Отладка и чтение stack trace

Виды ошибок

• Ошибка компиляции — код не соответствует синтаксису или типам. javac не создает .class.
• Ошибка выполнения — программа запустилась, но выбросила исключение.
• Логическая ошибка — программа работает, но результат неверный. Сложнее всего находить.

Чтение stack trace

Пример программы:

 1public class Demo { 2    static int parse(String s) { 3        return Integer.parseInt(s); 4    } 5 6    static int process(String input) { 7        return parse(input) * 2; 8    } 910    public static void main(String[] args) {11        System.out.println(process("12"));12        System.out.println(process("abc"));13    }14}

Вывод:

1242Exception in thread "main" java.lang.NumberFormatException: For input string: "abc"3    at java.base/java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:67)4    at java.base/java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:661)5    at java.base/java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:777)6    at Demo.parse(Demo.java:3)7    at Demo.process(Demo.java:7)8    at Demo.main(Demo.java:12)

Как читать:

1. Первая строка — тип исключения и сообщение: NumberFormatException: For input string: "abc".
2. Строки at ... — стек вызовов, сверху вниз от места ошибки к точке входа.
3. Строки из java.base/... — внутренности JDK. Искать причину нужно в первой строке со своим классом: Demo.parse(Demo.java:3).
4. Дальше видно, кто вызвал parse: process на 7 строке, а того вызвал main на 12 строке.

Алгоритм: прочитать тип и сообщение, найти первую свою строку, открыть файл на этой строке, понять, какое значение оказалось неожиданным.

Блок Caused by

Когда исключение обернуто в другое, в конце появляется причина:

1Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Не удалось загрузить настройки2    at Config.load(Config.java:15)3    at Main.main(Main.java:5)4Caused by: java.io.FileNotFoundException: settings.json (No such file or directory)5    at java.base/java.io.FileInputStream.open0(Native Method)6    at Config.load(Config.java:12)7    ... 1 more

Настоящая причина обычно в последнем блоке Caused by.

Частые исключения и их причины

Современные версии Java выдают подробные сообщения для NullPointerException:

1Cannot invoke "String.length()" because "<local1>" is null

Отладка выводом

Самый простой способ — напечатать промежуточные значения:

 1public class PrintDebug { 2    static int sumEven(int[] data) { 3        int sum = 0; 4        for (int i = 0; i < data.length; i++) { 5            System.out.println("i=" + i + ", value=" + data[i] + ", sum=" + sum); 6            if (data[i] % 2 == 0) { 7                sum += data[i]; 8            } 9        }10        return sum;11    }1213    public static void main(String[] args) {14        System.out.println(sumEven(new int[]{1, 2, 3, 4}));15    }16}

Метод быстрый, но не оставляйте такой вывод в готовом коде. Для сообщений об ошибках используйте System.err.println.

Отладчик

Отладчик позволяет остановить программу в нужной точке, посмотреть значения переменных и выполнять код по шагам.

Основные понятия

• Breakpoint — точка останова. Выполнение приостанавливается перед этой строкой.
• Step Over — выполнить текущую строку целиком, не заходя в методы.
• Step Into — зайти внутрь вызываемого метода.
• Step Out — выполнить до конца текущего метода и вернуться.
• Resume — продолжить до следующей точки останова.
• Watch — выражение, значение которого отслеживается при каждом шаге.
• Call stack — текущая цепочка вызовов.

IntelliJ IDEA

1. Кликните слева от номера строки, чтобы поставить точку останова (красный кружок).
2. Запустите программу в режиме Debug: значок жука или Shift+F9 (macOS: Ctrl+D).
3. На панели Debug смотрите переменные, стек и добавляйте Watch.
4. Шаги: F8 — Step Over, F7 — Step Into, Shift+F8 — Step Out, F9 — Resume.

Дополнительные возможности:

• Условная точка останова: правая кнопка по красному кружку → Condition, например i == 5.
• Evaluate Expression: Alt+F8 — вычислить выражение на лету.
• Изменение значения: правая кнопка по переменной → Set Value.
• Точка останова на исключении: диалог Breakpoints → Java Exception Breakpoints.

Eclipse

• Точка останова: двойной клик на левом поле редактора.
• Запуск: Debug As → Java Application, или F11.
• Шаги: F6 — Step Over, F5 — Step Into, F7 — Step Return, F8 — Resume.
• Перспектива Debug показывает переменные, стек и точки останова.

VS Code

• Точка останова: клик слева от номера строки.
• Запуск: F5 или кнопка Debug над методом main.
• Шаги: F10 — Step Over, F11 — Step Into, Shift+F11 — Step Out, F5 — Continue.
• Панель Run and Debug показывает Variables, Watch, Call Stack.

Пример отладки

В программе ошибка: должна считаться сумма четных чисел, а результат неверный.

 1public class Buggy { 2    static int sumEven(int[] data) { 3        int sum = 0; 4        for (int i = 1; i < data.length; i++) { 5            if (data[i] % 2 == 0) { 6                sum += data[i]; 7            } 8        } 9        return sum;10    }1112    public static void main(String[] args) {13        System.out.println(sumEven(new int[]{2, 4, 5, 6}));14    }15}

Ожидается 12, выводится 10. Поставьте точку останова на строку if и пройдите цикл по шагам. Станет видно, что i начинается с 1 и элемент data[0] пропускается. Исправление: int i = 0.

Стратегия поиска ошибки:

1. Воспроизведите ошибку стабильно.
2. Сузьте область: на каком участке данные еще верные, а где уже нет.
3. Сформулируйте гипотезу и проверьте ее отладчиком.
4. После исправления напишите тест, который ловит эту ошибку.

Логирование

Для настоящих приложений вместо System.out используют логгер. В стандартной библиотеке есть java.util.logging:

 1import java.util.logging.Level; 2import java.util.logging.Logger; 3 4public class LogDemo { 5    private static final Logger LOG = Logger.getLogger(LogDemo.class.getName()); 6 7    public static void main(String[] args) { 8        LOG.info("Приложение запущено"); 9        LOG.warning("Мало свободного места");1011        try {12            Integer.parseInt("xyz");13        } catch (NumberFormatException e) {14            LOG.log(Level.SEVERE, "Ошибка разбора числа", e);15        }16    }17}

Уровни по возрастанию важности: FINEST, FINER, FINE, CONFIG, INFO, WARNING, SEVERE. В проектах чаще применяют SLF4J с Logback, подключаемые через Maven или Gradle.

Утверждения assert

 1public class AssertDemo { 2    static double average(int[] data) { 3        assert data.length > 0 : "Массив не должен быть пустым"; 4        double sum = 0; 5        for (int n : data) { 6            sum += n; 7        } 8        return sum / data.length; 9    }1011    public static void main(String[] args) {12        System.out.println(average(new int[]{1, 2, 3}));13    }14}

Проверки assert по умолчанию выключены. Включение: java -ea AssertDemo. Не используйте assert для проверки пользовательского ввода.

Консольный отладчик jdb

1javac -g Buggy.java2jdb Buggy

Флаг -g добавляет отладочную информацию. Основные команды jdb:

1stop at Buggy:52run3locals4print i5next6step7cont8quit

Диагностика работающего процесса

Инструменты JDK:

1jps2jstack <pid>3jcmd <pid> Thread.print4jcmd <pid> GC.heap_info5jmap -histo <pid>

• jps — список запущенных Java-процессов;
• jstack и jcmd Thread.print — снимок стеков всех потоков, помогает при зависаниях и взаимоблокировках;
• jmap -histo — гистограмма объектов в памяти, помогает искать утечки.

Для профилирования есть JDK Flight Recorder и VisualVM.

Советы

• Читайте сообщение об ошибке полностью, ответ часто в нем.
• Ищите первую строку стека, относящуюся к вашему коду.
• Меняйте одно за раз.
• Не угадывайте: проверяйте гипотезы отладчиком или логами.
• Объясните проблему вслух или на бумаге: этот прием часто сам подсказывает решение.