Spring Exception 常见错误

今天，来学习 Spring 的异常处理机制。Spring 提供了一套健全的异常处理框架，以便我们在开发应用的时候对异常进行处理。但是，我们也会在使用的时候遇到一些麻烦，接下来我将通过两个典型的错误案例，带着你结合源码进行深入了解。

案例 1：小心过滤器异常

为了方便讲解，我们还是沿用之前在事务处理中用到的学生注册的案例，来讨论异常处理的问题：

@Controller
@Slf4j
public class StudentController {
    public StudentController(){
        System.out.println("construct");
    }


    @PostMapping("/regStudent/{name}")
    @ResponseBody
    public String saveUser(String name) throws Exception {
        System.out.println("......用户注册成功");
        return "success";
    }
}

为了保证安全，这里需要给请求加一个保护，通过验证 Token 的方式来验证请求的合法性。这个 Token 需要在每次发送请求的时候带在请求的 header 中，header 的 key 是 Token。

为了校验这个 Token，我们引入了一个 Filter 来处理这个校验工作，这里我使用了一个最简单的 Token：111111。

当 Token 校验失败时，就会抛出一个自定义的 NotAllowException，交由 Spring 处理：

@WebFilter
@Component
public class PermissionFilter implements Filter {
    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
        HttpServletRequest httpServletRequest = (HttpServletRequest) request;
        String token = httpServletRequest.getHeader("token");

        if (!"111111".equals(token)) {
            System.out.println("throw NotAllowException");
            throw new NotAllowException();
        }
        chain.doFilter(request, response);
    }

    @Override
    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
    }

    @Override
    public void destroy() {
    }

NotAllowException 就是一个简单的 RuntimeException 的子类：

public class NotAllowException extends RuntimeException {
    public NotAllowException() {
        super();
    }
}

同时，新增了一个 RestControllerAdvice 来处理这个异常，处理方式也很简单，就是返回一个 403 的 resultCode：

@RestControllerAdvice
public class NotAllowExceptionHandler {
    @ExceptionHandler(NotAllowException.class)
    @ResponseBody
    public String handle() {
        System.out.println("403");
        return "{\"resultCode\": 403}";
    }
}

为了验证一下失败的情况，我们模拟了一个请求，在 HTTP 请求头里加上一个 Token，值为 111，这样就会引发错误了，我们可以看看会不会被 NotAllowExceptionHandler 处理掉。

然而，在控制台上，我们只看到了下面这样的输出，这其实就说明了 NotAllowExceptionHandler 并没有生效。

throw NotAllowException

想下问题出在哪呢？我们不妨对 Spring 的异常处理过程先做一个了解。

案例解析

我们先来回顾一下过滤器执行流程图，这里我细化了一下：

从这张图中可以看出，当所有的过滤器被执行完毕以后，Spring 才会进入 Servlet 相关的处理，而 DispatcherServlet 才是整个 Servlet 处理的核心，它是前端控制器设计模式的实现，提供 Spring Web MVC 的集中访问点并负责职责的分派。正是在这里，Spring 处理了请求和处理器之间的对应关系，以及这个案例我们所关注的问题——统一异常处理。

其实说到这里，我们已经了解到过滤器内异常无法被统一处理的大致原因，就是因为异常处理发生在上图的红色区域，即 DispatcherServlet 中的 doDispatch()，而此时，过滤器已经全部执行完毕了。

下面我们将深入分析 Spring Web 对异常统一处理的逻辑，深刻理解其内部原理。

首先我们来了解下 ControllerAdvice 是如何被 Spring 加载并对外暴露的。在 Spring Web 的核心配置类 WebMvcConfigurationSupport 中，被 @Bean 修饰的 handlerExceptionResolver()，会调用 addDefaultHandlerExceptionResolvers() 来添加默认的异常解析器。

@Bean
public HandlerExceptionResolver handlerExceptionResolver(
      @Qualifier("mvcContentNegotiationManager") ContentNegotiationManager contentNegotiationManager) {
   List<HandlerExceptionResolver> exceptionResolvers = new ArrayList<>();
   configureHandlerExceptionResolvers(exceptionResolvers);
   if (exceptionResolvers.isEmpty()) {
      addDefaultHandlerExceptionResolvers(exceptionResolvers, contentNegotiationManager);
   }
   extendHandlerExceptionResolvers(exceptionResolvers);
   HandlerExceptionResolverComposite composite = new HandlerExceptionResolverComposite();
   composite.setOrder(0);
   composite.setExceptionResolvers(exceptionResolvers);
   return composite;
}

最终按照下图的调用栈，Spring 实例化了 ExceptionHandlerExceptionResolver 类。

从源码中我们可以看出，ExceptionHandlerExceptionResolver 类实现了 InitializingBean 接口，并覆写了 afterPropertiesSet()。

public void afterPropertiesSet() {
   // Do this first, it may add ResponseBodyAdvice beans
   initExceptionHandlerAdviceCache();
    //省略非关键代码
}

并在 initExceptionHandlerAdviceCache() 中完成了所有 ControllerAdvice 中的 ExceptionHandler 的初始化。其具体操作，就是查找所有 @ControllerAdvice 注解的 Bean，把它们放到成员变量 exceptionHandlerAdviceCache 中。

在我们这个案例里，就是指 NotAllowExceptionHandler 这个异常处理器。

private void initExceptionHandlerAdviceCache() {
   //省略非关键代码
   List<ControllerAdviceBean> adviceBeans = ControllerAdviceBean.findAnnotatedBeans(getApplicationContext());
   for (ControllerAdviceBean adviceBean : adviceBeans) {
      Class<?> beanType = adviceBean.getBeanType();
      if (beanType == null) {
         throw new IllegalStateException("Unresolvable type for ControllerAdviceBean: " + adviceBean);
      }
      ExceptionHandlerMethodResolver resolver = new ExceptionHandlerMethodResolver(beanType);
      if (resolver.hasExceptionMappings()) {
         this.exceptionHandlerAdviceCache.put(adviceBean, resolver);
      }
 //省略非关键代码
}

到这，我们可以总结一下，WebMvcConfigurationSupport 中的 handlerExceptionResolver() 实例化并注册了一个 ExceptionHandlerExceptionResolver 的实例，而所有被 @ControllerAdvice 注解修饰的异常处理器，都会在 ExceptionHandlerExceptionResolver 实例化的时候自动扫描并装载在其类成员变量 exceptionHandlerAdviceCache 中。

当第一次请求发生时，DispatcherServlet 中的 initHandlerExceptionResolvers() 将获取所有注册到 Spring 的 HandlerExceptionResolver 类型的实例，而 ExceptionHandlerExceptionResolver 恰好实现了 HandlerExceptionResolver 接口，这些 HandlerExceptionResolver 类型的实例则会被写入到类成员变量 handlerExceptionResolvers 中。

private void initHandlerExceptionResolvers(ApplicationContext context) {
   this.handlerExceptionResolvers = null;

   if (this.detectAllHandlerExceptionResolvers) {
      // Find all HandlerExceptionResolvers in the ApplicationContext, including ancestor contexts.
      Map<String, HandlerExceptionResolver> matchingBeans = BeanFactoryUtils
            .beansOfTypeIncludingAncestors(context, HandlerExceptionResolver.class, true, false);
      if (!matchingBeans.isEmpty()) {
         this.handlerExceptionResolvers = new ArrayList<>(matchingBeans.values());
         // We keep HandlerExceptionResolvers in sorted order.
         AnnotationAwareOrderComparator.sort(this.handlerExceptionResolvers);
      }
      //省略非关键代码
}

接着我们再来了解下 ControllerAdvice 是如何被 Spring 消费并处理异常的。下文贴出的是核心类 DispatcherServlet 中的核心方法 doDispatch() 的部分代码：

protected void doDispatch(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception {
   //省略非关键代码

   try {
      ModelAndView mv = null;
      Exception dispatchException = null;
      try {
         //省略非关键代码
         //查找当前请求对应的 handler，并执行
         //省略非关键代码
      }
      catch (Exception ex) {
         dispatchException = ex;
      }
      catch (Throwable err) {
         dispatchException = new NestedServletException("Handler dispatch failed", err);
      }
      processDispatchResult(processedRequest, response, mappedHandler, mv, dispatchException);
   }
   //省略非关键代码

Spring 在执行用户请求时，当在“查找”和“执行”请求对应的 handler 过程中发生异常，就会把异常赋值给 dispatchException，再交给 processDispatchResult() 进行处理。

private void processDispatchResult(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response,
      @Nullable HandlerExecutionChain mappedHandler, @Nullable ModelAndView mv,
      @Nullable Exception exception) throws Exception {
   boolean errorView = false;
   if (exception != null) {
      if (exception instanceof ModelAndViewDefiningException) {
         mv = ((ModelAndViewDefiningException) exception).getModelAndView();
      }
      else {
         Object handler = (mappedHandler != null ? mappedHandler.getHandler() : null);
         mv = processHandlerException(request, response, handler, exception);
         errorView = (mv != null);
      }
   }
   //省略非关键代码

进一步处理后，即当 Exception 不为 null 时，继续交给 processHandlerException 处理。

protected ModelAndView processHandlerException(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response,
      @Nullable Object handler, Exception ex) throws Exception {
   //省略非关键代码
   ModelAndView exMv = null;
   if (this.handlerExceptionResolvers != null) {
      for (HandlerExceptionResolver resolver : this.handlerExceptionResolvers) {
         exMv = resolver.resolveException(request, response, handler, ex);
         if (exMv != null) {
            break;
         }
      }
   }
   //省略非关键代码
}

然后，processHandlerException 会从类成员变量 handlerExceptionResolvers 中获取有效的异常解析器，对异常进行解析。

显然，这里的 handlerExceptionResolvers 一定包含我们声明的 NotAllowExceptionHandler#NotAllowException 的异常处理器的 ExceptionHandlerExceptionResolver 包装类。

问题修正

为了利用 Spring MVC 的异常处理机制，我们需要对 Filter 做一些改造。手动捕获异常，并将异常 HandlerExceptionResolver 进行解析处理。

我们可以这样修改 PermissionFilter，注入 HandlerExceptionResolver：

@Autowired
@Qualifier("handlerExceptionResolver")
private HandlerExceptionResolver resolver;

然后，在 doFilter 里捕获异常并交给 HandlerExceptionResolver 处理：

    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
        HttpServletRequest httpServletRequest = (HttpServletRequest) request;
        HttpServletResponse httpServletResponse = (HttpServletResponse) response;
        String token = httpServletRequest.getHeader("token");
        if (!"111111".equals(token)) {
            System.out.println("throw NotAllowException");
            resolver.resolveException(httpServletRequest, httpServletResponse, null, new NotAllowException());
            return;
        }
        chain.doFilter(request, response);
    }

当我们尝试用错误的 Token 请求，控制台得到了以下信息：

throw NotAllowException
403

返回的 JSON 是：

{"resultCode": 403}

再换成正确的 Token 请求，这些错误信息就都没有了，到这，问题解决了。

案例 2：特殊的 404 异常

继续沿用学生注册的案例，为了防止一些异常的访问，我们需要记录所有 404 状态的访问记录，并返回一个我们的自定义结果。

一般使用 RESTful 接口时我们会统一返回 JSON 数据，返回值格式如下：

{"resultCode": 404}

但是 Spring 对 404 异常是进行了默认资源映射的，并不会返回我们想要的结果，也不会对这种错误做记录。

于是我们添加了一个 ExceptionHandlerController，它被声明成 @RestControllerAdvice 来全局捕获 Spring MVC 中抛出的异常。

ExceptionHandler 的作用正是用来捕获指定的异常：

@RestControllerAdvice
public class MyExceptionHandler {
    @ResponseStatus(HttpStatus.NOT_FOUND)
    @ExceptionHandler(Exception.class)
    @ResponseBody
    public String handle404() {
        System.out.println("404");
        return "{\"resultCode\": 404}";
    }
}

我们尝试发送一个错误的 URL 请求到之前实现过的 /regStudent 接口，并把请求地址换成 /regStudent1，得到了以下结果：

{"timestamp":"2021-05-19T22:24:01.559+0000","status":404,"error":"Not Found","message":"No message available","path":"/regStudent1"}

很显然，这个结果不是我们想要的，看起来应该是 Spring 默认的返回结果。那是什么原因导致 Spring 没有使用我们定义的异常处理器呢？

案例解析

我们可以从异常处理的核心处理代码开始分析，DispatcherServlet 中的 doDispatch() 核心代码如下：

protected void doDispatch(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception {
        //省略非关键代码
         mappedHandler = getHandler(processedRequest);
         if (mappedHandler == null) {
            noHandlerFound(processedRequest, response);
            return;
         }
         //省略非关键代码
}

首先调用 getHandler() 获取当前请求的处理器，如果获取不到，则调用 noHandlerFound()：

protected void noHandlerFound(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception {
   if (this.throwExceptionIfNoHandlerFound) {
      throw new NoHandlerFoundException(request.getMethod(), getRequestUri(request),
            new ServletServerHttpRequest(request).getHeaders());
   }
   else {
      response.sendError(HttpServletResponse.SC_NOT_FOUND);
   }
}

noHandlerFound() 的逻辑非常简单，如果 throwExceptionIfNoHandlerFound 属性为 true，则直接抛出 NoHandlerFoundException 异常，反之则会进一步获取到对应的请求处理器执行，并将执行结果返回给客户端。

到这，真相离我们非常近了，我们只需要将 throwExceptionIfNoHandlerFound 默认设置为 true 即可，这样就会抛出 NoHandlerFoundException 异常，从而被 doDispatch() 内的 catch 俘获。进而就像案例 1 介绍的一样，最终能够执行我们自定义的异常处理器 MyExceptionHandler。

于是，我们开始尝试，因为 throwExceptionIfNoHandlerFound 对应的 Spring 配置项为 throw-exception-if-no-handler-found，我们将其加入到 application.properties 配置文件中，设置其值为 true。

设置完毕后，重启服务并再次尝试，你会发现结果没有任何变化，这个问题也没有被解决。

实际上这里还存在另一个坑，在 Spring Web 的 WebMvcAutoConfiguration 类中，其默认添加的两个 ResourceHandler，一个是用来处理请求路径 /webjars/**，而另一个是 /**。

即便当前请求没有定义任何对应的请求处理器，getHandler() 也一定会获取到一个 Handler 来处理当前请求，因为第二个匹配 /** 路径的 ResourceHandler 决定了任何请求路径都会被其处理。

mappedHandler == null 判断条件永远不会成立，显然就不可能走到 noHandlerFound()，那么就不会抛出 NoHandlerFoundException 异常，也无法被后续的异常处理器进一步处理。

下面让我们通过源码进一步了解下这个默认被添加的 ResourceHandler 的详细逻辑。

首先我们来了解下 ControllerAdvice 是如何被 Spring 加载并对外暴露的。

同样是在 WebMvcConfigurationSupport 类中，被 @Bean 修饰的

resourceHandlerMapping()，它新建了 ResourceHandlerRegistry 类实例，并通过

addResourceHandlers() 将 ResourceHandler 注册到 ResourceHandlerRegistry 类实例中：

@Bean
@Nullable
public HandlerMapping resourceHandlerMapping(
      @Qualifier("mvcUrlPathHelper") UrlPathHelper urlPathHelper,
      @Qualifier("mvcPathMatcher") PathMatcher pathMatcher,
      @Qualifier("mvcContentNegotiationManager") ContentNegotiationManager contentNegotiationManager,
      @Qualifier("mvcConversionService") FormattingConversionService conversionService,
      @Qualifier("mvcResourceUrlProvider") ResourceUrlProvider resourceUrlProvider) {

   Assert.state(this.applicationContext != null, "No ApplicationContext set");
   Assert.state(this.servletContext != null, "No ServletContext set");

   ResourceHandlerRegistry registry = new ResourceHandlerRegistry(this.applicationContext,
         this.servletContext, contentNegotiationManager, urlPathHelper);
   addResourceHandlers(registry);

   AbstractHandlerMapping handlerMapping = registry.getHandlerMapping();
   if (handlerMapping == null) {
      return null;
   }
   handlerMapping.setPathMatcher(pathMatcher);
   handlerMapping.setUrlPathHelper(urlPathHelper);
   handlerMapping.setInterceptors(getInterceptors(conversionService, resourceUrlProvider));
   handlerMapping.setCorsConfigurations(getCorsConfigurations());
   return handlerMapping;
}

最终通过 ResourceHandlerRegistry 类实例中的 getHandlerMapping() 返回了 SimpleUrlHandlerMapping 实例，它装载了所有 ResourceHandler 的集合并注册到了 Spring 容器中：

protected AbstractHandlerMapping getHandlerMapping() {
   //省略非关键代码
   Map<String, HttpRequestHandler> urlMap = new LinkedHashMap<>();
   for (ResourceHandlerRegistration registration : this.registrations) {
      for (String pathPattern : registration.getPathPatterns()) {
         ResourceHttpRequestHandler handler = registration.getRequestHandler();
         //省略非关键代码
         urlMap.put(pathPattern, handler);
      }
   }
   return new SimpleUrlHandlerMapping(urlMap, this.order);
}

我们查看以下调用栈截图：

可以了解到，当前方法中的 addResourceHandlers() 最终执行到了 WebMvcAutoConfiguration 类中的 addResourceHandlers()，通过这个方法，我们可以知道当前有哪些 ResourceHandler 的集合被注册到了 Spring 容器中：

public void addResourceHandlers(ResourceHandlerRegistry registry) {
   if (!this.resourceProperties.isAddMappings()) {
      logger.debug("Default resource handling disabled");
      return;
   }
   Duration cachePeriod = this.resourceProperties.getCache().getPeriod();
   CacheControl cacheControl = this.resourceProperties.getCache().getCachecontrol().toHttpCacheControl();
   if (!registry.hasMappingForPattern("/webjars/**")) {
      customizeResourceHandlerRegistration(registry.addResourceHandler("/webjars/**")
            .addResourceLocations("classpath:/META-INF/resources/webjars/")
            .setCachePeriod(getSeconds(cachePeriod)).setCacheControl(cacheControl));
   }
   String staticPathPattern = this.mvcProperties.getStaticPathPattern();
   if (!registry.hasMappingForPattern(staticPathPattern)) {
      customizeResourceHandlerRegistration(registry.addResourceHandler(staticPathPattern)
            .addResourceLocations(getResourceLocations(this.resourceProperties.getStaticLocations()))
            .setCachePeriod(getSeconds(cachePeriod)).setCacheControl(cacheControl));
   }
}

从而验证我们一开始得出的结论，此处添加了两个 ResourceHandler，一个是用来处理请求路径 /webjars/**，而另一个是 /**。

这里你可以注意一下方法最开始的判断语句，如果 this.resourceProperties.isAddMappings() 为 false，那么会直接返回，后续的两个 ResourceHandler 也不会被添加。

   if (!this.resourceProperties.isAddMappings()) {
      logger.debug("Default resource handling disabled");
      return;
   }

至此，有两个 ResourceHandler 被实例化且注册到了 Spirng 容器中，一个处理路径为 /webjars/** 的请求，另一个处理路径为 /** 的请求。

同样，当第一次请求发生时，DispatcherServlet 中的 initHandlerMappings() 将会获取所有注册到 Spring 的 HandlerMapping 类型的实例，而 SimpleUrlHandlerMapping 恰好实现了 HandlerMapping 接口，这些 SimpleUrlHandlerMapping 类型的实例则会被写入到类成员变量 handlerMappings 中。

private void initHandlerMappings(ApplicationContext context) {
   this.handlerMappings = null;
//省略非关键代码
   if (this.detectAllHandlerMappings) {
      // Find all HandlerMappings in the ApplicationContext, including ancestor contexts.
      Map<String, HandlerMapping> matchingBeans =
            BeanFactoryUtils.beansOfTypeIncludingAncestors(context, HandlerMapping.class, true, false);
      if (!matchingBeans.isEmpty()) {
         this.handlerMappings = new ArrayList<>(matchingBeans.values());
         // We keep HandlerMappings in sorted order.
         AnnotationAwareOrderComparator.sort(this.handlerMappings);
      }
   }
   //省略非关键代码
}

接着我们再来了解下被包装为 handlerMappings 的 ResourceHandler 是如何被 Spring 消费并处理的。

我们来回顾一下 DispatcherServlet 中的 doDispatch() 核心代码：

protected void doDispatch(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception {
        //省略非关键代码
         mappedHandler = getHandler(processedRequest);
         if (mappedHandler == null) {
            noHandlerFound(processedRequest, response);
            return;
         }
         //省略非关键代码
}

这里的 getHandler() 将会遍历成员变量 handlerMappings：

protected HandlerExecutionChain getHandler(HttpServletRequest request) throws Exception {
   if (this.handlerMappings != null) {
      for (HandlerMapping mapping : this.handlerMappings) {
         HandlerExecutionChain handler = mapping.getHandler(request);
         if (handler != null) {
            return handler;
         }
      }
   }
   return null;
}

因为此处有一个 SimpleUrlHandlerMapping，它会拦截所有路径的请求：

所以最终在 doDispatch() 的 getHandler() 将会获取到此 handler，从而 mappedHandler==null 条件不能得到满足，因而无法走到 noHandlerFound()，不会抛出 NoHandlerFoundException 异常，进而无法被后续的异常处理器进一步处理。

问题修正

那如何解决这个问题呢？还记得 WebMvcAutoConfiguration 类中 addResourceHandlers() 的前两行代码吗？如果 this.resourceProperties.isAddMappings() 为 false，那么此处直接返回，后续的两个 ResourceHandler 也不会被添加。

public void addResourceHandlers(ResourceHandlerRegistry registry) {
   if (!this.resourceProperties.isAddMappings()) {
      logger.debug("Default resource handling disabled");
      return;
   }
   //省略非关键代码
}

其调用 ResourceProperties 中的 isAddMappings() 的代码如下：

public boolean isAddMappings() {
   return this.addMappings;
}

到这，答案也就呼之欲出了，增加两个配置文件如下：

spring.resources.add-mappings=false
spring.mvc.throwExceptionIfNoHandlerFound=true

修改 MyExceptionHandler 的 @ExceptionHandler 为 NoHandlerFoundException 即可：

@ExceptionHandler(NoHandlerFoundException.class)

这个案例在真实的产线环境遇到的概率还是比较大的，知道如何解决是第一步，了解其内部原理则更为重要。而且当你进一步去研读代码后，你会发现这里的解决方案并不会只有这一种，而剩下的就留给你去探索了。

重点回顾

通过以上两个案例的介绍，相信你对 Spring MVC 的异常处理机制，已经有了进一步的了解，这里我们再次回顾下重点：

DispatcherServlet 类中的 doDispatch() 是整个 Servlet 处理的核心，它不仅实现了请求的分发，也提供了异常统一处理等等一系列功能；
WebMvcConfigurationSupport 是 Spring Web 中非常核心的一个配置类，无论是异常处理器的包装注册（HandlerExceptionResolver），还是资源处理器的包装注册（SimpleUrlHandlerMapping），都是依靠这个类来完成的。