33、Java 异常掌握这些就够了（图解 Java 中的异常）

一、引出异常（Exception）

(1) 写代码会产生的错误

写代码会遇到各种各样的错误：
✏️ ① 语法错误（会导致编译失败，程序无法正常运行）
✏️ ② 逻辑错误（比如需要进行加法操作时，不小心写成了减法操作）
✏️ ③ 运行时错误（程序运行过程中产生的意外，会导致程序终止运行）

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(2) 案例引出异常

❓ 写代码计算三个整数的和 ❓
❓ 若输入的是 null，需要给出提示 ❓

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(sumThree(1, null, 3));
    }

    private static Integer sumThree(Integer n1, Integer n2, Integer n3) {
        if (n1 == null || n2 == null || n3 == null) {
            System.out.println("\n不能传入 null 值");
            return -1;
        }

        return n1 + n2 + n3;
    }
}

上面的代码实现了需求的功能，但不好，主要有以下三点
① 错误提示太平淡了，仅仅是打印了错误信息，没有终止程序【假如有很多很多的代码，且后面的代码会依赖该方法的返回值。该方法报错，则后面的代码肯定也是错的，既然后面的代码肯定是错的，为啥还要执行呢❓】
② 为了终止该方法中后面代码的执行，必须给予返回值【返回值为多少比较合适呢❓ 给多少都不合适。返回值必须是 Integer 类型，无论给什么值都有可能导致误解。没注意错误信息的人可能会以为 -1 就是三个数的和呐 ❗】
③ 错误不够智能，没有告知错误发生在哪一行【假如一个 java 文件中有1万行代码，执行某一行出现错误的时候打印了错误信息，但没有告知是哪一行出现了错误，哪么排查错误的效率就降低了。】

Java 的异常机制可解决上面的全部问题
异常一般是红色提示（一目了然）
若开发者没有处理异常的话，产生异常的时候，后面的代码不会执行
产生异常后，程序直接退出，不用给返回值
异常会给一个用于定位错误行的链接（点击即可定位到产生错误的哪一行）

二、异常简介

(1) 异常介绍

Java 中所有的错误和异常最终都继承自 java.lang.Throwable

✒️ The Throwable class is the superclass of all errors and exceptions in the Java language.【在 Java 语言中，Throwable 类是所有的错误和异常的父类】
✒️ Throwable 是错误的祖宗

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检查型异常（Check Exception）【这类异常一般难以避免，编译器会进行检查】

✒️ 如果开发者没有处理检查型异常，编译器将会报错
✒️ 除了 Error 和 RuntimeException 之外的都是检查型异常

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非检查型异常（Uncheck Exception）【这类异常一般是可以避免的，编译器不会进行检查】

✒️ 如果开发者没有处理非检查型异常，编译器也不会报错
✒️ Error 和 RuntimeException 都是非检查型异常

(2) 常见的检查型异常

下面的异常涉及到后期需要学习的知识（如 IO 流、日期类、反射 …）
了解一下这些异常，知道检查型异常都直接继承自 Exception （没有走 RuntimeException） 即可

① FileNotFoundException

FileNotFoundException: 文件找不到异常

② ParseException

ParseException: 解析异常

③ InterruptedException

InterruptedException: 中断异常

④ ClassNotFoundException

ClassNotFoundException: 类找不到异常

⑤ IllegalAccessException

IllegalAccessException: 没有权限访问构造方法
InstantiationException: 没有无参构造方法

(3) 常见的非检查型异常

下面的异常很常见，需要知道其原因（为什么会产生这种异常？）
了解一下这些异常，知道非检查型异常继承自 RuntimeException 或 Error

① OutOfMemoryError【Error】

OutOfMemoryError: 内存溢出异常

public class UncheckException {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("start");

        // OutOfMemoryError（超出内存错误）
        long[] longs = new long[10_0000_0000];

        // 上面的代码抛出了异常, 下面的代码不会执行
        System.out.println("end");
    }
}

② StackOverflowError【Error】

StackOverflowError: 栈溢出异常

public class UncheckException {
    public static void main(String[] args) {
        // StackOverflowError: 栈溢出
        test();
    }

    private static void test() {
        // 递归：方法调用自身
        test();
    }
}

③ NullPointerException【RuntimeException】

NullPointerException: 空指针异常

public class UncheckException {
    public static void main(String[] args) {
        String s = null;
        // NullPointerException: 空指针异常（用 null 调用方法）
        int len = s.length();
    }
}

④ NumberFormatException【RuntimeException】

NumberFormatException: 数字格式化异常

public class UncheckException {
    public static void main(String[] args) {
        /*
            Integer.parseInt(): 把字符串转换为数字
            NumberFormatException: 数字格式化异常
            原因：句子不能转换为数字
         */
        int i = Integer.parseInt("你点赞了吗？");
    }
}

⑤ ArrayIndexOutOfBoundsException【RuntimeException】

ArrayIndexOutOfBoundsException: 数组索引越界异常

public class UncheckException {
    public static void main(String[] args) {
        int[] ints = new int[3];

        // ArrayIndexOutOfBoundsException: 数组越界异常
        System.out.println(ints[66]);
    }
}

⑥ ClassCastException【RuntimeException】

ClassCastException : 类型转换异常

public class UncheckException {
    public static void main(String[] args) {
        Object o = 3.14F;
        // ClassCastException 类型转换异常
        int i = (int) o;
    }
}

三、try-catch 处理异常

程序产生了异常，有个专业的术语：抛出了异常
无论是检查型异常，还是非检查型异常，只要开发者没有主动去处理它，都会导致 Java 程序终止运行

处理异常有2种方式：

✒️ ① try-catch【捕获异常】
✒️ ② throws【往上抛异常】

(1) try-catch

可能抛出异常的代码放try代码块中
catch代码块用于捕获不同类型的异常，并对异常做出处理

catch代码块中的代码不一定执行，除非抛出了与之相应的（相匹配的）异常

父类型异常必须写在子类型异常的后面（否则会报错）

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try-catch 处理异常的格式：

public class TryCatch {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("不可能抛异常的代码1");
        try {
            // try 代码块中放可能抛异常的代码
            System.out.println("该行代码可能抛异常, 如果抛出了异常, 下面的一行代码不会被执行");
            System.out.println("如果上面的代码抛出了异常, 本行代码不执行");
        } catch (NullPointerException e) {
            // 当抛出【空指针异常】的时候会来到该代码块
            System.out.println("抛出了【空指针异常】");
        } catch (ClassCastException e) {
            // 当没有抛出【空指针异常】
            // 但抛出【类转换异常】的时候会来到该代码块
            System.out.println("抛出了【类转换异常】");
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            // 当没有抛出【空指针异常】和【类转换异常】
            // 但抛出【数组下标越界异常】的时候会来到该代码块
            System.out.println("抛出了【数组下标越界异常】");
        } catch (Throwable t) { // Throwable 是所有异常的父类, 只能放子异常的后面
            // 上面的异常没有抛出
            // 且的确抛出了异常, 会来到该代码块
            System.out.println("抛出了异常");
        }
        System.out.println("不可能抛异常的代码2");
    }
}

(2) Throwable 常用方法

看下面代码，思考打印结果：

public class TryCatch {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            long[] longs = new long[10_0000_0000];
        } catch (OutOfMemoryError e) {
            // output: java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
            System.out.println("\n" + e);

            // output: Java heap space
            System.out.println(e.getMessage());

            // 红色字体, 带异常行定位（控制台输出堆栈信息）
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

直接打印异常对象【e】：异常类型（java.lang.OutOfMemoryError）和异常信息（Java heap space）
打印异常对象【e】的 getMessage() 方法的返回值：异常信息（Java heap space）

直接调用异常对象【e】的 printStackTrace() 方法 【常用】
有红色打印信息不代表程序退出了

(3) 一个 catch 捕获多种类型的异常

从 Java7 开始，当个catch可以捕获多种类型的异常
如果并列的几个异常类型之间存在父子关系，保留父类型即可
此时异常对象【e】是隐式 final 的

public class TryCatch {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            System.out.println("啦啦啦");
            // 可能产生异常的代码
        } catch (OutOfMemoryError | NullPointerException | IndexOutOfBoundsException e) {
            // 产生 OutOfMemoryError 异常、NullPointerException 异常
            // 或 IndexOutOfBoundsException 异常的时候都会来到该代码块
            if (e instanceof OutOfMemoryError) {
                System.out.println(e);
            } else if (e instanceof NullPointerException) {
                System.out.println(e.getMessage());
            } else { // 是 IndexOutOfBoundsException 异常的时候
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

(4) Exercise

① 第1题

思考下面的代码的打印结果是什么：

public class Exercise {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(1);
        Integer integer = new Integer("啦啦啦");
        // 上一行代码抛异常了, 程序终止, 下面的代码不会执行
        System.out.println(2);
    }
}

② 第2题

思考下面的代码的打印结果是什么：

public class Exercise {
    public static void main(String[] args) {
        int n = 6;
        try {
            // 6
            System.out.println(n++);
            Double d = new Double("哈哈哈");
            System.out.println(++n);
            System.out.println(d);
        } catch (NumberFormatException e) {
            e.printStackTrace();
            // 7
            System.out.println(n++);
        }
        // 8
        System.out.println(n);
    }
}

③ 第3题

思考下面的代码的打印结果是什么：

public class Exercise {
    public static void main(String[] args) {
        int num = 1;
        Integer integer1 = new Integer("111");
        // 111
        System.out.println(num++ + --integer1);
        Integer integer2 = new Integer("嘻嘻嘻");
        System.out.println(integer1 + integer2);
    }
}

④ 第4题

思考下面的代码的打印结果是什么：

public class Exercise {
    public static void main(String[] args) {
        Integer[] ints = {111, null, 222};
        for (int integer : ints) {
            // 自动拆箱
            // ints[n].intValue();
            // 当 ints[n] 为 null 的时候就抛 NullPointerException 异常
            System.out.println(integer);
        }
        // output: 111
    }
}

(5) finally

✏️ try或catch代码块中的代码执行完毕后，一定会执行finally代码块中的代码

✏️ finally可以和try-catch搭配使用，也可以和try搭配使用

✏️ 作用：在finally中编写关闭、释放资源的代码（如：关闭文件）

---

finally 使用格式1：

public class FinallyTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            System.out.println(1);
        } catch (NullPointerException e) {
            System.out.println(11);
        } finally {
            System.out.println(111);
        }
        
        /*
            output:
                1
                111
         */
    }
}

finally 使用格式2：

public class FinallyTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            System.out.println(222);
        } finally {
            System.out.println(555);
        }

        /*
            output:
                222
                555
         */
    }
}

---

往文件写数据的案例：

public class FinallyTest {
    public static void main(String[] args) {
        String file = "C:\\Users\\34657\\Desktop\\fileTest.txt";
        PrintWriter pw = null;
        try {
            // 创建打印写入器（类似打开文件）
            pw = new PrintWriter(file);
            // 往文件中写入内容【愿你万事顺心！】
            pw.write("愿你万事顺心！");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 关闭文件资源
            assert pw != null;
            pw.close();
        }
    }
}

(6) finally 细节

✏️ 如果在执行 try 或 catch 的时候，JVM 退出或当前线程被中断（杀死），finally 代码块不会执行

✏️ 如果在 try 或 catch 中使用了 return、break、continue 等提前结束的语句的话，finally 会在 return、break、continue 之前执行

---

思考下面代码的执行结果：

public class FinallyTest {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            try {
                System.out.println(i + "_try_1");
                // continue: 终止此次循环, 继续下次循环
                if (i == 2) continue;
                System.out.println(i + "_try_2");
            } finally {
                System.out.println(i + "_finally");
            }
        }
    }
} 

---

思考下面代码的执行结果：

public class FinallyTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 3
        // 77
        // 11
        System.out.println(t());
    }

    private static int t() {
        try {
            new Integer("好");
            System.out.println(1);
            return 2;
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(3);
            return 11;
        } finally {
            System.out.println(77);
        }
    }
}

四、throws 处理异常

(1) throws

✒️ throws：将异常抛给上层方法
✒️ main 方法通过 throws 把异常抛给 JVM 后，程序会终止运行
✒️ 如果 throws 后面的异常类型存在父子关系，保留父类型即可
✒️ 可以一部分异常通过 try-catch 处理，一部分异常通过 throws 处理

---

public class ThrowsTest {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        // 通过 throws 把异常抛给 JVM
        m1();
    }

    private static void m1() throws ClassNotFoundException {
        // 通过 throws 把异常抛给上层方法
        m2();
    }

    private static void m2() throws ClassNotFoundException {
        // 通过 throws 把异常抛给上层方法
        m3();
    }

    private static void m3() throws ClassNotFoundException {
        // 通过 throws 把异常抛给上层方法
        Class.forName("com.oracle.gq.Hello.java");
    }
}

(2) throws 细节

✒️ 有继承关系的时候，子类重写父类的方法抛出的异常不能大于父类方法抛出的异常（必须是父类方法抛出的异常的子类型）
✒️ 父类方法 throws 了异常，子类重写父类的方法可以不 throws 异常
✒️ 父类方法没有 throws 异常，则子类重写父类的方法一定不能 throws 异常

public class Person {
    public void test1() {
    }

    public void test2() throws IOException {
    }

    public void test3() throws IOException {
    }

    public void test4() throws IOException {
    }
}

class Student extends Person {

    // 父类的 test1 没有 throws 异常, 则子类重写父类的 test1 也不能 throws 异常
    @Override
    public void test1() {
    }

    // 父类的 test2 有 throws 异常, 但子类重写父类的 test2 可以不 throws 异常
    @Override
    public void test2() {
    }

    // 父类的 test3 抛出了 IOException 异常, 子类重写父类的 test3 可以抛出和父类一样的异常
    @Override
    public void test3() throws IOException {
    }

    // 父类的 test4 抛出了 IOException 异常, 子类重写父类的 test4 可以抛出父类异常的子异常
    @Override
    public void test4() throws FileNotFoundException {
    }
}

五、throw 主动抛出异常

使用throw可以抛出一个新建的异常

问题比较严重的时候抛出检查型异常
问题不哪么严重的时候抛出非检查型异常

public class Person {
    public Person(String name) throws Exception {
        if (name == null || "".equals(name))
            // Exception 是检查型异常
            throw new Exception("name must not be empty.");
    }
}

class Student {
    public Student(String name) {
        if (name == null || name.length() == 0)
            // IllegalArgumentException 是非检查型异常
            throw new IllegalArgumentException("name must not be empty");
    }
}

六、自定义异常

(1) 自定义检查型异常

若希望开发者重视这个异常、认真处理这个异常，则自定义检查型异常
创建一个类（异常类），并继承 Exception 即可创建一个自定义的检查型异常
检查型异常使用起来比较麻烦（相对非检查型异常来说）

/**
 * @author 庆医
 * @describe 自定义检查型异常
 */
public class EmptyNameException extends Exception {
    public EmptyNameException() {
        super("name must not be empty!");
    }
}

---

(2) 自定义非检查型异常

若不严格要求开发者去处理这个异常，则定义为非检查型异常
从创建一个类（异常类），并继承 RuntimeException 即可创建一个自定义的非检查型异常

/**
 * @author 庆医
 * @describe 自定义非检查型异常
 */
public class IllegalAgeException extends RuntimeException {
    public IllegalAgeException(int age) {
        super("The age you provided is " + age + " [年龄必须大于零]");
    }
}

---

使用自定义异常：

public class Person {
    private int age;
    private String name;

    public Person(String name) throws EmptyNameException {
        if (name == null || "".equals(name))
            throw new EmptyNameException();
        this.name = name;
    }

    public Person(int age) {
        if (age < 1) {
            throw new IllegalAgeException(age);
        }
        this.age = age;
    }
}

七、使用异常的好处

将错误处理代码和普通代码区分开
可以将错误信息传播到调用堆栈中
可以对错误类型进行区分和分组

八、案例（编写断言类）

断言（assertion）作用：验证软件开发者对某一功能预期的结果

当程序执行到断言的位置时，会对软件开发者希望测试的功能进行测试。若断言不为真，程序会中止执行（抛异常）；若断言为真，不会抛异常，直接往后执行。

下面的代码实现了一个简单的计算器类
用于计算两个数的和，和计算两个数的商
当计算两个数的商的时候，必须保证第二个参数不为零（在此自定义异常类 DivideException 对第二个参数进行校验）
考虑到 DivideException 异常类可能只在本类中使用，不会被其他地方复用，所以把它定义为静态嵌套类
博主认为除法运行的时候第二个参数若为零的话会非常严重，所以把 DivideException 定义为了检查型异常

/**
 * @author 庆医
 * @describe 简单计算器（用于测试断言类、静态嵌套类、自定义异常）
 */
public class SimpleCalculator {
    private static int sum(int n1, int n2) {
        return n1 + n2;
    }

    private static double divide(double n1, double n2) throws DivideException {
        if (n2 == 0) throw new DivideException();
        return n1 / n2;
    }

    static class DivideException extends Exception {
        DivideException() {
            super("进行除法运算的时候, 第二个参不能为零");
        }
    }
}

如何测试上面的代码的正确性？
您可能会像下面的代码一样，调用方法并查看计算结果进行测试
这种测试方式是比较耗时和不高效的
业内比较专业的测试方式是：使用断言类
调用断言类中的方法，并输入您预期的结果作为参数。假如符合预期的结果，不会抛异常，代码继续往下走；如果不符合预期的结果，抛异常
下面就来写一个断言类【Asserts】

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // result is 7
        System.out.println("result is " + SimpleCalculator.sum(2, 5));
        try {
            double divResult = SimpleCalculator.divide(10, 2);
            // result is 5.0
            System.out.println("result is " + divResult);
        } catch (SimpleCalculator.DivideException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

---

(1) 版本1

断言类实现：

/**
 * @author 庆医
 * @describe 断言类
 */
public class Asserts {
    /**
     * @param expression 预期结果表达式
     */
    public static void check(boolean expression) {
        if (expression) return;

        try {
            throw new Exception("测试未通过");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

测试断言类：

/**
* @author 庆医
* @describe 测试断言类
*/
public class TestDemo {
   public static void main(String[] args) {
       Asserts.check(SimpleCalculator.sum(2, 5) == 7);

       // 抛异常：测试未通过
       Asserts.check(SimpleCalculator.sum(2, 5) == 10);

       try {
           // 抛异常：测试未通过
           Asserts.check(SimpleCalculator.divide(10, 2) == 20);
       } catch (SimpleCalculator.DivideException e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
}

好好琢磨一下代码，如果您看不懂，说明您前面的内容没有看明白！

---

(2) 版本2

异常对象【e】的getStackTrace方法可以返回异常数组
哪些无意义的异常的索引是【0】
所以，我们只需要打印索引是【1】的异常即可
System.err.println()可以打印红色字体

/**
 * @author 庆医
 * @describe 断言类（避免无效打印）
 */
public class Asserts {
    /**
     * @param expression 预期结果表达式
     */
    public static void check(boolean expression) {
        if (expression) return;

        try {
            throw new Exception("测试未通过");
        } catch (Exception e) {
            System.err.println(e.getStackTrace()[1]);
        }
    }
}

---

(3) 最终版

上面的代码还可进一步优化如下（若看不明白，说明您前面的内容没弄清楚）

/**
 * @author 庆医
 * @describe 断言类（避免无效打印）
 */
public class Asserts {
    /**
     * @param expression 预期结果表达式
     */
    public static void check(boolean expression) {
        if (expression) return;
        System.err.println(new RuntimeException().getStackTrace()[1]);
    }
}

结束！如有错误，请不吝赐教！