako už bolo povedané, súborové operácie môžu vyvolať mnoho výnimiek, preto sa súbory vždy pracujeme v try-catch bloku. Existuje aj niekoľko ďalších konštrukcií, ktoré pri výnimkách môžeme využívať.

Finally

Do try-catch bloku môžeme pridať ešte 3. blok a to finally. Ten sa spustí vždy nech k výnimke došlo alebo nie. Predstavte si nasledujúcu metódu pre uloženie nastavení. Metódy pre obsluhu súboru budú vymyslené:

public void ulozNastaveni()
{
    try
    {
        otevriSoubor("soubor.dat");
        zapisDoSouboru(nastaveni);
    }
    catch (Exception e)
    {
        System.out.println("Chyba při zápisu do souboru.");
    }
    if (souborJeOtevreny())
        zavriSoubor();
}

Metóda sa súbor pokúsi otvoriť a zapísať do neho objekt nastavení. Pri chybe vypíše hlášku do konzoly. Otvorený súbor musíme opäť uzavrieť. Vypisovať chyby priamo v metóde je však škaredé, to napokon už vieme, metódy a objekty vo všeobecnosti by mali vykonávať len logiku a komunikáciu s užívateľom obstaráva ten, kto je volá. Dajme teda metóde návratovú hodnotu boolean a vracajte true / false podľa toho, či sa operácia podarila alebo nie:

public boolean ulozNastaveni()
{
    try
    {
        otevriSoubor();
        zapisDoSouboru();
        return true;
    }
    catch (Exception e)
    {
        return false;
    }
    if (souborJeOtevreny())
        zavriSoubor();
}

Na prvý pohľad to vyzerá, že sa súbor vždy uzavrie. Celý kód je však v nejakej metóde, v ktorej voláme return. Ako vieme, return ukončí metódu a nič za ním sa už nevykoná.

Súbor by tu vždy zostal otvorený a uzavretie by sa už nevykonalo. Ako následok by to mohlo mať, že by bol potom súbor neprístupný. Ak vložíme zatvorenie súboru do bloku finally, vykoná sa vždy. Java si pamätá, že blok try-catch obsahoval finally a po opustení sekcie catch zavolá finally:

public boolean ulozNastaveni()
{
    try
    {
        otevriSoubor();
        zapisDoSouboru();
        return true;
    }
    catch (Exception e)
    {
        return false;
    }
    finally
    {
        if (souborJeOtevreny())
            zavriSoubor();
    }
}

Finally sa teda používa u výnimiek na upratovacie práce, dochádza tu k zatváranie súborov, uvoľňovanie pamäte a podobne.

Pre každý typ súborov poskytuje Java triedu zapisovača a čítacie (writer a reader). Metóda pre uloženie napr. Nastavenie by v Jave reálne vyzerala asi takto:

public boolean ulozNastaveni()
{
    ZapisovacSouboru z = null;
    try
    {
        z = new ZapisovacSouboru("soubor.dat");
        z.zapis(objekt);
        return true;
    }
    catch (Exception e)
    {
        return false;
    }
    finally
    {
        if (z != null)
            z.zavri();
    }
}

Takto sa naozaj reálne so súbormi pracuje, iba triedu som si vymyslel. Do inštancie zapisovača umiestnime najprv null. Potom, už v bloku try, skúsime vytvoriť zapisovač na súbore soubor.dat a zapísať nejaký objekt. Ak sa všetko podarí, vrátime true (samozrejme sa potom ešte zavolá blok finally). Operácia môže zlyhať z dvoch dôvodov. Buď sa do súboru nepodarí zapísať alebo sa nám súbor pre zápis ani nepodarí otvoriť. Výnimku v každom prípade zachytíme a vrátime false, z čoho sa potom spozná, že sa metóde uloženie nepodarilo. Blok finally zavrie súbor, ktorý zapisovač otvoril. Keďže sa ale otvorenie nemuselo podariť, musíme sa najprv pozrieť, či sa zapisovač vôbec vytvoril, aby sme mali čo zatvárať. Metódu by sme volali napr. Nasledovne:

if (!ulozNastaveni())
    System.out.println("Nepodařilo se uložit nastavení.");

Blok catch môžeme vynechať a nechať metódu, aby výnimku pokojne vyvolala. Budeme počítať s tým, že sa s výnimkou vysporiada ten, kto metódu zavolal, nie metóda sama. Je to tak lepšie, ušetríme návratovú hodnotu metódy (ktorú možno potom použiť na niečo iné) a kód sa nám zjednoduší:

public void ulozNastaveni() throws Exception
{
    ZapisovacSouboru z = null;
    try
    {
        z = new ZapisovacSouboru("soubor.dat");
        z.zapis(objekt);
    }
    finally
    {
        if (z != null)
            z.zavri();
    }
}

Všimnite si, že sme k hlavičke metódy pridali throws Exception. Tým Jave hovoríme, že vyvoláva výnimku a vďaka tomu nám prestane Hubová za chýbajúce catch blok. Metódu by sme teraz volali nasledovne:

try
{
    ulozNastaveni();
}
catch (Exception e)
{
    System.out.println("Nepodařilo se uložit nastavení.");
}

Teraz si ukážeme, ako celú situáciu ešte viac zjednodušiť. Použijeme konštrukciu try-with-resources.

Try-with-resources

Java (od verzie 7) umožňuje značne zjednodušiť prácu s inštanciami tried na čítanie a zápis do súborov. Vyššie uvedený blok môžeme zapísať pomocou notácie try-with-resources, ktorá nahrádza bloky try a finally. Obrovskou výhodou je, že blok finally Java vygeneruje sama a sama zabezpečí, aby daná inštancia readeru alebo writerov súbor uzavrela. Metóda ulozNastaveni () by teda vyzerala s pomocou try-with-resources takto:

public void ulozNastaveni() throws Exception
{
    try (ZapisovacSouboru z = new ZapisovacSouboru("soubor.dat"))
    {
        z.zapis(objekt);
    }
}

Vidíme, že sa kód extrémne zjednodušil, aj keď robí v podstate to isté. Pri volaní metódy opäť použijeme try-catch blok. Nezabudnite, že try-with-resources nahrádza iba try-finally, nie catch!. Metódu, v ktorej sa používa v try-with-resources, musíme rovnako volať v try-catch bloku.

Teraz sme dospeli presne tam, kam som chcel. K všetkým manipuláciám so súbormi totiž budeme v nasledujúcich tutoriáloch používať konštrukciu try-with-resources. Kód bude jednoduchšie a nikdy sa nám nestane, že by sme súbor zabudli zavrieť.

K výnimkám sa ešte raz vrátime, ukážeme si, ako odchytávať len niektoré typy výnimiek, ktoré hotové triedy výnimiek môžeme v našich programoch používať a tiež, ako vytvoriť výnimku vlastné. Teraz som však chcel vysvetliť len potrebné minimum pre prácu so súbormi a nie vám zbytočne pliesť hlavu zložitými konštrukciami

Nabudúce sa pozrieme, ako to funguje s právami na zápis do súborov v systéme Windows a vyskúšame si niekoľko prvých súborových operácií.