Đọc stack trace và cause chain — giữ dấu vết lỗi qua mọi layer

TL;DR: Stack trace là log ghi lại đường đi của exception qua call stack — JVM build nó ngay lúc new Exception() qua native method fillInStackTrace(), trước cả khi throw. Đọc từ trên xuống: dòng đầu là nơi exception sinh ra, dòng cuối là điểm bắt đầu call stack, "Caused by:" là exception gốc bị wrap. Khi bắt exception ở layer thấp rồi ném exception mới ở layer cao, luôn truyền cause vào constructor — quên cause là mất toàn bộ thông tin lỗi gốc, pitfall debug số 1 của Java. Suppressed exception (Java 7+) đảm bảo exception phát sinh lúc close resource không đè mất exception chính.

Mở log production thấy:

RuntimeException: user not found
    at UserRepository.findById(UserRepository.java:42)
    at UserService.getCurrentUser(UserService.java:18)
    at UserController.profile(UserController.java:25)
    at ...
Caused by: SQLException: connection refused: localhost:5432
    at org.postgresql.Driver.connect(Driver.java:456)

10 giây sau, bạn biết chính xác lỗi gì (user not found), ở đâu (UserRepository dòng 42), qua đường nào (controller → service → repository), và nguyên nhân gốc (DB connection refused).

Không có stack trace, bạn sẽ mất hàng giờ đoán mò. Debug Java production thực sự dựa vào stack trace — đây là công cụ số 1 của developer.

Bài này tập trung vào đọc và giữ dấu vết lỗi:

• Stack trace là gì, JVM build thế nào, đọc thế nào cho nhanh.
• Cause chain — wrap exception qua layer mà không mất thông tin.
• Suppressed exception — exception trong lúc close không đè exception chính.

Bài 1 đã cover cú pháp try/catch/finally. Phần cơ chế bytecode (exception table) và chi phí của exception đi vào bài 3.

1. Stack trace — bản đồ đi qua call stack

Stack trace là log ghi lại đường đi của exception qua call stack.

Ví dụ cơ bản

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        level1();
    }
    static void level1() { level2(); }
    static void level2() { level3(); }
    static void level3() {
        throw new RuntimeException("something failed");
    }
}

Chạy → JVM in:

Exception in thread "main" java.lang.RuntimeException: something failed
    at Demo.level3(Demo.java:9)
    at Demo.level2(Demo.java:7)
    at Demo.level1(Demo.java:6)
    at Demo.main(Demo.java:4)

Đọc stack trace:

• Dòng đầu: java.lang.RuntimeException: something failed — class exception + message.
• Dòng 2: at Demo.level3(Demo.java:9) — điểm ném — method level3 tại file Demo.java dòng 9.
• Dòng 3-5: caller chain từ gần đến xa gốc — level2 → level1 → main.

Đọc từ trên xuống = đọc theo thứ tự gọi ngược. Dòng trên cùng (sau exception name) là nơi exception sinh ra. Dòng cuối cùng là điểm bắt đầu của call stack.

Chiến lược đọc stack trace production

1. Dòng đầu — xem class + message → hiểu loại lỗi.
2. Dòng 2-5 — code của bạn — thường nguyên nhân nằm đây.
3. Dòng sâu hơn — framework/stdlib — bỏ qua trừ khi thật sự cần.
4. Tìm "Caused by:" — nếu có, là exception gốc wrapped — đọc tương tự.

2. Stack trace được build thế nào

Khi new RuntimeException(...) tạo, constructor của Throwable gọi fillInStackTrace() — native method. JVM walk qua call stack hiện tại, ghi lại mỗi stack frame:

• Class name.
• Method name.
• File name (từ metadata bytecode SourceFile attribute).
• Line number (từ metadata bytecode LineNumberTable attribute — compile với -g).

Kết quả array StackTraceElement[] lưu trong Throwable object, kể cả khi chưa throw. Chỉ in ra khi gọi printStackTrace().

Walk stack có chi phí — khoảng 1-10 microsecond mỗi exception tuỳ stack depth. Với workload bình thường (vài exception mỗi request) hoàn toàn không đáng kể; với hot path throw hàng triệu lần mỗi giây thì thành bottleneck. Bài 3 mổ xẻ chi phí này và các kỹ thuật tối ưu.

StackTraceElement — truy cập programmatic

try { ... }
catch (Exception e) {
    StackTraceElement[] trace = e.getStackTrace();
    for (StackTraceElement frame : trace) {
        System.out.println(frame.getClassName() + "." + frame.getMethodName()
            + " (" + frame.getFileName() + ":" + frame.getLineNumber() + ")");
    }
}

Dùng khi cần xử lý stack trace thủ công — log aggregator, bug report tool, monitoring dashboard.

3. Cause chain — wrap exception qua layer

Khi bắt exception ở layer thấp rồi throw exception mới ở layer cao, giữ cause:

public User findUser(long id) {
    try {
        return jdbcTemplate.findById(id);
    } catch (SQLException e) {
        throw new UserRepositoryException("Failed to find user " + id, e);
        //                                                                  ^ cause!
    }
}

UserRepositoryException mang message mới (domain level), nhưng SQLException gốc lưu trong cause chain. Stack trace in ra:

UserRepositoryException: Failed to find user 42
    at UserRepository.findUser(UserRepository.java:25)
    at UserService.getUser(UserService.java:12)
    ...
Caused by: java.sql.SQLException: connection refused: localhost:5432
    at org.postgresql.Driver.connect(Driver.java:456)
    ...

"Caused by" giữ toàn bộ chain — developer thấy cả tầng domain và tầng thấp. Mất cause = mất context = debug khó.

Sơ đồ luồng wrap qua layer:

graph TD
    A["Repository: SQLException (loi goc)"] -->|"new UserRepositoryException(msg, e)"| B["Service: UserRepositoryException mang cause"]
    B -->|propagate| C["Controller / global handler"]
    C --> D["Log: stack trace day du + Caused by: SQLException"]

Pattern wrap với constructor

Custom exception phải có constructor nhận (String message, Throwable cause):

public class UserRepositoryException extends RuntimeException {
    public UserRepositoryException(String msg, Throwable cause) {
        super(msg, cause);   // Luu cause vao Throwable
    }
}

super(msg, cause) lưu cause qua Throwable.initCause(cause). Stack trace print đi qua cause tự động.

Mất cause — bug thường gặp

catch (IOException e) {
    throw new RuntimeException("bad");   // Mat stack trace goc!
}

Stack trace sau chỉ show "RuntimeException: bad" — không có Caused by. Developer mất thông tin lỗi thực sự.

Fix: truyền cause:

throw new RuntimeException("bad", e);

Rule: không bao giờ bỏ cause khi wrap.

getCause() — truy cập programmatic

catch (UserRepositoryException e) {
    Throwable cause = e.getCause();
    if (cause instanceof SQLException sql) {
        // Handle SQL-specific case - retry if timeout
    }
}

Walk cause chain:

Throwable cur = e;
while (cur != null) {
    log.error("Layer: " + cur.getMessage());
    cur = cur.getCause();
}

Hữu ích cho logging có cấu trúc, hoặc match lỗi theo root cause.

4. Suppressed exception (Java 7+)

Case đặc biệt: exception trong finally đè exception chính:

try {
    throw new FirstException();
} finally {
    throw new SecondException();   // De FirstException
}

FirstException mất (bị overwritten bởi SecondException). Debug khó vì không biết exception gốc.

Java 7 thêm suppressed exception — exception phụ được ghi đè nhưng vẫn lưu trong object:

try (Resource r = openResource()) {
    doWork(r);   // throw ConnectException
    // close() throw IOException khi try-with-resources close
}

Primary exception: ConnectException. Suppressed: IOException from close. JVM in:

ConnectException: connect failed
    at ...
    Suppressed: IOException: close failed
        at Resource.close(...)

try-with-resources tự động handle suppressed. Thủ công:

try {
    primary.addSuppressed(secondary);
    throw primary;
} ...

5. Ví dụ cause chain + suppressed combined

public class DbOps {
    public void processOrder(long orderId) {
        try (Connection conn = dataSource.getConnection()) {
            PreparedStatement stmt = conn.prepareStatement("...");
            stmt.setLong(1, orderId);
            stmt.executeUpdate();
        } catch (SQLException e) {
            throw new OrderProcessingException("Failed to process order " + orderId, e);
        }
    }
}

public class OrderProcessingException extends RuntimeException {
    public OrderProcessingException(String msg, Throwable cause) {
        super(msg, cause);
    }
}

Giả sử: SQL fail + connection close cũng fail. Stack trace:

OrderProcessingException: Failed to process order 42
    at DbOps.processOrder(DbOps.java:8)
    at OrderService.handle(...)
Caused by: SQLException: deadlock detected
    at ...
    Suppressed: SQLException: connection already closed
        at Connection.close(...)

Thông tin đầy đủ:

• Primary: domain-level OrderProcessingException với message business.
• Caused by: lỗi gốc SQLException: deadlock — developer biết retry với backoff.
• Suppressed: SQLException: connection already closed — context phụ, không phải root cause.

Debug ticket chỉ cần "order 42, deadlock, retry" — đã đủ actionable.

6. Pitfall tổng hợp

❌ Nhầm 1: Mất cause khi wrap.

catch (IOException e) { throw new RuntimeException("failed"); }

✅ Truyền cause: new RuntimeException("failed", e).

❌ Nhầm 2: printStackTrace() production.

e.printStackTrace();

✅ log.error(message, e); — dùng logger framework.

❌ Nhầm 3: Throw Throwable/Exception chung trong API.

public void foo() throws Throwable { ... }

✅ Declare cụ thể: throws IOException, SQLException.

❌ Nhầm 4: Quên suppressed exception khi handle resource manual.

try {
    doWork();
} finally {
    resource.close();   // Co the throw, de primary exception
}

✅ Try-with-resources auto handle, hoặc manual:

try { doWork(); }
catch (Exception primary) {
    try { resource.close(); }
    catch (Exception secondary) { primary.addSuppressed(secondary); }
    throw primary;
}

7. 📚 Deep Dive Oracle

8. Tóm tắt

• Stack trace = log đường đi qua method. Build lúc new Exception() qua fillInStackTrace() native, kể cả khi chưa throw.
• Đọc stack trace: dòng đầu = nơi ném, dòng sau = caller chain, "Caused by:" = exception gốc.
• Chiến lược production: class + message → frame code của bạn → tìm "Caused by".
• Cause chain: new X(msg, cause) giữ exception gốc qua layer. getCause() truy cập. Luôn giữ cause khi wrap.
• Mất cause khi wrap = mất thông tin lỗi thực sự — pitfall debug số 1.
• Suppressed exception (Java 7+): exception phụ lúc close không đè primary. addSuppressed cho code manual, try-with-resources tự lo.
• Chi phí build stack trace ~1-10μs/exception — chi tiết cost + tối ưu ở bài 3.

9. Tự kiểm tra

RuntimeException: user not found
  at UserRepository.findById(UserRepository.java:42)
  at UserService.getCurrentUser(UserService.java:18)
  at UserController.profile(UserController.java:25)
  at java.base/jdk.internal.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
  at ...

try {
  connectDb();
} catch (SQLException e) {
  throw new DataAccessException("DB failed");
}

DataAccessException: DB failed
  at ...

throw new DataAccessException("DB failed", e);

public class DataAccessException extends RuntimeException {
  public DataAccessException(String msg, Throwable cause) {
      super(msg, cause);
  }
}

Throwable root = e;
while (root.getCause() != null) {
  root = root.getCause();
}
// root la exception goc nhat

try {
  throw new ConnectException();   // primary
} finally {
  resource.close();   // throw IOException - de ConnectException
}
// Caller chi thay IOException, mat ConnectException

ConnectException: connect failed
  at ...
  Suppressed: IOException: close failed
      at Resource.close(...)

try { doWork(); }
catch (Exception primary) {
  try { resource.close(); }
  catch (Exception secondary) { primary.addSuppressed(secondary); }
  throw primary;
}

Bài tiếp theo: Exception table và cost của exception — throw rẻ, tạo đắt