Day15：异常

任务 使用异常处理机制解决问题

关键步骤如下:
➢使用try-catch 块处理异常。
➢使用try-catch-finally块处理异常。
➢使用多重catch块处理异常。
➢自定义异常。

异常概述

1.认识异常

异常是指在程序的运行过程中所发生的不正常事件，如所需文件找不到、网络连接不通或连接中断、算术运算出错(如被零除)、数组下标越界、装载一个不存 在的类、对null对象操作、类型转换异常等。异常会中断正在运行的程序。
下面通过示例1认识程序中的异常。
示例1
编写程序实现根据提示输入被除数和除数，计算并输出商，最后输出“感谢使用本程序!”信息。
关键代码:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入被除数:");
        int num1 = in.nextInt();
        System.out.print("请输入除数:");
        int num2 = in.nextInt();
        System.out.println(String.format("%d/%d=%d", num1, num2, num1 / num2));
        System.out.println("感谢使用本程序!");
    }
}

代码分析如下。
在示例1的代码中，“String.format(”%d/%d=%d", num1, num2, num1 / num2);"使
用了指定的格式字符串和参数返回一个格各式化字符串，此处将num1, num2, 和numl/mum2都以整型的形式输出。

正常情况下，用户会按照系统的提示输入整数，除数不能为0。

但是，如果用户没有按要求进行输入，如被除数输入了“B"，则程序运行时将会发生异常

若除数输入了“0”，则程序运行时也将发生异常。

一旦 出现异常程序将会立刻结束，不仅计算和输出商的语句不会执行，就连输出“感谢使用本程序!”的语句也不会执行。可以通过增加if-else语句对各种异常情况进行判断处理，代码如示例2所示。
示例2
使用if-else语句处理示例1中的异常。
关键代码:

public class Test2 {
    public static void min(String[] args {
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入被除数：");
        int num1 = 0;
        if (in.hasNextInt()) {//如果输入的被除数是整数
            num1 = in.nextInt();//如果输入的被除数不是整数
        } else {
            System.err.println("输入的被除数不是整数，程序退出。 ");
            System.exit(1);//结束程序
        }
        System.out.print("请输入除数:");
        int num2 = 0;
        if (in.hasNextInt()) {//如果输入的除数是整数
            num2 = in.nextInt();
            if (0 == num2) {//如果输入的除数是0
                System.err.println(" 输入的除数是0，程序退出。 ");
                System.exit(1);
            } else { //如果输入的除数不是整数
                System.err.println(" 输入的除数不是整数，程序退出。 ");
                System.exit(1);
                System.out.println(String.format("%d / %d=%d", num1, num2, num1 / num2));
                System.out.println("感谢使用本程序! ");
            }
        }
    }
}

通过if-else语句进行异常处理，有以下缺点。
➢代码臃肿， 加入了大量的异常情况判断和处理代码。
➢程序员把相当多的精力放在了异常处理代码上，放在了“堵漏洞”上，占用了编写业务代码的时间，必然影响开发效率。
➢很难穷举所有的异常情况，程序仍旧不健壮。
➢异常处理代码和业务代码交织在一起， 影响代码的可读性，加大日后程序的维护难度。

Java提供了异常处理机制，可以由系统来处理程序在运行过程中可能出现的异常事件，使程序员有更多精力关注于业务代码的编写。

2.Java异常体系结构

Java中的异常有很多类型，异常在Java中被封装成了各种异常类，Java 的异常体系结构如图所示。

所有异常类型都是Throwable类的子类，它派生了两个子类: Error 类和Exception类。
(1)Error类:表示仅靠程序本身无法恢复的严重错误，如内存溢出、动态链接失败、虚拟机错误。应用程序不应该抛出这种类型的错误(一般由虚拟机抛出)。假如出现这种错误，应尽力使程序安全退出。所以在进行程序设计时，应该更关注Exception类。

(2) Exception 类:由Java应用程序抛出和处理的非严重错误，如所需文件找不到、网络连接不通或连接中断、算术运算出错(如被零除)、数组下标越界、装载一个不存在的类、对null对象操作、类型转换异常等。它的各种不同的子类分别对应不同类型的异常。Exception又可分为两大类异常。
➢运行时异常:包括RuntimeException及其所有子类。不要求程序必须对它们进行处理，如示例1中的算术异常ArithmeticException。本章重点讲解的就是这类异常。
➢Checked异常(非运行时异常) :除了运行时异常外的其他从Exception类继承来的异常类。
下表列出了一些常见的异常类及其用途，读者现阶段只需初步了解这些异常类即可。在以后的编程中，可以根据系统报告的异常信息，分析异常类型来判断程序到底出现了什么问题。

Java异常处理机制

1.异常处理

异常处理机制就像人们对平时可能会遇到的意外情况，预先想好了一些处理的办法。
在程序执行代码时，若发生了异常，程序会按照预定的处理办法对异常进行处理，异常
处理完毕之后，程序继续运行。

Java的异常处理是通过5个关键字来实现的，即try、catch、 finally、 throw 和throws。

2.使用try-catch处理异常

Java中提供了try-catch结构进行异常捕获和处理，把可能出现异常的代码放入try语句块中，并使用catch语句块捕获异常。

示例3
使用try-catch捕获并处理示例1中的异常。
关键代码:

public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Scanner in = new Scanner(System.in);
            System.out.print("请输入被除数:");
            int num1 = in.nextInt();
            System.out.print(" 请输入除数:");
            int num2 = in.nextInt();
            System.out.println(String.format("%d /%d= %d", num1, num2, num1 / num2));
            System.out.println("感谢使用本程序! ");
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("出现错误:被除数和除 数必须是整数，" + " 除数不能为零。");
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

try-catch语句块的执行流程比较简单，首先执行的是try语句块中的语句，这时可能会出现以下3种情况。
(1)如果ty语向块中所有语句正常执行完毕，没有发生异常，那么catch语句块中的所有语句都将会被忽略。当在控制台输入两个整数时，示例3中的ty语句块中的代码将正常执行，不会执行catch语句块中的代码。

(2)如果try语句块在执行过程中发生异常，并且这个异常与catch语句块中声明的异常类型匹配，那么try语句块中剩下的代码都将被忽略，而相应的catch语句块将会被执行。匹配是指catch所处理的异常类型与所生成的异常类型完全一致或是它的父类。当在控制台提示输入被除余数时输入了“B”,示例3中try语句块中的代码:“"intnum1=in.nextInt( );"将抛出InputMismatchException异常。由于InputMismatchException实Exception的子类，程序将忽略try语句块中剩下的代码而去执行catch语句块。

(3)如果try语句块在执行过程中发生异常，而抛出的异常在catch语句块中没有被声明，那么方法立刻退出。

如示例3所示，在catch语句块中可以加入用户自定义处理信息，也可以调用异常对象的方法输出异常信息，常用的方法如下。
➢void printStackTrace():输出异常的堆栈信息。堆栈信息包括程序运行到当前类的执行流程，它将输出从方法调用处到异常抛出处的方法调用序列。
➢String getMessage: 返回异常信息描述字符串，该字符串描述了异常产生的原因，是printStackTrace()输出信息的部分。

注意
如果try语句块在执行过程中发生异常，try语句块中剩下的代码都将被忽略，系统会自动生成相应的异常对象，包括异常的类型、 异常出现时程序的运行状态发对该异常的详细描述，如果这个异常对象与catch语句块中声明的异常类型区配，会把该异常对象賦給catch后面的异常参数，相应的catch语句块将会被执行。

3.使用try-catch- finally处理异常

如果希望示例3中不管是否发生异常，都执行输出“感谢使用本程序!”语句，就需要在try-catch 语句块后加入finally语句块，把要执行输出的语向放入finally语句块中。无论是否发生异常，finally 语句块中的代码总能被执行，如示例4所示。

示例4
使用try-catch-finally捕获并处理示例1中的异常。
关键代码:

import java.util.Scanner;

public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Scanner in = new Scanner(System.in);
            System.out.print("请输入被除数:");
            int num1 = in.nextInt();
            System.out.print("请输入除数:");
            int num2 = in.nextInt();
            System.out.println(String.format("%d / %d=%d", num1, num2, num1 / num2));
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("出现错误:被除数和除数必须是整数，” +”除数不能为零。");
            System.out.println(e.getMessage());
        } finally {
            System.out.println("/by zero'");
            System.out.println("感谢使用本程序! ");
        }
    }
}

try-catch- finally语句块的执行流程大致分为如下两种情况。

(1)如果try语句块中所有语句正常执行完毕，finally 语句块也会被执行。例如，当在控制台输入两个数字时，示例4中的try语句块中的代码将正常执行，不会执行catch语句块中的代码，但是finally语句块中的代码将被执行。
(2)如果try语句块在执行过程中发生异常，无论这种异常能否被catch语句块捕获到，都将执行fnally语句块中的代码。例如，当在控制台输入的除数为 0时，示例4中的try语句块中将抛出异常，进入catch语句块，最后finally语句块中的代码也将被执行。

try-catch-finally结构中try语句块是必须存在的，catch、 finally 语句块为可选，但两者至少出现其中之一。
需要特别注意的是，即使在catch语句块中存在return语句，finally 语句块中的语句也会执行。发生异常时的执行顺序是，先执行catch语句块中return之前的语句，再执行fnally 语句块中的语句，最后执行catch语句块中的returm语句退出。

finally语句块中语向不执行的唯一情况是在异常处理代码中执行了System. exit(1)退出Java虚拟机，如示例5所示。
示例5
在try-catch-finally结构的catch语句块中执行System. exit(1)退出Java虚拟机。
关键代码:

import java.util.Scanner;

public class Test5 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Scanner in = new Scanner(System.in);
            System.out.print("请输入被除数:");
            int num1 = in.nextInt();
            System.out.print(" 请输入除数:");
            int num2 = in.nextInt();
            System.out.println(String.format("%d / %d=%d", num1, num2, num1 / num2));
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("出现错误:被除 数和除数必须是整数，" + "除数不能为零");
            System.exit(1);//finally语句块不执行的唯一情况
            //return; //finally语句块仍旧会执行
        } finally {
            System.out.println("感谢使用本程序! ")
        }
    }
}

4. 使用多重catch处理异常

在计算并输出商的示例中，至少存在两异常情况，输入非整数内容和除数为0，在示例4中统按照Exception类型捕获，其实可使用多重catch语句块分别捕获并处理对应异常。

一段代码可能会引发多种类型的异常，这时，可以在一个try语句块后面跟多个catch 语句块分别处理不同的异常。但排列顺序必须是从子类到父类，最后一个一般都是Exception类。因为按照匹配原则，如果把父类异常放到前面，后面的catch 语句块将不会获得执行机会。

运行时，系统从上到下分别对每个catch语句块处理的异常类型进行检测，并执行第一个与异常类型匹配的catch语句。其中的一条catch语句之后，其后的catch语句将被忽略。对示例4进行修改，代码如示例6所示。
示例 6
使用多重catch处理异常。
关键代码:

import java.util.InputMismatchException;
import java.util.Scanner;
public class Test6 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Scanner in = new Scanner(System.in);
            System.out.print("请输入被除数:");
            int num1 = in.nextInt();
            System.out.print("请输入除数:");
            int num2 = in.nextInt();
            System.out.println(String.format("%d 1 %d=%d", num1, num2, num1 / num2));
        } catch (InputMismatchException e) {
            System.err.println(" 被除数和除数必须是整数。");
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.err.println("除数不能为零。");
        } catch (Exception e) {
            System.err.println(" 其他未知异常。");
        } finally {
            System.out.println(" 感谢使用本程序! ");
        }
    }
}

程序运行后，如果输入的不是整数，系统会抛出InputMismatchException异常对象。因此进入第一个catch 语句块，并执行其中的代码，而其后的catch语句块将被忽略。

如果系统提示输入被除数时输入“200”，系统会接着提示输入除数，当输入“0”时，系统会抛出ArithmeticException异常对象，因此进入第二个catch语句块并执行其中的代码，其他的catch语句块将被忽略。

提示

在使用多重catch语句块时，catch 语句块的排列顺序必须是从子类到父类，最后一个一般都是Exception类。下面的代码片断是错误的。

try{
        Scanner in=new Scanner(System.in);
        int totalTime=in.nextInt();
}catch(Exception e1){
        System.out.println(" 发生错误!");
}catch(InputMismatchException e2){
        System.out.println("必须输入数字!");
}

5.使用throws 声明抛出异常
如果在一个方法体中抛出了异常，并希望调用者能够及时地捕获异常，Java语言中通过关键字throws声明某个方法可能抛出的各种异常以通知调用者。throws 可以同时声明多个异常，之间由逗号隔开。

在下面的示例7中，把计算并输出商的任务封装在了dvide()方法中，并在方法的参数列表后通过throws声明抛出了异常，然后在main()方法中调用该方法，此时main()方法就知道dvide()方法中抛出了异常，可以采用如下两种方式进行处理。
➢通过try-catch捕获并处理异常。
➢如果调用者不知道如何处理该异常，可以继续通过throws声明异常,让上一级调用者来处理异常。main（）方法声明的异常将由Java虚拟机来处理。
示例7
在Java程序中使用throws声明抛出异常。
关键代码:

public class Test7 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            divide();
        } catch (InputMismatchException e) {
            System.err.println("被除数和除数必须是整数。");
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.err.println("除数不能为零。");
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("其他未知异常。");
        } finally {
            System.out.println("感谢使用本程序! ");
            //通过throws声明抛出异常
            public static void divide () throws Exception {
                Scanner in = new Scanner(System.in);
                System.out.print("请输入被除数:");
                int num1 = in.nextInt();
                System.out.print(" 请输入除数:");
                int num2 = in.nextInt();
                System.out.println(String.format("%d 1 %d=%d", num1, num2, num1 / num2));
            }
        }
    }
}

6.使用throw抛出异常
除了系统自动抛出异常外，在编程过程中，有些问题是系统无法自动发现并解决的，如年龄不在正常范围内，性别输入不是“男”或“女”等，此时需要程序员而不是系统来自行抛出异常，把问题提交给调用者去解决。

在Java语言中，可以使用throw关键字来自行抛出异常。在下面示例8的代码中抛出了一个异常，抛出异常的原因在于当前环境无法解决参数问题，因此在方法内部通过throw抛出异常，把问题交给调用者去解决。

示例8
在Java程序中使用throw抛出异常。
关键代码:

public class Person {
    private String name = "";//姓名
    private int age = 0;//年龄
    private String sex = " 男 ";
//设置性别

    public void setSex(String sex) throws Exception {
        if (" 男 ".equals(sex) || " 女 ".equals(sex))
            this.sex = sex;
        else {
            throw new Exception("性别必须是\"男\"或者\"女\"! ");
            //输出基本信息
            public void print () {
                System.out.println(this.name + "(" + this.sex + ", " + this.age + " 岁");
            }
        }
    }

    public class Test8 {
        public static void main(String[] args) {
            Person person = new Person();
            try {
                person.setSex("Male");
                person.print();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

注意
throw和throws的区别如下。
（1）作用不同 : throw 用于程序员自行产生并抛出异常，throws用于声明该方法内抛出了异常。
（2）使用的位置不同:throw位于方法体内部，可以作为单独语句使用;throws 必须跟在方法参數列表的后面，不能单独使用。
（3）内容不同: thow抛出一个异常对象，只能是一个; thows后面跟异常类，可以跟多个。

7.自定义异常

当JDK中的异常类型不能满足程序的需要时，可以自定义异常类。使用自定义异常一般有如下几个步骤。
(1)定义异常类，并继承Excepion或者RuntimeException。
(2)编写异常类的构造方法，并继承父类的实现，常见的构造方法有如下4种形式。

//构造方法1
public MyException() {
super();
}
//构造方法2
public MyException(String message) {
super(message);
}
//构造方法3
public MyException(String message, Throwable cause) {
super(message, cause);
}
//构造方法4
public MyException(Throwable cause) {
super(cause);
}

(3)实例化自定义异常对象，并在程序中使用throw 抛出。
示例9使用自定义异常实现示例8。
关键代码:

public class GenderException extends Exception {
//构造方法
}
//Person类相关代码
pubic void setSex(String sex)throws GenderException{
        if("男".equals(sex)||"女".equals(sex))
        this.sex=sex;
        else{
        throw new GenderException("性别必须是\"男\" 或者\"女\"!");
        }
}
//测试类
public static void main(String[]args){
        Person person=new Person();
        try{
        person.setSex("Male");
        person.print();
        }catch(GenderException e){
        e.printStackTrace();
        }
}

输出结果与示例8一致。

8.异常链

在异常处理时有时会遇到如下情况: A方法调用B方法，B方法却抛出了异常。那么A方法是继续抛出原有的异常还是抛出一个新异常呢?若抛出原有的异常将是很糟糕的设计方法。因为A方法与B方法进行了关联，不便于代码的修改和扩展。若抛出新的异常，虽然解决了A方法和B方法的关联问题，但是原有的异常信息却会丢失。幸运的是，JDK 1.4推出了异常链，正好解决这个问题。它虽然创建了新的异常，但却保留了原有异常的信息。
至此本章的任务就完成了。本章主要介绍了Java异常处理机制。异常处理机制已经成为主流编程语言的必备功能，它使程序的异常处理代码和业务逻辑代码分离，保证了程序代码的优雅性，提高了程序的健壮性、安全性和可维护性。在将来的开发中，能够对程序进行合理、及时地异常处理是对程序员的基本要求。