JavaSE - 异常处理

JavaSE - 异常处理

本节学习目标：

• 了解异常的概念与类型；
• 了解并掌握错误处理与异常捕捉；
• 了解并掌握如何抛出异常；
• 了解并掌握自定义异常；
• 了解并掌握Throwable类定义的常用方法。

1. 异常概述

1.1 什么是异常

异常是程序中的一些错误。可能产生于程序员没有预料到的各种情况。

比如经典的算术运算异常ArithmeticException：除数为0。

public class Test {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        int i = 1 / 0;
        System.out.println("发生异常");
    }
}

尝试编译并运行：

发生异常后，产生异常的代码之后的代码都不会执行。

1.2 异常信息

一个异常提示信息包括四个部分：

1. 产生的异常所在的线程；
2. 产生的异常类；
3. 产生异常的原因；
4. 产生异常的源码位置。

1.3 异常的类型

在Java中，异常和错误是两种不同的概念。

对于一般语义的错误，分为语法错误，运行时错误和逻辑错误三大类：

• 语法错误：不遵守Java语法编写的代码在编译时发生的错误，常见地如少写一个分号等，这类错误不能通过编译，必须严格按照Java语法编写才能编译成功；
• 运行时错误：编译通过，但在执行时发生的错误，比如例子中的算术运算异常（ArithmeticException）和常见的空指针异常（NullPointerException），数组越界异常（ArrayIndexOutOfBoundsException）等；
• 逻辑错误：编译通过，执行正常，但是程序运行结果与预期不符，编写的程序无法解决当前问题，需要程序员重新编写。

对于Java语言定义的错误，分为两大类，一个是错误（Error），一个是异常（Exception）：

• 错误：一般指程序运行时遇到的硬件或者操作系统的错误，如栈溢出错误（StackOverflowError），这类错误是致命的，发生这类错误将导致程序不能继续运行，程序不能从这类错误中恢复过来；
• 异常：程序运行时发生的运行时错误，如空指针异常（NullPointerException）等，这类错误是非致命的，Java可以捕获和处理异常，但不处理也会导致程序的非正常终止。

Java定义了一系列的类来描述错误，每个包中都定义了异常类，所有异常类都是Throwable类的子类，同时Throwable异常也是最高级别的异常。
Throwable类有两个子类，分别是Error类和Exception类，对应上文提到的错误和异常。Error类是致命性类，它及其子类用来描述Java运行系统中的内部错误以及资源耗尽的错误等；
Exception类是非致命性类，可以通过捕捉处理使程序继续正常执行。Exception类又根据错误发生的原因分为运行时异常（RuntimeException）异常和其他异常，继承树如下：

2. 异常处理

为保证程序正常执行，需要对发生的异常进行相应的处理。在Java中，如果某个方法发生了异常，可以在当前方法中进行捕捉并处理。

2.1 try-catch 语句块

try-catch语句块是Java语言中常用的异常处理结构：

try {
     
    // 语句块
} catch (异常类 标识符) {
     
    // 异常处理语句
}

由try关键字包括的语句块内用来编写可能发生异常的代码，关键字catch用来捕获由try语句块中可能发生的异常，
需要在catch关键字后面的括号里定义可能发生的异常，catch关键字会捕捉try语句块中产生的此类异常及其子类异常，
然后在catch语句块中处理异常。

编写代码进行测试：

public class TestTryCatch {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        try {
     
            int i = 1 / 0;
            System.out.println("发生异常1");
        } catch (Exception e) {
     
            e.printStackTrace();
            System.out.println("发生异常2");
        }
        System.out.println("发生异常3");
    }
}

尝试运行并编译：

发现第一句输出代码没有执行，但第二句和第三句输出代码执行了。在try语句块中，一旦发生异常，则try语句块中的剩余代码都不会执行。
如果catch关键字捕捉到了try语句块中产生的异常，则执行catch语句块中的语句。try-catch语句块之后的语句会正常继续执行。

2.2 try-catch-finally 语句块

try-catch-finally语句块是在try-catch语句块的基础上再加上finally语句块，try-catch-finally语句块是Java中标准的异常处理结构：

try {
     
    // 语句块
} catch (异常类 标识符) {
     
    // 异常处理语句
} finally {
     
    // 语句块
}

编写代码进行测试：

public class TestTryCatchFinally {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        try {
     
            int[] i = {
     1, 2};
            System.out.println(i[2]);
            System.out.println("发生异常1");
        } catch (Exception e) {
     
            e.printStackTrace();
            System.out.println("发生异常2");
        } finally {
     
            System.out.println("发生异常3");
        }
        System.out.println("发生异常4");
    }
}

尝试编译并运行：

在关键字finally语句块中的语句，无论是否发生异常都会执行。完整的异常处理结构一定要包含finally语句块。

2.3 try-with-resource 语句块

在JDK1.7新加入了try-with-resource语句块，可以自动将调用的资源进行释放。

比如使用Scanner类进行输入，使用完毕需要调用它的close()方法关闭：

import java.util.Scanner;
public class TestTryWithResource {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        try {
     
            int i = input.nextInt();
            i /= 0;
        } catch (Exception e) {
     
            e.printStackTrace();
        } finally {
     
            input.close();
        }
    }
}

上面的try-catch-finally语句块可以使用try-with-resource语句块替换：

import java.util.Scanner;
public class TestTryWithResource {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        try (Scanner input = new Scanner(System.in)) {
     
            int i = input.nextInt();
            i /= 0;
        } catch (Exception e) {
     
            e.printStackTrace();
        } finally {
     
            // 语句块
        }
    }
}

需要使用的资源流（如文件流等，需要实现Closeable接口）可以在try关键字后的括号内声明并初始化，无论是否发生异常，都会自动调用资源流的close()方法安全关闭并释放相关资源。

3. 抛出异常

Java提供了两个关键字throw和throws来抛出异常。

3.1 throw 关键字

throw关键字用于在实际代码中主动抛出一个异常对象（如果没有异常对象，需要使用new关键字创建一个异常对象）：

import java.util.Scanner;

public class TestThrow {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        int age = new Scanner(System.in).nextInt();
        if (age <= 0) {
     
            throw new RuntimeException("年龄只能为正整数");
        } else {
     
            System.out.println(age);
        }
    }
}

输入-3，运行结果：

使用throw关键字主动抛出的异常也可以被catch关键字捕获并处理。

3.2 throws 关键字

在方法中，异常如果不想在当前方法中处理，可以使用throws关键字抛出，由调用此方法的语句所在的方法中处理：

public class TestThrows {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        try {
     
            function();
        } catch (Exception e) {
     
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("程序继续执行");
    }
    public static void function() throws ArithmeticException {
     
        int i = 1 / 0;
    }
}

调用使用throws关键字抛出异常（除了RuntimeException异常及其子类异常）的方法时，必须使用try-catch语句块进行显式处理，
也可以继续使用throws关键字向上抛出异常*，否则无法通过编译。

main()方法同样可以使用throws关键字抛出异常，但可能没有语句去处理从main()方法中throws出去的异常。
构造方法也可以使用throws关键字抛出异常，使用带有throws关键字的构造方法来创建对象时，需要进行异常处理。

4. 自定义异常

使用Java定义的异常类可以描述大部分异常情况，我们也可以编写自定义异常类来描述其他异常，只需要继承Exception类或者其子类即可。

编写年龄数字异常类，描述年龄不能为0或者负数：

public class AgeNumberException extends Exception {
     
    public AgeNumberException() {
      
        super("年龄不能为0或负数"); // 可以调用父类的构造方法Exception(String message)，传入异常原因描述
    }
}

编写代码使用此异常类进行测试：

import java.util.Scanner;
public class CustomException {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        try (Scanner input = new Scanner(System.in)) {
     
            int age = input.nextInt();
            if (age <= 0) {
     
                throw new AgeNumberException();
            }
        }
    }
}

输入-3，运行结果：

5. Throwable 类

Throwable类是所有异常类的父类，它定义了很多获取异常信息的方法，子类可以使用。

常用的构造方法（绝大多数子类异常也提供此方法）：

• Throwable()：默认构造方法，不提供异常原因。
• Throwable(String message)：常用构造方法，可以传入一个字符串作为异常原因。

Throwable类提供的常用方法：

方法	返回值	功能
getMessage()	String	获取异常发生的原因
getCause()	Throwable	获取异常对象
toString()	String	获取异常对象的字符串形式（异常类名: 异常原因）
printStackTrace()	void	向控制台打印异常的跟踪信息