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Spring Boot默认异常处理

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小牛编辑
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2023-03-14

在日常的 Web 开发中，会经常遇到大大小小的异常，此时往往需要一个统一的异常处理机制，来保证客户端能接收较为友好的提示。Spring Boot 同样提供了一套默认的异常处理机制，本节将对它进行详细的介绍。

Spring Boot 默认异常处理机制

Spring Boot 提供了一套默认的异常处理机制，一旦程序中出现了异常，Spring Boot 会自动识别客户端的类型（浏览器客户端或机器客户端），并根据客户端的不同，以不同的形式展示异常信息。

1. 对于浏览器客户端而言，Spring Boot 会响应一个“ whitelabel”错误视图，以 HTML 格式呈现错误信息，如图 1；


图1：Spring Boot 默认错误白页

2. 对于机器客户端而言，Spring Boot 将生成 JSON 响应，来展示异常消息。 
{
    "timestamp": "2021-07-12T07:05:29.885+00:00",
    "status": 404,
    "error": "Not Found",
    "message": "No message available",
    "path": "/m1ain.html"
}

Spring Boot 异常处理自动配置原理

Spring Boot 通过配置类 ErrorMvcAutoConfiguration 对异常处理提供了自动配置，该配置类向容器中注入了以下 4 个组件。
  • ErrorPageCustomizer：该组件会在在系统发生异常后，默认将请求转发到“/error”上。
  • BasicErrorController：处理默认的“/error”请求。
  • DefaultErrorViewResolver：默认的错误视图解析器，将异常信息解析到相应的错误视图上。
  • DefaultErrorAttributes：用于页面上共享异常信息。

下面，我们依次对这四个组件进行详细的介绍。

ErrorPageCustomizer

ErrorMvcAutoConfiguration 向容器中注入了一个名为 ErrorPageCustomizer 的组件，它主要用于定制错误页面的响应规则。 
@Bean
public ErrorPageCustomizer errorPageCustomizer(DispatcherServletPath dispatcherServletPath) {
    return new ErrorPageCustomizer(this.serverProperties, dispatcherServletPath);
}

ErrorPageCustomizer  通过 registerErrorPages() 方法来注册错误页面的响应规则。当系统中发生异常后，ErrorPageCustomizer  组件会自动生效，并将请求转发到 “/error”上，交给 BasicErrorController 进行处理，其部分代码如下。 
@Override
public void registerErrorPages(ErrorPageRegistry errorPageRegistry) {
    //将请求转发到 /errror（this.properties.getError().getPath()）上
    ErrorPage errorPage = new ErrorPage(this.dispatcherServletPath.getRelativePath(this.properties.getError().getPath()));
    // 注册错误页面
    errorPageRegistry.addErrorPages(errorPage);
}

BasicErrorController

ErrorMvcAutoConfiguration 还向容器中注入了一个错误控制器组件 BasicErrorController，代码如下。 
@Bean
@ConditionalOnMissingBean(value = ErrorController.class, search = SearchStrategy.CURRENT)
public BasicErrorController basicErrorController(ErrorAttributes errorAttributes,
                                                 ObjectProvider<ErrorViewResolver> errorViewResolvers) {
    return new BasicErrorController(errorAttributes, this.serverProperties.getError(),
            errorViewResolvers.orderedStream().collect(Collectors.toList()));
}

BasicErrorController 的定义如下。 
//BasicErrorController 用于处理 “/error” 请求
@Controller
@RequestMapping("${server.error.path:${error.path:/error}}")
public class BasicErrorController extends AbstractErrorController {
    ......
    /**
     * 该方法用于处理浏览器客户端的请求发生的异常
     * 生成 html 页面来展示异常信息
     * @param request
     * @param response
     * @return
     */
    @RequestMapping(produces = MediaType.TEXT_HTML_VALUE)
    public ModelAndView errorHtml(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        //获取错误状态码
        HttpStatus status = getStatus(request);
        //getErrorAttributes 根据错误信息来封装一些 model 数据，用于页面显示
        Map<String, Object> model = Collections
                .unmodifiableMap(getErrorAttributes(request, getErrorAttributeOptions(request, MediaType.TEXT_HTML)));
        //为响应对象设置错误状态码
        response.setStatus(status.value());
        //调用 resolveErrorView() 方法，使用错误视图解析器生成 ModelAndView 对象（包含错误页面地址和页面内容）
        ModelAndView modelAndView = resolveErrorView(request, response, status, model);
        return (modelAndView != null) ? modelAndView : new ModelAndView("error", model);
    }

    /**
     * 该方法用于处理机器客户端的请求发生的错误
     * 产生 JSON 格式的数据展示错误信息
     * @param request
     * @return
     */
    @RequestMapping
    public ResponseEntity<Map<String, Object>> error(HttpServletRequest request) {
        HttpStatus status = getStatus(request);
        if (status == HttpStatus.NO_CONTENT) {
            return new ResponseEntity<>(status);
        }
        Map<String, Object> body = getErrorAttributes(request, getErrorAttributeOptions(request, MediaType.ALL));
        return new ResponseEntity<>(body, status);
    }
    ......
}

Spring Boot 通过 BasicErrorController 进行统一的错误处理（例如默认的“/error”请求）。Spring Boot 会自动识别发出请求的客户端的类型（浏览器客户端或机器客户端），并根据客户端类型，将请求分别交给 errorHtml() 和 error() 方法进行处理。

返回值类型 方法声明 客户端类型 错误信息返类型
ModelAndView errorHtml(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) 浏览器客户端 text/html（错误页面）
ResponseEntity<Map<String, Object>> error(HttpServletRequest request) 机器客户端（例如安卓、IOS、Postman 等等） JSON

换句话说，当使用浏览器访问出现异常时，会进入 BasicErrorController 控制器中的 errorHtml() 方法进行处理，当使用安卓、IOS、Postman 等机器客户端访问出现异常时，就进入error() 方法处理。

在 errorHtml() 方法中会调用父类（AbstractErrorController）的 resolveErrorView() 方法，代码如下。 
protected ModelAndView resolveErrorView(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, HttpStatus status,
                                        Map<String, Object> model) {
    //获取容器中的所有的错误视图解析器来处理该异常信息
    for (ErrorViewResolver resolver : this.errorViewResolvers) {
        //调用错误视图解析器的 resolveErrorView 解析到错误视图页面
        ModelAndView modelAndView = resolver.resolveErrorView(request, status, model);
        if (modelAndView != null) {
            return modelAndView;
        }
    }
    return null;
}

从上述源码可以看出，在响应页面的时候，会在父类的 resolveErrorView 方法中获取容器中所有的 ErrorViewResolver 对象（错误视图解析器，包括 DefaultErrorViewResolver 在内），一起来解析异常信息。

DefaultErrorViewResolver

ErrorMvcAutoConfiguration 还向容器中注入了一个默认的错误视图解析器组件 DefaultErrorViewResolver，代码如下。 
@Bean
@ConditionalOnBean(DispatcherServlet.class)
@ConditionalOnMissingBean(ErrorViewResolver.class)
DefaultErrorViewResolver conventionErrorViewResolver() {
    return new DefaultErrorViewResolver(this.applicationContext, this.resources);
}

当发出请求的客户端为浏览器时，Spring Boot 会获取容器中所有的 ErrorViewResolver 对象（错误视图解析器），并分别调用它们的 resolveErrorView() 方法对异常信息进行解析，其中自然也包括 DefaultErrorViewResolver（默认错误信息解析器）。

DefaultErrorViewResolver 的部分代码如下。 
public class DefaultErrorViewResolver implements ErrorViewResolver, Ordered {

    private static final Map<HttpStatus.Series, String> SERIES_VIEWS;

    static {
        Map<HttpStatus.Series, String> views = new EnumMap<>(HttpStatus.Series.class);
        views.put(Series.CLIENT_ERROR, "4xx");
        views.put(Series.SERVER_ERROR, "5xx");
        SERIES_VIEWS = Collections.unmodifiableMap(views);
    }

    ......

    @Override
    public ModelAndView resolveErrorView(HttpServletRequest request, HttpStatus status, Map<String, Object> model) {
        //尝试以错误状态码作为错误页面名进行解析
        ModelAndView modelAndView = resolve(String.valueOf(status.value()), model);
        if (modelAndView == null && SERIES_VIEWS.containsKey(status.series())) {
            //尝试以 4xx 或 5xx 作为错误页面页面进行解析
            modelAndView = resolve(SERIES_VIEWS.get(status.series()), model);
        }
        return modelAndView;
    }

    private ModelAndView resolve(String viewName, Map<String, Object> model) {
        //错误模板页面，例如 error/404、error/4xx、error/500、error/5xx
        String errorViewName = "error/" + viewName;
        //当模板引擎可以解析这些模板页面时，就用模板引擎解析
        TemplateAvailabilityProvider provider = this.templateAvailabilityProviders.getProvider(errorViewName,
                this.applicationContext);
        if (provider != null) {
            //在模板能够解析到模板页面的情况下，返回 errorViewName 指定的视图
            return new ModelAndView(errorViewName, model);
        }
        //若模板引擎不能解析，则去静态资源文件夹下查找 errorViewName 对应的页面
        return resolveResource(errorViewName, model);
    }

    private ModelAndView resolveResource(String viewName, Map<String, Object> model) {
        //遍历所有静态资源文件夹
        for (String location : this.resources.getStaticLocations()) {
            try {
                Resource resource = this.applicationContext.getResource(location);
                //静态资源文件夹下的错误页面，例如error/404.html、error/4xx.html、error/500.html、error/5xx.html
                resource = resource.createRelative(viewName + ".html");
                //若静态资源文件夹下存在以上错误页面，则直接返回
                if (resource.exists()) {
                    return new ModelAndView(new DefaultErrorViewResolver.HtmlResourceView(resource), model);
                }
            } catch (Exception ex) {
            }
        }
        return null;
    }
    ......
}

DefaultErrorViewResolver 解析异常信息的步骤如下：
  1. 根据错误状态码（例如 404、500、400 等），生成一个错误视图 error/status，例如 error/404、error/500、error/400。
  2. 尝试使用模板引擎解析 error/status 视图，即尝试从 classpath 类路径下的 templates 目录下，查找 error/status.html，例如 error/404.html、error/500.html、error/400.html。
  3. 若模板引擎能够解析到 error/status 视图，则将视图和数据封装成 ModelAndView 返回并结束整个解析流程，否则跳转到第 4 步。
  4. 依次从各个静态资源文件夹中查找 error/status.html，若在静态文件夹中找到了该错误页面，则返回并结束整个解析流程，否则跳转到第 5 步。
  5. 将错误状态码（例如 404、500、400 等）转换为 4xx 或 5xx，然后重复前 4 个步骤，若解析成功则返回并结束整个解析流程，否则跳转第 6 步。 
  6. 处理默认的 “/error ”请求，使用 Spring Boot 默认的错误页面（Whitelabel Error Page）。

DefaultErrorAttributes

ErrorMvcAutoConfiguration 还向容器中注入了一个组件默认错误属性处理工具 DefaultErrorAttributes，代码如下。 
@Bean
@ConditionalOnMissingBean(value = ErrorAttributes.class, search = SearchStrategy.CURRENT)
public DefaultErrorAttributes errorAttributes() {
    return new DefaultErrorAttributes();
}

DefaultErrorAttributes 是 Spring Boot 的默认错误属性处理工具，它可以从请求中获取异常或错误信息，并将其封装为一个 Map 对象返回，其部分代码如下。 
public class DefaultErrorAttributes implements ErrorAttributes, HandlerExceptionResolver, Ordered {
    ......
    @Override
    public Map<String, Object> getErrorAttributes(WebRequest webRequest, ErrorAttributeOptions options) {
        Map<String, Object> errorAttributes = getErrorAttributes(webRequest, options.isIncluded(Include.STACK_TRACE));
        if (!options.isIncluded(Include.EXCEPTION)) {
            errorAttributes.remove("exception");
        }
        if (!options.isIncluded(Include.STACK_TRACE)) {
            errorAttributes.remove("trace");
        }
        if (!options.isIncluded(Include.MESSAGE) && errorAttributes.get("message") != null) {
            errorAttributes.remove("message");
        }
        if (!options.isIncluded(Include.BINDING_ERRORS)) {
            errorAttributes.remove("errors");
        }
        return errorAttributes;
    }

    private Map<String, Object> getErrorAttributes(WebRequest webRequest, boolean includeStackTrace) {
        Map<String, Object> errorAttributes = new LinkedHashMap<>();
        errorAttributes.put("timestamp", new Date());
        addStatus(errorAttributes, webRequest);
        addErrorDetails(errorAttributes, webRequest, includeStackTrace);
        addPath(errorAttributes, webRequest);
        return errorAttributes;
    }
    ......
}

在 Spring Boot 默认的 Error 控制器（BasicErrorController）处理错误时，会调用 DefaultErrorAttributes 的 getErrorAttributes() 方法获取错误或异常信息，并封装成 model 数据（Map 对象），返回到页面或 JSON 数据中。该 model 数据主要包含以下属性：
  • timestamp：时间戳；
  • status：错误状态码
  • error：错误的提示
  • exception：导致请求处理失败的异常对象
  • message：错误/异常消息
  • trace： 错误/异常栈信息
  • path:错误/异常抛出时所请求的URL路径
所有通过 DefaultErrorAttributes 封装到 model 数据中的属性，都可以直接在页面或 JSON 中获取。
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