Java:详解Java中的异常(Error与Exception)

一、 异常机制的概述
      异常机制是指当程序出现错误后,程序如何处理。具体来说,异常机制提供了程序退出的安全通道。当出现错误后,程序执行的流程发生改变,程序的控制权转移到异常处理器。

      程序错误分为三种:1.编译错误;2.运行时错误;3.逻辑错误。
      (1)编译错误是因为程序没有遵循语法规则,编译程序能够自己发现并且提示我们错误的原因和位置,这个也是大家在刚接触编程语言最常遇到的问题。
      (2)运行时错误是因为程序在执行时,运行环境发现了不能执行的操作。
      (3)逻辑错误是因为程序没有按照预期的逻辑顺序执行。异常也就是指程序运行时发生错误,而异常处理就是对这些错误进行处理和控制。
 

二、 异常的结构    
       在 Java 中,所有的异常都有一个共同的祖先 Throwable(可抛出)。Throwable 指定代码中可用异常传播机制通过 Java 应用程序传输的任何问题的共性。


       Throwable: 有两个重要的子类:Exception(异常)和 Error(错误),二者都是 Java 异常处理的重要子类,各自都包含大量子类。异常和错误的区别是:异常能被程序本身可以处理,错误是无法处理。
      Throwable类中常用方法如下:

1. 返回异常发生时的详细信息
public string getMessage();
 
2. 返回异常发生时的简要描述
public string toString();
 
3. 返回异常对象的本地化信息。使用Throwable的子类覆盖这个方法,可以声称本地化信息。如果子类没有覆盖该方法,则该方法返回的信息与getMessage()返回的结果相同
public string getLocalizedMessage();
 
4. 在控制台上打印Throwable对象封装的异常信息
public void printStackTrace();

       Error(错误):是程序无法处理的错误,表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的操作无关,而表示代码运行时 JVM(Java 虚拟机)出现的问题。例如,Java虚拟机运行错误(Virtual MachineError),当 JVM 不再有继续执行操作所需的内存资源时,将出现 OutOfMemoryError。这些异常发生时,Java虚拟机(JVM)一般会选择线程终止。这些错误表示故障发生于虚拟机自身、或者发生在虚拟机试图执行应用时,如Java虚拟机运行错误(Virtual MachineError)、类定义错误(NoClassDefFoundError)等。这些错误是不可查的,因为它们在应用程序的控制和处理能力之 外,而且绝大多数是程序运行时不允许出现的状况。对于设计合理的应用程序来说,即使确实发生了错误,本质上也不应该试图去处理它所引起的异常状况。在 Java中,错误通过Error的子类描述。 

      Exception(异常):是程序本身可以处理的异常。Exception 类有一个重要的子类 RuntimeException。RuntimeException 类及其子类表示“JVM 常用操作”引发的错误。例如,若试图使用空值对象引用、除数为零或数组越界,则分别引发运行时异常(NullPointerException、ArithmeticException)和 ArrayIndexOutOfBoundException。
      Exception(异常)分两大类:运行时异常和非运行时异常(编译异常)。程序中应当尽可能去处理这些异常。
      1.运行时异常:都是RuntimeException类及其子类异常,如NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)等,这些异常是不检查异常,程序中可以选择捕获处理,也可以不处理。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的,程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。运行时异常的特点是Java编译器不会检查它,也就是说,当程序中可能出现这类异常,即使没有用try-catch语句捕获它,也没有用throws子句声明抛出它,也会编译通过。
      2.非运行时异常 (编译异常):是RuntimeException以外的异常,类型上都属于Exception类及其子类。从程序语法角度讲是必须进行处理的异常,如果不处理,程序就不能编译通过。如IOException、SQLException等以及用户自定义的Exception异常,一般情况下不自定义检查异常。

       通常,Java的异常(Throwable)分为可查的异常(checked exceptions)不可查的异常(unchecked exceptions)


       1. 可查异常(编译器要求必须处置的异常):正确的程序在运行中,很容易出现的、情理可容的异常状况。除了Exception中的RuntimeException及RuntimeException的子类以外,其他的Exception类及其子类(例如:IOException和ClassNotFoundException)都属于可查异常。这种异常的特点是Java编译器会检查它,也就是说,当程序中可能出现这类异常,要么用try-catch语句捕获它,要么用throws子句声明抛出它,否则编译不会通过。
      2. 不可查异常(编译器不要求强制处置的异常): 包括运行时异常(RuntimeException与其子类)和错误(Error)。RuntimeException表示编译器不会检查程序是否对RuntimeException作了处理,在程序中不必捕获RuntimException类型的异常,也不必在方法体声明抛出RuntimeException类。RuntimeException发生的时候,表示程序中出现了编程错误,所以应该找出错误修改程序,而不是去捕获RuntimeException。

三、 异常处理的机制
      在 Java 应用程序中,异常处理机制为:抛出异常,捕捉异常。
      1. 抛出异常:当一个方法出现错误引发异常时,方法创建异常对象并交付运行时系统,异常对象中包含了异常类型和异常出现时的程序状态等异常信息。运行时系统负责寻找处置异常的代码并执行。详细信息请查看《简述throw-throws异常抛出》。
      2. 捕获异常:在方法抛出异常之后,运行时系统将转为寻找合适的异常处理器(exception handler)。潜在的异常处理器是异常发生时依次存留在调用栈中的方法的集合。当异常处理器所能处理的异常类型与方法抛出的异常类型相符时,即为合适 的异常处理器。运行时系统从发生异常的方法开始,依次回查调用栈中的方法,直至找到含有合适异常处理器的方法并执行。当运行时系统遍历调用栈而未找到合适 的异常处理器,则运行时系统终止。同时,意味着Java程序的终止。详细信息请查看《Java:简述try-catch-finally异常捕获》。

      对于错误、运行时异常、可查异常,Java技术所要求的异常处理方式有所不同。
      1. 错误:对于方法运行中可能出现的Error,当运行方法不欲捕捉时,Java允许该方法不做任何抛出声明。因为,大多数Error异常属于永远不能被允许发生的状况,也属于合理的应用程序不该捕捉的异常。
      2. 运行时异常:由于运行时异常的不可查性,为了更合理、更容易地实现应用程序,Java规定,运行时异常将由Java运行时系统自动抛出,允许应用程序忽略运行时异常。
      3. 可查异常:对于所有的可查异常,Java规定:一个方法必须捕捉,或者声明抛出方法之外。也就是说,当一个方法选择不捕捉可查异常时,它必须声明将抛出异常。

        能够捕捉异常的方法,需要提供相符类型的异常处理器。所捕捉的异常,可能是由于自身语句所引发并抛出的异常,也可能是由某个调用的方法或者Java运行时 系统等抛出的异常。也就是说,一个方法所能捕捉的异常,一定是Java代码在某处所抛出的异常。简单地说,异常总是先被抛出,后被捕捉的。
        异常抛出:任何Java代码都可以抛出异常,如:自己编写的代码、来自Java开发环境包中代码,或者Java运行时系统。无论是谁,都可以通过Java的throw语句抛出异常。从方法中抛出的任何异常都必须使用throws子句。
        异常捕获:捕捉异常通过try-catch语句或者try-catch-finally语句实现。
        总体来说,Java规定:对于可查异常必须捕捉、或者声明抛出。允许忽略不可查的RuntimeException和Error。

三、Java常见异常
      1. RuntimeException子类:    

序号 异常名称 异常描述
1 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 数组索引越界异常。当对数组的索引值为负数或大于等于数组大小时抛出。
2 java.lang.ArithmeticException  算术条件异常。譬如:整数除零等。
3 java.lang.SecurityException  安全性异常
4 java.lang.IllegalArgumentException 非法参数异常
5 java.lang.ArrayStoreException  数组中包含不兼容的值抛出的异常 
6 java.lang.NegativeArraySizeException 数组长度为负异常 
7 java.lang.NullPointerException 空指针异常。当应用试图在要求使用对象的地方使用了null时,抛出该异常。譬如:调用null对象的实例方法、访问null对象的属性、计算null对象的长度、使用throw语句抛出null等等。

      2.IOException

序号 异常名称 异常描述
1 IOException 操作输入流和输出流时可能出现的异常
2 EOFException 文件已结束异常
3 FileNotFoundException 文件未找到异常

      3. 其他    

序号 异常名称 异常描述
1 ClassCastException 类型转换异常类
2 ArrayStoreException 数组中包含不兼容的值抛出的异常
3 SQLException 操作数据库异常类
4 NoSuchFieldException 字段未找到异常
5 NoSuchMethodException 方法未找到抛出的异常
6 NumberFormatException 字符串转换为数字抛出的异常
7 StringIndexOutOfBoundsException 字符串索引超出范围抛出的异常
8 IllegalAccessException 不允许访问某类异常
9 InstantiationException

 当应用程序试图使用Class类中的newInstance()方法创建

一个类的实例,而指定的类对象无法被实例化时,抛出该异常

10 java.lang.ClassNotFoundException 找不到类异常。当应用试图根据字符串形式的类名构造类,而在遍历CLASSPAH之后找不到对应名称的class文件时,抛出该异常。

四、相关的问题
      1. 为什么要创建自己的异常?
      答:当Java内置的异常都不能明确的说明异常情况的时候,需要创建自己的异常。

      2. 应该在声明方法抛出异常还是在方法中捕获异常?
      答:捕捉并处理知道如何处理的异常,而抛出不知道如何处理的异常。

 

Java中的自定义异常

      虽然Java系统已经预定义好了很多异常类,但是有时会遇到预定义的异常类不能描述出现的错误。在这种情况下,程序员可以通过扩展Exception类及其子类来定义自己的异常类。

1. 自定义异常,格式如下:

class 异常类名 extends Exception 
{ 
    public 异常类名(String msg) 
    { 
        super(msg); 
    } 
}

2. 标识可能抛出的异常:

throws 异常类名1,异常类名2 

3. 捕获异常:

try{

} catch(异常类名 y){

} catch(异常类名 y){

} 

4. 方法解释

a.输出异常的信息 
getMessage() 

b.输出导致异常更为详细的信息 
printStackTrace() 

5. 示例如下: CustomException.java

public class FormatException extends Exception
{
    public FormatException(String message) {
        super(message);
    }
}

throw-throws异常抛出

      任何Java代码都可以抛出异常,如:自己编写的代码、来自Java开发环境包中代码,或者Java运行时系统。无论是谁,都可以通过Java的throw语句抛出异常。从方法中抛出的任何异常都必须使用throws子句。

一、throws抛出异常

      如果一个方法可能会出现异常,但没有能力处理这种异常,可以在方法声明处用throws子句来声明抛出异常。例如汽车在运行时可能会出现故障,汽车本身没办法处理这个故障,那就让开车的人来处理。

      throws语句用在方法定义时声明该方法要抛出的异常类型,如果抛出的是Exception异常类型,则该方法被声明为抛出所有的异常。多个异常可使用逗号分割。throws语句的语法格式为:

 methodname throws Exception1,Exception2,..,ExceptionN  {  }  

      方法名后的throws Exception1,Exception2,…,ExceptionN 为声明要抛出的异常列表。当方法抛出异常列表的异常时,方法将不对这些类型及其子类类型的异常作处理,而抛向调用该方法的方法,由他去处理。

      使用throws关键字将异常抛给调用者后,如果调用者不想处理该异常,可以继续向上抛出,但最终要有能够处理该异常的调用者。

      Throws抛出异常的规则:

  1. 如果是不可查异常(unchecked exception),即Error、RuntimeException或它们的子类,那么可以不使用throws关键字来声明要抛出的异常,编译仍能顺利通过,但在运行时会被系统抛出。
  2. 如果一个方法可能出现可查异常(checked exception),要么用try-catch语句捕获,要么用throws子句声明将它抛出,否则会导致编译错误。
  3. 只有当抛出了异常时,该方法的调用者才必须处理或者重新抛出该异常。当方法的调用者无力处理该异常的时候,应该继续抛出。
  4. 调用方法必须遵循任何可查异常的处理和声明规则。若覆盖一个方法,则不能声明与覆盖方法不同的异常。声明的任何异常必须是被覆盖方法所声明异常的同类或子类。

二、使用throw抛出异常

      throw总是出现在方法体中,用来抛出一个Throwable类型的异常。程序会在throw语句后立即终止,它后面的语句执行不到,然后在包含它的所有try块中(可能在上层调用函数中)从里向外寻找含有与其匹配的catch子句的try块。

      我们知道,异常是异常类的实例对象,我们可以创建异常类的实例对象通过throw语句抛出。该语句的语法格式为:

throw new exceptionname;

      例如抛出一个IOException类的异常对象:

throw new IOException;

      要注意的是,throw 抛出的只能够是可抛出类Throwable 或者其子类的实例对象。下面的操作是错误的,因为String 不是Throwable 类的子类。

throw new String("exception");

      如果抛出了可查异常,则还应该在方法头部声明方法可能抛出的异常类型。该方法的调用者也必须检查处理抛出的异常。

      如果所有方法都层层上抛获取的异常,最终JVM会进行处理,处理也很简单,就是打印异常消息和堆栈信息。如果抛出的是Error或RuntimeException,则该方法的调用者可选择处理该异常。

throw的示例:

public class TestException {  
    public static void main(String[] args) {  
        int a = 6;  
        int b = 0;  
        
        try { 
            if (b == 0) {
				throw new ArithmeticException(); 
				//"除数为0"等ArithmeticException,是RuntimException的子类。而运行时异常将由运行时系统自动抛出,不需要使用throw语句,这里把throw new ArithmeticException()去掉也是不影响运行结果的。
			}
            System.out.println("a/b的值是:" + a / b);  
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("程序出现异常,变量b不能为0。");  
        }  
        
        System.out.println("程序正常结束。");  
    }  
}

输出结果为:

程序出现异常,变量b不能为0。
程序正常结束。

三、比较

3.1 在声明方法时候抛出异常

语法:throws(略)

 

  1. 为什么要在声明方法抛出异常?
    答:方法是否抛出异常与方法返回值的类型一样重要。假设方法抛出异常却没有声明该方法将抛出异常,那么客户程序员可以调用这个方法而且不用编写处理异常的代码。那么,一旦出现异常,那么这个异常就没有合适的异常控制器来解决。

  2. 为什么抛出的异常一定是可检查异常(除了Exception中的RuntimeException及其子类以外,其他的Exception类及其子类)?
    答:RuntimeException与Error可以在任何代码中产生,它们不需要由程序员显示的抛出,一旦出现错误,那么相应的异常会被自动抛出。遇到Error,程序员一般是无能为力的;遇到RuntimeException,那么一定是程序存在逻辑错误,要对程序进行修改;只有可检查异常才是程序员所关心的,程序应该且仅应该抛出或处理可检查异常。而可检查异常是由程序员抛出的,这分为两种情况:客户程序员调用会抛出异常的库函数;客户程序员自己使用throw语句抛出异常。

注意: 覆盖父类某方法的子类方法不能抛出比父类方法更多的异常,所以,有时设计父类的方法时会声明抛出异常,但实际的实现方法的代码却并不抛出异常,这样做的目的就是为了方便子类方法覆盖父类方法时可以抛出异常。

3.2 在方法中抛出异常

 语法:throw(略)

 

  1. 抛出什么异常?
    答:对于一个异常对象,真正有用的信息是异常的对象类型,而异常对象本身毫无意义。比如一个异常对象的类型是ClassCastException,那么这个类名就是唯一有用的信息。所以,在选择抛出什么异常时,最关键的就是选择异常的类名能够明确说明异常情况的类。

    异常对象通常有两种构造函数:一种是无参数的构造函数;另一种是带一个字符串的构造函数,这个字符串将作为这个异常对象除了类型名以外的额外说明。

  2. 使用finally块释放资源
    finally关键字保证无论程序使用任何方式离开try块,finally中的语句都会被执行。因此,当你需要一个地方来执行在任何情况下都必须执行的代码时,就可以将这些代码放入finally块中。当你的程序中使用了外界资源,如数据库连接,文件等,必须将释放这些资源的代码写入finally块中。

注意: 在finally块中不能抛出异常。JAVA异常处理机制保证无论在任何情况下必须先执行finally块然后再离开try块,因此在try块中发生异常的时候,JAVA虚拟机先转到finally块执行finally块中的代码,finally块执行完毕后,再向外抛出异常。如果在finally块中抛出异常,try块捕捉的异常就不能抛出,外部捕捉到的异常就是finally块中的异常信息,而try块中发生的真正的异常堆栈信息则丢失了。

简述try-catch-finally异常捕获

一、try-catch语句

      在Java中,异常通过try-catch语句捕获。其一般语法形式为:

try {  
	// 可能会发生异常的程序代码  
} catch (Type1 id1){  
	// 捕获并处置try抛出的异常类型Type1  
} catch (Type2 id2){  
	 //捕获并处置try抛出的异常类型Type2  
}

      关键词try后的一对大括号将一块可能发生异常的代码包起来,称为监控区域

      Java方法在运行过程中出现异常,则创建异常对象。将异常抛出监控区域之外,由Java运行时系统试图寻找匹配的catch子句以捕获异常。若有匹配的catch子句,则运行其异常处理代码,try-catch语句结束。

      匹配的原则是:如果抛出的异常对象属于catch子句的异常类,或者属于该异常类的子类,则认为生成的异常对象与catch块捕获的异常类型相匹配。

      注意:一旦某个catch捕获到匹配的异常类型,将进入异常处理代码。一经处理结束,就意味着整个try-catch语句结束。其他的catch子句不再有匹配和捕获异常类型的机会。

      Java通过异常类描述异常类型,对于有多个catch子句的异常程序而言,应该尽量将捕获底层异常类的catch子句放在前面,同时尽量将捕获相对高层的异常类的catch子句放在后面。否则,捕获底层异常类的catch子句将可能会被屏蔽。
      例如:RuntimeException异常类包括运行时各种常见的异常,ArithmeticException类和ArrayIndexOutOfBoundsException类都是它的子类。因此,RuntimeException异常类的catch子句应该放在 最后面,否则可能会屏蔽其后的特定异常处理或引起编译错误。

二、try-catch-finally语句

       try-catch语句还可以包括第三部分,就是finally子句。它表示无论是否出现异常,都应当执行的内容。try-catch-finally语句的一般语法形式为:

try {  
	// 可能会发生异常的程序代码  
} catch (Type1 id1){  
	// 捕获并处置try抛出的异常类型Type1  
} catch (Type2 id2){  
	 //捕获并处置try抛出的异常类型Type2  
}finally {  
	// 无论是否发生异常,都将执行的语句块  
} 

   try、catch、finally语句块的执行顺序:
     1)当try没有捕获到异常时:try语句块中的语句逐一被执行,程序将跳过catch语句块,执行finally语句块和其后的语句;
     2)当try捕获到异常,catch语句块里没有处理此异常的情况:此异常将会抛给JVM处理,finally语句块里的语句还是会被执行,但finally语句块后的语句不会被执行;
     3)当try捕获到异常,catch语句块里有处理此异常的情况:在try语句块中是按照顺序来执行的,当执行到某一条语句出现异常时,程序将跳到catch语句块,并与catch语句块逐一匹配,找到与之对应的处理程序,其他的catch语句块将不会被执行,而try语句块中,出现异常之后的语句也不会被执行,catch语句块执行完后,执行finally语句块里的语句,最后执行finally语句块后的语句。

三、小结

  1. try 块:用于捕获异常。其后可接零个或多个catch块,如果没有catch块,则必须跟一个finally块。
  2. catch 块:用于处理try捕获到的异常。
  3. finally 块:无论是否捕获或处理异常,finally块里的语句都会被执行。当在try块或catch块中遇到return语句时,finally语句块将在方法返回之前被执行。在以下4种特殊情况下,finally块不会被执行:
         1)在finally语句块中发生了异常。
         2)在前面的代码中用了System.exit()退出程序。
         3)程序所在的线程死亡。
         4)关闭CPU。

try-catch-finally中return返回

java中的 finally关键字通常与 try/catch块一起使用。用来在方法结束前或发生异常时做一些资源释放的操作。虽然看起来很简单,在日常开发中也发现关于 finllay还是有些需要注意的地方。

一 . finally 语句块一定会执行吗?

很多人都认为 finally语句块是肯定要执行的,比如下面的代码,只要进入了 try/catch块,不管有没有异常,都会执行 finllay块。

public static void main(String[] args) {
	System.out.println(test());
}
	
public static int test(){
	try {
		System.out.println("try block");
            
        int i = 1 / 0;
        return 0;
	} finally {
		System.out.println("finally block");
	}
}

运行代码输出 :

try block
finally block
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero

但是答案是否定的,我们先来看下面这个例子:

public static void main(String[] args) {
	System.out.println(test());
}
	
public static int test(){
	try {
		System.out.println("try block");
		
		System.exit(0);
		return 0;
	} finally {
		System.out.println("finally block");
	}
}

运行代码输出 :

try block

我们在 try语句块中执行了 System.exit (0)语句,终止了 Java 虚拟机的运行, finally语句块就没有执行。

其实,在下述4种特殊情况时,finally块都不会被执行:
      1)在finally语句块中发生了异常。
      2)在前面的代码中用了System.exit()退出程序。
      3)程序所在的线程死亡。
      4)关闭CPU。

二 . 如果执行了finally,函数返回值问题


我们先来看下面这个例子:

public static void main(String[] args) {
	System.out.println(test());
}
	
public static int test(){
	try {
		System.out.println("try block");
	
		int i = 1 / 0; 
		return 0;
	} catch (Exception e) {
		System.out.println("catch block");
		return 1;
	} finally {
		System.out.println("finally block");
		return 2;
	}
}

运行代码输出 :

try block
catch block
finally block
2

对于上面的代码,相信大部分人都能知道输出值是 2,打印结果也确实是 2,就算把 int i = 1 / 0这一行注释掉,打印结果也是 2。

所以在这里我们可以下结论 : finally里的 return语句会把 try/catch块里的 return语句效果给覆盖掉。

假如我们不在 finally中 return,结果会怎样?我们再看看下面的例子 :

public static void main(String[] args) {
	System.out.println(test());
}
	
public static int test(){
	int i = 999;
	try {
		System.out.println("try block");
		
		i = 1 / 0;
		return i;
	} catch (Exception e) {
		System.out.println("catch block");
		
		i = 100;
		return i;
	} finally {
		System.out.println("finally block");
		
		i = 200;
	}
}

打印结果是 :

try block
catch block
finally block
100

虽然调用了 finllay改变了i的值,但是最后输出还是 100,为什么呢?

对于这种情况我的理解就是在 return的时候会把返回值压入栈,并把返回值赋值给栈中的局部变量, 最后把栈顶的变量值作为函数返回值。所以在 finally中的返回值就会覆盖 try/catch中的返回值,如果 finally中不执行 return语句,在 finally中修改返回变量的值,不会影响返回结果。下图为字节码文件中的部分内容:
在这里插入图片描述

参考:https://mp.weixin.qq.com/s/FzVAXjk7Oj4ycLRH1nKQ1w

 

 

你可能感兴趣的:(java)