Что такое stack trace, и как с его помощью находить ошибки при разработке приложений?

Иногда при запуске своего приложения я получаю подобную ошибку:
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException at com.example.myproject.Book.getTitle(Book.java:16) at com.example.myproject.Author.getBookTitles(Author.java:25) at com.example.myproject.Bootstrap.main(Bootstrap.java:14)
Мне сказали, что это называется «трассировкой стека» или «stack trace». Что такое трассировка? Какую полезную информацию об ошибке в разрабатываемой программе она содержит?

Немного по существу: довольно часто я вижу вопросы, в которых начинающие разработчики, получая ошибку, просто берут трассировки стека и какой-либо случайный фрагмент кода без понимания, что собой представляет трассировка и как с ней работать. Данный вопрос предназначен специально для начинающих разработчиков, которым может понадобиться помощь в понимании ценности трассировки стека вызовов.
Перевод вопроса: «What is a stack trace, and how can I use it to debug my application errors?» @Rob Hruska

Ответ

Простыми словами, трассировка стека – это список методов, которые были вызваны до момента, когда в приложении произошло исключение.
Простой случай
В указанном примере мы можем точно определить, когда именно произошло исключение. Рассмотрим трассировку стека:
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException at com.example.myproject.Book.getTitle(Book.java:16) at com.example.myproject.Author.getBookTitles(Author.java:25) at com.example.myproject.Bootstrap.main(Bootstrap.java:14)
Это пример очень простой трассировки. Если пойти по списку строк вида «at…» с самого начала, мы можем понять, где произошла ошибка. Мы смотрим на верхний вызов функции. В нашем случае, это:
at com.example.myproject.Book.getTitle(Book.java:16)
Для отладки этого фрагмента открываем Book.java и смотрим, что находится на строке 16
public String getTitle() { System.out.println(title.toString()); <-- line 16 return title; }
Это означает то, что в приведенном фрагменте кода какая-то переменная (вероятно, title) имеет значение null
Пример цепочки исключений
Иногда приложения перехватывают исключение и выбрасывают его в виде другого исключения. Обычно это выглядит так:
try { .... } catch (NullPointerException e) { throw new IllegalStateException("A book has a null property", e) }
Трассировка в этом случае может иметь следующий вид:
Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: A book has a null property at com.example.myproject.Author.getBookIds(Author.java:38) at com.example.myproject.Bootstrap.main(Bootstrap.java:14) Caused by: java.lang.NullPointerException at com.example.myproject.Book.getId(Book.java:22) at com.example.myproject.Author.getBookIds(Author.java:35) ... 1 more
В этом случае разница состоит в атрибуте "Caused by" («Чем вызвано»). Иногда исключения могут иметь несколько секций "Caused by". Обычно необходимо найти исходную причину, которой оказывается в самой последней (нижней) секции "Caused by" трассировки. В нашем случае, это:
Caused by: java.lang.NullPointerException <-- root cause at com.example.myproject.Book.getId(Book.java:22) <-- important line
Аналогично, при подобном исключении необходимо обратиться к строке 22 книги Book.java, чтобы узнать, что вызвало данное исключение – NullPointerException
Еще один пугающий пример с библиотечным кодом
Как правило, трассировка имеет гораздо более сложный вид, чем в рассмотренных выше случаях. Приведу пример (длинная трассировка, демонстрирующая несколько уровней цепочек исключений):
javax.servlet.ServletException: Произошло что–то ужасное at com.example.myproject.OpenSessionInViewFilter.doFilter(OpenSessionInViewFilter.java:60) at org.mortbay.jetty.servlet.ServletHandler$CachedChain.doFilter(ServletHandler.java:1157) at com.example.myproject.ExceptionHandlerFilter.doFilter(ExceptionHandlerFilter.java:28) at org.mortbay.jetty.servlet.ServletHandler$CachedChain.doFilter(ServletHandler.java:1157) at com.example.myproject.OutputBufferFilter.doFilter(OutputBufferFilter.java:33) at org.mortbay.jetty.servlet.ServletHandler$CachedChain.doFilter(ServletHandler.java:1157) at org.mortbay.jetty.servlet.ServletHandler.handle(ServletHandler.java:388) at org.mortbay.jetty.security.SecurityHandler.handle(SecurityHandler.java:216) at org.mortbay.jetty.servlet.SessionHandler.handle(SessionHandler.java:182) at org.mortbay.jetty.handler.ContextHandler.handle(ContextHandler.java:765) at org.mortbay.jetty.webapp.WebAppContext.handle(WebAppContext.java:418) at org.mortbay.jetty.handler.HandlerWrapper.handle(HandlerWrapper.java:152) at org.mortbay.jetty.Server.handle(Server.java:326) at org.mortbay.jetty.HttpConnection.handleRequest(HttpConnection.java:542) at org.mortbay.jetty.HttpConnection$RequestHandler.content(HttpConnection.java:943) at org.mortbay.jetty.HttpParser.parseNext(HttpParser.java:756) at org.mortbay.jetty.HttpParser.parseAvailable(HttpParser.java:218) at org.mortbay.jetty.HttpConnection.handle(HttpConnection.java:404) at org.mortbay.jetty.bio.SocketConnector$Connection.run(SocketConnector.java:228) at org.mortbay.thread.QueuedThreadPool$PoolThread.run(QueuedThreadPool.java:582) Caused by: com.example.myproject.MyProjectServletException at com.example.myproject.MyServlet.doPost(MyServlet.java:169) at javax.servlet.http.HttpServlet.service(HttpServlet.java:727) at javax.servlet.http.HttpServlet.service(HttpServlet.java:820) at org.mortbay.jetty.servlet.ServletHolder.handle(ServletHolder.java:511) at org.mortbay.jetty.servlet.ServletHandler$CachedChain.doFilter(ServletHandler.java:1166) at com.example.myproject.OpenSessionInViewFilter.doFilter(OpenSessionInViewFilter.java:30) ... 27 more Caused by: org.hibernate.exception.ConstraintViolationException: could not insert: [com.example.myproject.MyEntity] at org.hibernate.exception.SQLStateConverter.convert(SQLStateConverter.java:96) at org.hibernate.exception.JDBCExceptionHelper.convert(JDBCExceptionHelper.java:66) at org.hibernate.id.insert.AbstractSelectingDelegate.performInsert(AbstractSelectingDelegate.java:64) at org.hibernate.persister.entity.AbstractEntityPersister.insert(AbstractEntityPersister.java:2329) at org.hibernate.persister.entity.AbstractEntityPersister.insert(AbstractEntityPersister.java:2822) at org.hibernate.action.EntityIdentityInsertAction.execute(EntityIdentityInsertAction.java:71) at org.hibernate.engine.ActionQueue.execute(ActionQueue.java:268) at org.hibernate.event.def.AbstractSaveEventListener.performSaveOrReplicate(AbstractSaveEventListener.java:321) at org.hibernate.event.def.AbstractSaveEventListener.performSave(AbstractSaveEventListener.java:204) at org.hibernate.event.def.AbstractSaveEventListener.saveWithGeneratedId(AbstractSaveEventListener.java:130) at org.hibernate.event.def.DefaultSaveOrUpdateEventListener.saveWithGeneratedOrRequestedId(DefaultSaveOrUpdateEventListener.java:210) at org.hibernate.event.def.DefaultSaveEventListener.saveWithGeneratedOrRequestedId(DefaultSaveEventListener.java:56) at org.hibernate.event.def.DefaultSaveOrUpdateEventListener.entityIsTransient(DefaultSaveOrUpdateEventListener.java:195) at org.hibernate.event.def.DefaultSaveEventListener.performSaveOrUpdate(DefaultSaveEventListener.java:50) at org.hibernate.event.def.DefaultSaveOrUpdateEventListener.onSaveOrUpdate(DefaultSaveOrUpdateEventListener.java:93) at org.hibernate.impl.SessionImpl.fireSave(SessionImpl.java:705) at org.hibernate.impl.SessionImpl.save(SessionImpl.java:693) at org.hibernate.impl.SessionImpl.save(SessionImpl.java:689) at sun.reflect.GeneratedMethodAccessor5.invoke(Unknown Source) at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:25) at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:597) at org.hibernate.context.ThreadLocalSessionContext$TransactionProtectionWrapper.invoke(ThreadLocalSessionContext.java:344) at $Proxy19.save(Unknown Source) at com.example.myproject.MyEntityService.save(MyEntityService.java:59) <-- relevant call (see notes below) at com.example.myproject.MyServlet.doPost(MyServlet.java:164) ... 32 more Caused by: java.sql.SQLException: Violation of unique constraint MY_ENTITY_UK_1: duplicate value(s) for column(s) MY_COLUMN in statement [...] at org.hsqldb.jdbc.Util.throwError(Unknown Source) at org.hsqldb.jdbc.jdbcPreparedStatement.executeUpdate(Unknown Source) at com.mchange.v2.c3p0.impl.NewProxyPreparedStatement.executeUpdate(NewProxyPreparedStatement.java:105) at org.hibernate.id.insert.AbstractSelectingDelegate.performInsert(AbstractSelectingDelegate.java:57) ... 54 more
В этом примере приведен далеко не полный стек вызовов. Что вызывает здесь наибольший интерес, так это поиск функций из нашего кода – из пакета com.example.myproject. В предыдущем примере мы сначала хотели отыскать «первопричину», а именно:
Caused by: java.sql.SQLException
Однако все вызовы методов в данном случае относятся к библиотечному коду. Поэтому мы перейдем к предыдущей секции «Caused by» и найдем первый вызов метода из нашего кода, а именно:
at com.example.myproject.MyEntityService.save(MyEntityService.java:59)
Аналогично предыдущим примерам, необходимо обратить внимание на MyEntityService.java, строка 59: именно здесь появилась ошибка (в данном случае ситуация довольно очевидная, так как об ошибке сообщает SQLException, но в этом вопросе мы рассматриваем именно процедуру отладки с помощью трассировки).
Перевод ответа: «What is a stack trace, and how can I use it to debug my application errors?» @Rob Hruska