JavaScript错误处理和堆栈追踪浅析

有时我们会忽略错误处理和堆栈追踪的一些细节, 但是这些细节对于写与测试或错误处理相关的库来说是非常有用的. 例如这周, 对于 Chai
就有一个非常棒的PR, 该PR极大地改善了我们处理堆栈的方式, 当用户的断言失败的时候, 我们会给予更多的提示信息(帮助用户进行定位).

合理地处理堆栈信息能使你清除无用的数据, 而只专注于有用的数据. 同时, 当更好地理解 Errors 对象及其相关属性之后, 能有助于你更充分地利用 Errors.

(函数的)调用栈是怎么工作的

在谈论错误之前, 先要了解下(函数的)调用栈的原理:

当有一个函数被调用的时候, 它就被压入到堆栈的顶部, 该函数运行完成之后, 又会从堆栈的顶部被移除.

堆栈的数据结构就是后进先出, 以 LIFO (last in, first out) 著称.

例如:

1. function c() { 
2.  
3.     console.log('c'); 
4.  
5. } 
6.  
7.   
8.  
9. function b() { 
10.  
11.     console.log('b'); 
12.  
13.     c(); 
14.  
15. } 
16.  
17.   
18.  
19. function a() { 
20.  
21.     console.log('a'); 
22.  
23.     b(); 
24.  
25. } 
26.  
27.   
28.  
29. a();  

在上述的示例中, 当函数 a 运行时, 其会被添加到堆栈的顶部. 然后, 当函数 b 在函数 a 的内部被调用时, 函数 b 会被压入到堆栈的顶部. 当函数 c 在函数 b 的内部被调用时也会被压入到堆栈的顶部.

当函数 c 运行时, 堆栈中就包含了 a, b 和 c(按此顺序).

当函数 c 运行完毕之后, 就会从堆栈的顶部被移除, 然后函数调用的控制流就回到函数 b. 函数 b 运行完之后, 也会从堆栈的顶部被移除, 然后函数调用的控制流就回到函数 a. 最后, 函数 a 运行完成之后也会从堆栈的顶部被移除.

为了更好地在demo中演示堆栈的行为, 可以使用 console.trace() 在控制台输出当前的堆栈数据. 同时, 你要以从上至下的顺序阅读输出的堆栈数据.

1. function c() { 
2.  
3.     console.log('c'); 
4.  
5.     console.trace(); 
6.  
7. } 
8.  
9.   
10.  
11. function b() { 
12.  
13.     console.log('b'); 
14.  
15.     c(); 
16.  
17. } 
18.  
19.   
20.  
21. function a() { 
22.  
23.     console.log('a'); 
24.  
25.     b(); 
26.  
27. } 
28.  
29.   
30. a();  

在 Node 的 REPL 模式中运行上述代码会得到如下输出:

1. Trace 
2.  
3.     at c (repl:3:9) 
4.  
5.     at b (repl:3:1) 
6.  
7.     at a (repl:3:1) 
8.  
9.     at repl:1:1 // <-- For now feel free to ignore anything below this point, these are Node's internals 
10.  
11.     at realRunInThisContextScript (vm.js:22:35) 
12.  
13.     at sigintHandlersWrap (vm.js:98:12) 
14.  
15.     at ContextifyScript.Script.runInThisContext (vm.js:24:12) 
16.  
17.     at REPLServer.defaultEval (repl.js:313:29) 
18.  
19.     at bound (domain.js:280:14) 
20.  
21.     at REPLServer.runBound [as eval] (domain.js:293:12)  

正如所看到的, 当从函数 c 中输出时, 堆栈中包含了函数 a, b 以及c.

如果在函数 c 运行完成之后, 在函数 b 中输出当前的堆栈数据, 就会看到函数 c 已经从堆栈的顶部被移除, 此时堆栈中仅包括函数 a 和 b.

1. function c() { 
2.  
3.     console.log('c'); 
4.  
5. } 
6.  
7.   
8.  
9. function b() { 
10.  
11.     console.log('b'); 
12.  
13.     c(); 
14.  
15.     console.trace(); 
16.  
17. } 
18.  
19.   
20.  
21. function a() { 
22.  
23.     console.log('a'); 
24.  
25.     b(); 
26.  
27. }  

正如所看到的, 函数 c 运行完成之后, 已经从堆栈的顶部被移除.

1. Trace 
2.  
3.     at b (repl:4:9) 
4.  
5.     at a (repl:3:1) 
6.  
7.     at repl:1:1  // <-- For now feel free to ignore anything below this point, these are Node's internals 
8.  
9.     at realRunInThisContextScript (vm.js:22:35) 
10.  
11.     at sigintHandlersWrap (vm.js:98:12) 
12.  
13.     at ContextifyScript.Script.runInThisContext (vm.js:24:12) 
14.  
15.     at REPLServer.defaultEval (repl.js:313:29) 
16.  
17.     at bound (domain.js:280:14) 
18.  
19.     at REPLServer.runBound [as eval] (domain.js:293:12) 
20.  
21.     at REPLServer.onLine (repl.js:513:10)  

Error对象和错误处理

当程序运行出现错误时, 通常会抛出一个 Error 对象. Error 对象可以作为用户自定义错误对象继承的原型.

Error.prototype 对象包含如下属性：

• constructor–指向实例的构造函数
• message–错误信息
• name–错误的名字(类型)

上述是 Error.prototype 的标准属性, 此外, 不同的运行环境都有其特定的属性. 在例如 Node, Firefox,
Chrome, Edge, IE 10+, Opera 以及 Safari 6+ 这样的环境中, Error 对象具备 stack 属性,
该属性包含了错误的堆栈轨迹. 一个错误实例的堆栈轨迹包含了自构造函数之后的所有堆栈结构.

如果想了解更多关于 Error 对象的特定属性, 可以阅读 MDN 上的这篇文章.

为了抛出一个错误, 必须使用 throw 关键字. 为了 catch 一个抛出的错误, 必须使用 try...catch 包含可能跑出错误的代码. Catch的参数是被跑出的错误实例.

如 Java 一样, JavaScript 也允许在 try/catch 之后使用 finally 关键字. 在处理完错误之后, 可以在finally 语句块作一些清除工作.

在语法上, 你可以使用 try 语句块而其后不必跟着 catch 语句块, 但必须跟着 finally 语句块. 这意味着有三种不同的 try 语句形式:

• try...catch
• try...finally
• try...catch...finally

Try语句内还可以在嵌入 try 语句:

1. try { 
2.  
3.     try { 
4.  
5.         throw new Error('Nested error.'); // The error thrown here will be caught by its own `catch` clause 
6.  
7.     } catch (nestedErr) { 
8.  
9.         console.log('Nested catch'); // This runs 
10.  
11.     } 
12.  
13. } catch (err) { 
14.  
15.     console.log('This will not run.'); 
16.  
17. }  

也可以在 catch 或 finally 中嵌入 try 语句:

1. try { 
2.  
3.     console.log('The try block is running...'); 
4.  
5. } finally { 
6.  
7.     try { 
8.  
9.         throw new Error('Error inside finally.'); 
10.  
11.     } catch (err) { 
12.  
13.         console.log('Caught an error inside the finally block.'); 
14.  
15.     } 
16.  
17. }  

需要重点说明一下的是在抛出错误时, 可以只抛出一个简单值而不是 Error 对象. 尽管这看起来看酷并且是允许的,
但这并不是一个推荐的做法, 尤其是对于一些需要处理他人代码的库和框架的开发者, 因为没有标准可以参考, 也无法得知会从用户那里得到什么.
你不能信任用户会抛出 Error 对象, 因为他们可能不会这么做, 而是简单的抛出一个字符串或者数值.
这也意味着很难去处理堆栈信息和其它元信息.

例如:

1. function runWithoutThrowing(func) { 
2.  
3.     try { 
4.  
5.         func(); 
6.  
7.     } catch (e) { 
8.  
9.         console.log('There was an error, but I will not throw it.'); 
10.  
11.         console.log('The error\'s message was: ' + e.message) 
12.  
13.     } 
14.  
15. } 
16.  
17.   
18.  
19. function funcThatThrowsError() { 
20.  
21.     throw new TypeError('I am a TypeError.'); 
22.  
23. } 
24.  
25.   
26.  
27. runWithoutThrowing(funcThatThrowsError);  

如果用户传递给函数 runWithoutThrowing 的参数抛出了一个错误对象, 上面的代码能正常捕获错误. 然后, 如果是抛出一个字符串, 就会碰到一些问题了:

1. function runWithoutThrowing(func) { 
2.  
3.     try { 
4.  
5.         func(); 
6.  
7.     } catch (e) { 
8.  
9.         console.log('There was an error, but I will not throw it.'); 
10.  
11.         console.log('The error\'s message was: ' + e.message) 
12.  
13.     } 
14.  
15. } 
16.  
17.   
18.  
19. function funcThatThrowsString() { 
20.  
21.     throw 'I am a String.'; 
22.  
23. } 
24.  
25.   
26.  
27. runWithoutThrowing(funcThatThrowsString);  

现在第二个 console.log 会输出undefined. 这看起来不是很重要, 但如果你需要确保 Error
对象有一个特定的属性或者用另一种方式来处理 Error 对象的特定属性(例如 Chai的throws断言的做法),
你就得做大量的工作来确保程序的正确运行.

同时, 如果抛出的不是 Error 对象, 也就获取不到 stack 属性.

Errors 也可以被作为其它对象, 你也不必抛出它们, 这也是为什么大多数回调函数把 Errors 作为第一个参数的原因. 例如:

1. const fs = require('fs'); 
2.  
3.   
4.  
5. fs.readdir('/example/i-do-not-exist', function callback(err, dirs) { 
6.  
7.     if (err instanceof Error) { 
8.  
9.         // `readdir` will throw an error because that directory does not exist 
10.  
11.         // We will now be able to use the error object passed by it in our callback function 
12.  
13.         console.log('Error Message: ' + err.message); 
14.  
15.         console.log('See? We can use Errors without using try statements.'); 
16.  
17.     } else { 
18.  
19.         console.log(dirs); 
20.  
21.     } 
22.  
23. });  

最后, Error 对象也可以用于 rejected promise, 这使得很容易处理 rejected promise:

1. new Promise(function(resolve, reject) { 
2.  
3.     reject(new Error('The promise was rejected.')); 
4.  
5. }).then(function() { 
6.  
7.     console.log('I am an error.'); 
8.  
9. }).catch(function(err) { 
10.  
11.     if (err instanceof Error) { 
12.  
13.         console.log('The promise was rejected with an error.'); 
14.  
15.         console.log('Error Message: ' + err.message); 
16.  
17.     } 
18.  
19. });  

处理堆栈

这一节是针对支持 Error.captureStackTrace的运行环境, 例如Nodejs.

Error.captureStackTrace 的第一个参数是 object, 第二个可选参数是一个
function.Error.captureStackTrace 会捕获堆栈信息, 并在第一个参数中创建 stack
属性来存储捕获到的堆栈信息. 如果提供了第二个参数, 该函数将作为堆栈调用的终点. 因此, 捕获到的堆栈信息将只显示该函数调用之前的信息.

用下面的两个demo来解释一下. 第一个, 仅将捕获到的堆栈信息存于一个普通的对象之中:

1. const myObj = {}; 
2.  
3.   
4.  
5. function c() { 
6.  
7. } 
8.  
9.   
10.  
11. function b() { 
12.  
13.     // Here we will store the current stack trace into myObj 
14.  
15.     Error.captureStackTrace(myObj); 
16.  
17.     c(); 
18.  
19. } 
20.  
21.   
22.  
23. function a() { 
24.  
25.     b(); 
26.  
27. } 
28.  
29.   
30.  
31. // First we will call these functions 
32.  
33. a(); 
34.  
35.   
36.  
37. // Now let's see what is the stack trace stored into myObj.stack 
38.  
39. console.log(myObj.stack); 
40.  
41.   
42.  
43. // This will print the following stack to the console: 
44.  
45. //    at b (repl:3:7) <-- Since it was called inside B, the B call is the last entry in the stack 
46.  
47. //    at a (repl:2:1) 
48.  
49. //    at repl:1:1 <-- Node internals below this line 
50.  
51. //    at realRunInThisContextScript (vm.js:22:35) 
52.  
53. //    at sigintHandlersWrap (vm.js:98:12) 
54.  
55. //    at ContextifyScript.Script.runInThisContext (vm.js:24:12) 
56.  
57. //    at REPLServer.defaultEval (repl.js:313:29) 
58.  
59. //    at bound (domain.js:280:14) 
60.  
61. //    at REPLServer.runBound [as eval] (domain.js:293:12) 
62.  
63. //    at REPLServer.onLine (repl.js:513:10)  

从上面的示例可以看出, 首先调用函数 a(被压入堆栈), 然后在 a 里面调用函数 b(被压入堆栈且在a之上), 然后在 b 中捕获到当前的堆栈信息, 并将其存储到 myObj 中. 所以, 在控制台输出的堆栈信息中仅包含了 a和 b 的调用信息.

现在, 我们给 Error.captureStackTrace 传递一个函数作为第二个参数, 看下输出信息:

1. const myObj = {}; 
2.  
3.   
4.  
5. function d() { 
6.  
7.     // Here we will store the current stack trace into myObj 
8.  
9.     // This time we will hide all the frames after `b` and `b` itself 
10.  
11.     Error.captureStackTrace(myObj, b); 
12.  
13. } 
14.  
15.   
16.  
17. function c() { 
18.  
19.     d(); 
20.  
21. } 
22.  
23.   
24.  
25. function b() { 
26.  
27.     c(); 
28.  
29. } 
30.  
31.   
32.  
33. function a() { 
34.  
35.     b(); 
36.  
37. } 
38.  
39.   
40.  
41. // First we will call these functions 
42.  
43. a(); 
44.  
45.   
46.  
47. // Now let's see what is the stack trace stored into myObj.stack 
48.  
49. console.log(myObj.stack); 
50.  
51.   
52.  
53. // This will print the following stack to the console: 
54.  
55. //    at a (repl:2:1) <-- As you can see here we only get frames before `b` was called 
56.  
57. //    at repl:1:1 <-- Node internals below this line 
58.  
59. //    at realRunInThisContextScript (vm.js:22:35) 
60.  
61. //    at sigintHandlersWrap (vm.js:98:12) 
62.  
63. //    at ContextifyScript.Script.runInThisContext (vm.js:24:12) 
64.  
65. //    at REPLServer.defaultEval (repl.js:313:29) 
66.  
67. //    at bound (domain.js:280:14) 
68.  
69. //    at REPLServer.runBound [as eval] (domain.js:293:12) 
70.  
71. //    at REPLServer.onLine (repl.js:513:10) 
72.  
73. //    at emitOne (events.js:101:20)  

当将函数 b 作为第二个参数传给 Error.captureStackTraceFunction 时, 输出的堆栈就只包含了函数 b
调用之前的信息(尽管 Error.captureStackTraceFunction 是在函数 d 中调用的),
这也就是为什么只在控制台输出了 a. 这样处理方式的好处就是用来隐藏一些与用户无关的内部实现细节.

作者：佚名

来源：51CTO