聆途笔记

C#异常处理最佳实践：构建健壮的应用程序

引言

异常处理是构建可靠、健壮的C#应用程序的关键组成部分。良好的异常处理策略不仅能提高程序的稳定性，还能增强代码的可维护性和调试效率。本文将深入探讨C#异常处理的核心原则、实用模式以及行业认可的最佳实践，帮助您开发出能够优雅处理各种异常情况的应用程序。

一、异常处理基础

1.1 C#异常处理机制

C#提供了结构化的异常处理机制，主要通过以下关键字实现：

try
{
    // 可能抛出异常的代码
}
catch (SpecificException ex)
{
    // 处理特定异常
}
catch (Exception ex)
{
    // 处理一般异常
}
finally
{
    // 无论是否发生异常都会执行的代码
}

1.2 异常类型层次结构

  • System.Exception：所有异常的基类
  • System.SystemException：系统产生的异常（如OutOfMemoryException）
  • System.ApplicationException：应用程序产生的异常（已不推荐使用）
  • 自定义异常：开发者定义的业务异常

二、核心最佳实践

2.1 只捕获你能处理的异常

// 错误示范 - 捕获所有异常但不处理
try {
    ProcessData();
}
catch (Exception) {
    // 空catch块 - 反模式!
}

// 正确做法 - 只捕获能处理的异常
try {
    ProcessData();
}
catch (FileNotFoundException ex) {
    Logger.Warn($"文件未找到: {ex.FileName}");
    CreateDefaultFile();
}

2.2 使用特定的异常类型

避免过度依赖通用的Exception类，而应该捕获最具体的异常类型：

try {
    // 数据库操作
}
catch (SqlException ex) when (ex.Number == 1205) {
    // 处理死锁
}
catch (SqlException ex) {
    // 处理其他SQL异常
}
catch (TimeoutException ex) {
    // 处理超时
}

2.3 异常筛选器（when关键字）

C# 6.0引入的异常筛选器可以更精确地控制catch块的执行：

try {
    // 某些操作
}
catch (HttpRequestException ex) when (ex.Message.Contains("404")) {
    // 专门处理404错误
}
catch (HttpRequestException ex) when (ex.Message.Contains("500")) {
    // 专门处理500错误
}

三、异常抛出策略

3.1 何时抛出异常

  • 当方法无法完成其承诺的功能时
  • 当检测到违反前提条件时（参数验证）
  • 当对象处于无效状态时
  • 当检测到可能引起安全问题的操作时

3.2 如何正确抛出异常

// 错误示范 - 丢失堆栈跟踪
try {
    // 某些操作
}
catch (Exception ex) {
    Logger.Error(ex);
    throw ex; // 错误的重新抛出方式!
}

// 正确做法1 - 使用throw保留原始堆栈跟踪
try {
    // 某些操作
}
catch (Exception ex) {
    Logger.Error(ex);
    throw; // 正确的重新抛出方式
}

// 正确做法2 - 抛出新异常时包含原始异常
try {
    // 某些操作
}
catch (IOException ex) {
    throw new DataProcessingException("处理数据失败", ex);
}

3.3 使用异常构造函数重载

// 创建新异常时提供有意义的信息
throw new ArgumentNullException(nameof(username), "用户名不能为空");

// 包含内部异常
throw new DatabaseOperationException("执行查询失败", sqlEx);

四、自定义异常设计

4.1 何时创建自定义异常

  • 当需要表达特定的业务规则违规时
  • 当现有异常类型无法准确描述问题时
  • 当需要携带特定业务数据时

4.2 实现自定义异常

public class InsufficientFundsException : InvalidOperationException
{
    public decimal CurrentBalance { get; }
    public decimal RequiredAmount { get; }

    public InsufficientFundsException(decimal currentBalance, decimal requiredAmount)
        : base($"余额不足。当前余额: {currentBalance}, 需要金额: {requiredAmount}")
    {
        CurrentBalance = currentBalance;
        RequiredAmount = requiredAmount;
    }

    // 序列化支持
    protected InsufficientFundsException(SerializationInfo info, StreamingContext context)
        : base(info, context)
    {
        CurrentBalance = info.GetDecimal(nameof(CurrentBalance));
        RequiredAmount = info.GetDecimal(nameof(RequiredAmount));
    }

    public override void GetObjectData(SerializationInfo info, StreamingContext context)
    {
        base.GetObjectData(info, context);
        info.AddValue(nameof(CurrentBalance), CurrentBalance);
        info.AddValue(nameof(RequiredAmount), RequiredAmount);
    }
}

五、全局异常处理

5.1 应用程序级异常处理

ASP.NET Core示例：

public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
{
    app.UseExceptionHandler(errorApp =>
    {
        errorApp.Run(async context =>
        {
            var exceptionHandler = context.Features.Get<IExceptionHandlerFeature>();
            var exception = exceptionHandler?.Error;

            // 记录异常
            Logger.Error(exception, "全局异常捕获");

            // 返回适当的响应
            context.Response.StatusCode = GetStatusCode(exception);
            await context.Response.WriteAsJsonAsync(new {
                Error = "处理请求时发生错误",
                Details = env.IsDevelopment() ? exception?.Message : null
            });
        });
    });

    // 其他中间件配置...
}

5.2 任务和异步代码的异常处理

try {
    await SomeAsyncOperation();
}
catch (HttpRequestException ex) {
    // 处理HTTP请求异常
}

// 处理多个任务中的异常
try {
    await Task.WhenAll(task1, task2, task3);
}
catch (AggregateException ae) {
    foreach (var ex in ae.InnerExceptions) {
        Logger.Error(ex);
    }
}

六、性能考虑

6.1 异常与性能

  • 异常处理比正常代码路径慢得多
  • 不应使用异常来控制常规程序流
  • 对于可预见的错误情况，考虑返回错误代码或结果对象

6.2 替代方案：结果对象模式

public class OperationResult<T>
{
    public bool Success { get; }
    public T Value { get; }
    public string ErrorMessage { get; }

    private OperationResult(T value, bool success, string errorMessage)
    {
        Value = value;
        Success = success;
        ErrorMessage = errorMessage;
    }

    public static OperationResult<T> Ok(T value) => new OperationResult<T>(value, true, null);
    public static OperationResult<T> Fail(string error) => new OperationResult<T>(default, false, error);
}

// 使用示例
public OperationResult<Customer> GetCustomer(int id)
{
    try {
        var customer = _repository.GetById(id);
        return customer != null 
            ? OperationResult<Customer>.Ok(customer)
            : OperationResult<Customer>.Fail("客户不存在");
    }
    catch (Exception ex) {
        return OperationResult<Customer>.Fail(ex.Message);
    }
}

七、日志与监控

7.1 异常日志最佳实践

  • 记录完整的异常信息（包括堆栈跟踪）
  • 添加上下文信息（如用户ID、请求数据等）
  • 使用适当的日志级别（ERROR用于异常情况）
  • 避免记录敏感信息
try {
    ProcessOrder(order);
}
catch (Exception ex) {
    _logger.Error(ex, "处理订单失败. 订单ID: {OrderId}, 用户: {UserId}", 
        order.Id, order.UserId);
    throw;
}

7.2 异常监控集成

  • 使用APM工具（如Application Insights, New Relic）
  • 设置异常警报阈值
  • 跟踪异常率和趋势

八、常见反模式

  1. 吞没异常：捕获异常但不做任何处理
   try { /* ... */ } catch { /* 空块 */ }
  1. 过度泛化的catch块：只捕获Exception而不处理特定异常
  2. 抛出System.Exception：总是抛出最具体的异常类型
  3. 使用异常进行流程控制：如使用异常替代条件检查
  4. 不安全的异常信息暴露：向最终用户显示原始异常消息

结语

良好的异常处理是专业C#开发的重要标志。通过遵循这些最佳实践，您可以构建出更加健壮、可维护且用户友好的应用程序。记住，异常处理的目标不是消除所有异常，而是以可控的方式管理它们，提供有意义的错误信息，并在可能的情况下恢复应用程序的正常状态。

随着C#语言的演进，异常处理模式也在不断发展。保持对这些最佳实践的关注，并根据具体应用场景进行调整，将帮助您编写出更高质量的代码。

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