【JavaSE】Java中的异常那些事儿
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Java中异常的学习
- 一. 异常的概念与体系结构
-
- ✔️1.1 异常的概念
- ✔️1.2 异常的体系结构
- ✔️1.3 异常的分类
- 二. 异常的处理
-
- ♻️ 2.1 防御式编程
- ♻️ 2.2 异常的抛出
- ♻️ 2.3 异常的捕获
-
- 2.3.1 异常声明throws
- 2.3.2 try-catch捕获并处理
- 2.3.3 finally
- ♻️ 2.4 异常的处理流程
- 三. 自定义异常类
前言：
在我们学习的过程中经常会遇到一些异常❗️ ，要么在编译的时候就报错，要么运行的时候报错，那我们该如何解决他们呢？熟练的掌握他们之后，还要反其道而行之，最后去创造出我们想要的异常来服务于我们的需求，此篇文章就可以带你领略异常的"美"
内容简介：
- 异常概念与体系结构
- 异常的处理方式
- 异常的处理流程
- 自定义异常类
一. 异常的概念与体系结构
✔️1.1 异常的概念
在Java中，将程序执行过程中发生的不正常行为称为异常
比如我们前面接触过的几种异常
- 算术异常
public static void main1(String[] args) {
int a = 10/0 ;
System.out.println(a);
}
- 空指针异常（引用=null）
public static void main(String[] args) {
int[] array = null;
System.out.println(array.length);
System.out.println("hahahafafafa");
}
- 数组越界异常
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1,2,3,4,5};
System.out.println(array[10]);
System.out.println("hahahahqqqppp");
}
✔️1.2 异常的体系结构
异常种类繁多，为了对不同异常或者错误进行很好的分类管理，Java内部维护了一个异常的体系结构：
从上图中可以看到：
- Throwable：是异常体系的顶层类，其派生出两个重要的子类, Error 和 Exception
- Error：指的是Java虚拟机无法解决的严重问题，比如：JVM的内部错误、资源耗尽等，典型代表：StackOverflowError和OutOfMemoryError，一旦发生回力乏术，就像人得了癌症。
- Exception：异常产生后程序员可以通过代码进行处理，使程序继续执行。比如：感冒、发烧。我们平时所说的异常就是Exception。
栈溢出错误就是Error
public static void func(){
func();
}
public static void main(String[] args) {
func();
}
✔️1.3 异常的分类
异常可能在编译时发生，也可能在程序运行时发生，根据发生的时机不同，可以将异常分为：
- 编译时异常（受查异常）
在程序编译期间发生的异常，称为编译时异常，也称为受检查异常(Checked Exception)
例如我们之前接触到的克隆
class Person implements Cloneable{
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Person person = new Person();
Person person1 = (Person)person.clone();
}
此处可以看到我们main函数衔接了一个异常，有的人会不懂，别急，请看后文，如何操作呢，我们在IDEA中用Alt+回车+回车快捷键throws声明一个异常就可以解决程序编译报错的问题了（在报错处操作）
注意：少了等于号，分号，逗号等等的属于编译时语法错误，是编译错误，不属于异常
- 运行时异常（非受查异常）
在程序执行期间发生的异常，称为运行时异常，也称为非受检查异常(Unchecked Exception)
RunTimeException以及其子类对应的异常，都称为运行时异常。比如：NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException、ArithmeticException。
例如我们的数组越界：
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1,2,3,4};
System.out.println(array[9]);
System.out.println("hahahaqqqppp");
}
代码写完之后系统并没有红线提示，而是在运行的时候报错了
注意：编译时出现的语法性错误，不能称之为异常。例如将 System.out.println 拼写错了, 写成了system.out.println. 此时编译过程中就会出错, 这是 “编译期” 出错。而运行时指的是程序已经编译通过得到class 文件了, 再由 JVM 执行过程中出现的错误.
二. 异常的处理
♻️ 2.1 防御式编程
例如一个进入游戏的操作
- LBYL: Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查. 即：事前防御型
public static void main7(String[] args) {
boolean ret = false;
ret = 登陆游戏();
if (!ret) {
处理登陆游戏错误;
return;
}
ret = 开始匹配();
if (!ret) {
处理匹配错误;
return;
}
ret = 游戏确认();
if (!ret) {
处理游戏确认错误;
return;
}
ret = 选择英雄();
if (!ret) {
处理选择英雄错误;
return;
}
ret = 载入游戏画面();
if (!ret) {
处理载入游戏错误;
return;
}
......
}
LBYL是将每一步操作的对错可能性都进行了处理
缺陷：正常流程和错误处理流程代码混在一起, 代码整体显的比较混乱。
- EAFP: It’s Easier to Ask Forgiveness than Permission. “事后获取原谅比事前获取许可更容易”. 也就是先操作,遇到问题再处理. 即：事后认错型
public static void main(String[] args) {
try {
登陆游戏();
开始匹配();
游戏确认();
选择英雄();
载入游戏画面();
...
} catch (登陆游戏异常) {
处理登陆游戏异常;
} catch (开始匹配异常) {
处理开始匹配异常;
} catch (游戏确认异常) {
处理游戏确认异常;
} catch (选择英雄异常) {
处理选择英雄异常;
} catch (载入游戏画面异常) {
处理载入游戏画面异常;
}
......
}
优势：正常流程和错误流程是分离开的, 程序员更关注正常流程，代码更清晰，容易理解代码
所以异常处理的核心思想就是 EAFP。
在Java中，异常处理主要的5个关键字：throw、try、catch、final、throws。
♻️ 2.2 异常的抛出
在编写程序时，如果程序中出现错误，此时就需要将错误的信息告知给调用者，比如：参数检测。
在Java中，可以借助throw关键字，抛出一个指定的异常对象，将错误信息告知给调用者。具体语法如下：
public static void func1(int a){
if(a == 10){
throw new RuntimeException("a==10");
}
}
public static void main(String[] args) {
func1(10);
}
其中在func1方法里规定了当a等于10的时候，就抛出一个指定的异常对象，所以函数调用func1的时候，传10的参数就会执行指定的异常
注意：
- throw必须写在方法体内部
- 抛出的对象必须是Exception 或者 Exception 的子类对象
- 如果抛出的是 RunTimeException 或者 RunTimeException 的子类，则可以不用处理，直接交给JVM来处理
- 如果抛出的是编译时异常，用户必须处理，否则无法通过编译
- 异常一旦抛出，其后的代码就不会执行
♻️ 2.3 异常的捕获
异常的捕获，也就是异常的具体处理方式，主要有两种：异常声明throws 以及 try-catch捕获处理。
2.3.1 异常声明throws
处在方法声明时参数列表之后，当方法中抛出编译时异常，用户不想处理该异常，此时就可以借助throws将异常抛给方法的调用者来处理。即当前方法不处理异常，提醒方法的调用者处理异常。
语法格式：
修饰符 返回值类型 方法名(参数列表) throws 异常类型1，异常类型2...{
}
- 在方法中使用throws之后，在主函数里调用者必须要处理（后面讲解如何处理）
//声明一下异常throws 但是此时没有处理异常
public static void func3(int a) throws CloneNotSupportedException {
if(a == 10){
throw new CloneNotSupportedException("a == 10");
}
}
public static void main(String[] args) {
try{
func3(10);
}catch(CloneNotSupportedException e){
e.printStackTrace();
}
System.out.println("hahaha");
}
- 如果方法中没有声明异常，而是直接处理了异常，则在函数里可以直接调用
public static void func2(int a){
//处理异常
try{
if(a == 10){
throw new CloneNotSupportedException("a == 10");
}
}catch(CloneNotSupportedException e){
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
func2(10);
}
3.方法中处理了异常，在函数中又throws之后，此时还是没有处理异常，所以交给了JVM
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException{
func3(10);
System.out.println("haha");
}
注意：
- throws必须跟在方法的参数列表之后
- 声明的异常必须是 Exception 或者 Exception 的子类
- 方法内部如果抛出了多个异常，throws之后必须跟多个异常类型，之间用逗号隔开，如果抛出多个异常类型具有父子关系，直接声明父类即可。
- 调用声明抛出异常的方法时，调用者必须对该异常进行处理，或者继续使用throws抛出
2.3.2 try-catch捕获并处理
throws对异常并没有真正处理，而是将异常报告给抛出异常方法的调用者，由调用者处理。如果真正要对异常进行处理，就需要try-catch。
语法格式：
public static void main(String[] args) {
try{
// 将可能出现异常的代码放在这里
}catch(要捕获的异常类型 e){
// 如果try中的代码抛出异常了，此处catch捕获时异常类型与try中抛出的异常类型一致时，或者是try中抛出异常的基类时，就会被捕获到
// 对异常就可以正常处理，处理完成后，跳出try-catch结构，继续执行后序代码
}catch(异常类型 e){
// 对异常进行处理
}finally{
// 此处代码一定会被执行到
}
// 后序代码
// 当异常被捕获到时，异常就被处理了，这里的后序代码一定会执行
// 如果捕获了，由于捕获时类型不对，那就没有捕获到，这里的代码就不会被执行
}
当我们再拿出数组越界这段代码的时候可以看到没有处理异常，那么就会交给JVM来处理，此时程序会立即异常终止，code返回1
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1,2,3,4,5};
System.out.println(array[10]);//此处没有处理异常，那么就会交给JVM来处理，此时程序会立即异常终止
System.out.println("其他业务逻辑");
}
我们使用try-catch捕获并处理
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1,2,3,4,5};
try{
//System.out.println(array[10]);//此处没有处理异常，那么就会交给JVM来处理，此时程序会立即异常终止
func2(10);
System.out.println("hhhh");//只要上面发生了异常，后面的代码就不会执行了
}catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){//输入异常的类型，变量
e.printStackTrace();//打印当前异常的信息
System.out.println("捕获到了一个数组越界的异常！！可以发你一个邮件，告知你原因");
}
System.out.println("其他业务逻辑");
}
当然我们这里如果在try里面输入的数据发生了异常，但是在catch里面没有提及到相关异常的捕捉，那么程序依旧会运行失败。如果在try里面有多个异常，它只会捕获第一个异常，其余的就不执行了，程序当中，同时只能抛出一个异常。
关于异常的处理方式：
- 异常的种类有很多, 我们要根据不同的业务场景来决定.
- 对于比较严重的问题(例如和算钱相关的场景), 应该让程序直接崩溃, 防止造成更严重的后果
- 对于不太严重的问题(大多数场景), 可以记录错误日志, 并通过监控报警程序及时通知程序猿
- 对于可能会恢复的问题(和网络相关的场景), 可以尝试进行重试.
- 在我们当前的代码中采取的是经过简化的第二种方式. 我们记录的错误日志是出现异常的方法调用信息, 能很快速的让我们找到出现异常的位置. 以后在实际工作中我们会采取更完备的方式来记录异常信息.
注意：
- try块内抛出异常位置之后的代码将不会被执行
- 如果抛出异常类型与catch时异常类型不匹配，即异常不会被成功捕获，也就不会被处理，继续往外抛，直到JVM收到后中断程序----异常是按照类型来捕获的
- try中可能会抛出多个不同的异常对象，则必须用多个catch来捕获----即多种异常，多次捕获
如果多个异常的处理方式是完全相同, 也可以写成这样：中间用|来衔接异常，变量名放最后}catch(ArrayIndexOutOfBoundsException | NullPointerException e){//输入异常的类型，变量如果异常之间具有父子关系，一定是子类异常在前catch，父类异常在后catch，否则语法错误：
public static void main(String[] args) { int[] array = {1,2,3,4,5}; try{ System.out.println(array[9]); System.out.println("haha"); }catch (NullPointerException e){ System.out.println("空指针异常！"); e.printStackTrace(); }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e){ System.out.println("数组越界异常！"); e.printStackTrace(); }catch (Exception e){//Exception可以捕捉到所有的异常 兜底，必须放在最后 e.printStackTrace(); } }Exception是所有异常的父类，必须写在最后面， 因此可以用这个类型表示捕捉所有异常.
4. 可以通过一个catch捕获所有的异常，即多个异常，一次捕获(不推荐)public static void main(String[] args) { int[] array = {1,2,3,4,5}; try{ System.out.println(array[10]); System.out.println("haha"); }catch (Exception e){//不建议这样写 具体的异常才能解决具体的问题 e.printStackTrace(); } }只有具体的异常才能解决具体的问题，捕捉范围太大是不可控的
备注: catch 进行类型匹配的时候, 不光会匹配相同类型的异常对象, 也会捕捉目标异常类型的子类对象.如刚才的代码, NullPointerException 和 ArrayIndexOutOfBoundsException 都是 Exception 的子类, 因此都能被捕获到.
2.3.3 finally
在写程序时，有些特定的代码，不论程序是否发生异常，都需要执行，比如程序中打开的资源：网络连接、数据库连接、IO流等，在程序正常或者异常退出时，必须要对资源进进行回收。另外，因为异常会引发程序的跳转，可能导致有些语句执行不到，finally就是用来解决这个问题的。
语法格式：
public static void main(String[] args) {
try{
// 可能会发生异常的代码
}catch(异常类型 e){
// 对捕获到的异常进行处理
}finally{
// 此处的语句无论是否发生异常，都会被执行到
}
// 如果没有抛出异常，或者异常被捕获处理了，这里的代码也会执行
}
代码演练：输入一个数被10整除
public static void main(String[] args) {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
try{
int a = scanner.nextInt();
System.out.println(10/a);
System.out.println("abcdefg");
}catch(ArithmeticException e){
System.out.println("捕获到了算术异常");
e.printStackTrace();
}finally {
scanner.close();//关闭资源
System.out.println("一般用来关闭资源！");//不管是否发生异常，finally一定会被执行
}
System.out.println("其他业务逻辑");
}
没有发生异常的结果：
发生了异常的结果：
那有人问既然 finally 和 try-catch-finally 后的代码都会执行，那为什么还要有finally呢？
在一段程序中，如果正常输入，成功接收输入后程序就返回了，try-catch-finally之后的代码根本就没有执行，即输入流就没有被释放，造成资源泄漏。
在以下代码中：当try里面有计算的时候，还有return的时候，以及finally中也有return的时候，这时候我们程序会怎么输出呢？
public static int func(){
try{
System.out.println(10/10);
return 10;
}catch(ArithmeticException e){
System.out.println("这里捕捉到了算术异常");
}finally {
//return -1;
}
return 13;
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(func());
}
输出的结果：
从这个结果中我们可以看到执行了try中的计算和finally中的return，个人理解是finally中的return的值覆盖了try里面的return的值，但恰巧这样的代码方式是不推荐的，我们尽量不要在finally语句中进行return(被编译器当做一个警告).。（finally 执行的时机是在方法返回之前(try 或者 catch 中如果有 return 会在这个 return 之前执行 finally). 但是如果finally 中也存在 return 语句, 那么就会执行 finally 中的 return, 从而不会执行到 try 中原有的 return.）如果在 try-catch-finally 后的代码中return一个数是不会发生异常的，输出就是try里的两个值。
注意：finally中的代码一定会执行的，一般在finally中进行一些资源清理的扫尾工作。
在这里面就有面试题可问了：
- throw 和 throws 的区别？
①：throw 是语句抛出一个异常；throws 是方法抛出一个异常
②：throws可以单独使用，但throw不能
③：throw要么和try-catch-finally语句配套使用，要么与throws配套使用。但throws可以单独使用，然后再由处理异常的方法捕获- finally中的语句一定会执行吗？
finally中的代码一定会执行的，一般在finally中进行一些资源清理的扫尾工作
♻️ 2.4 异常的处理流程
关于 “调用栈”
方法之间是存在相互调用关系的, 这种调用关系我们可以用 “调用栈” 来描述. 在 JVM 中有一块内存空间称为 “虚拟机栈” 专门存储方法之间的调用关系. 当代码中出现异常的时候, 我们就可以使用 e.printStackTrace(); 的方式查看出现异常代码的调用栈.
在方法里没有处理异常，就会交给main函数处理，如果main函数也没处理，就会交给JVM处理
异常处理流程总结：
- 程序先执行 try 中的代码
- 如果 try 中的代码出现异常, 就会结束 try 中的代码, 看和 catch 中的异常类型是否匹配.
- 如果找到匹配的异常类型, 就会执行 catch 中的代码
- 如果没有找到匹配的异常类型, 就会将异常向上传递到上层调用者
- 无论是否找到匹配的异常类型, finally 中的代码都会被执行到(在该方法结束之前执行)
- 如果上层调用者也没有处理的了异常, 就继续向上传递
- 一直到 main 方法也没有合适的代码处理异常, 就会交给 JVM 来进行处理, 此时程序就会异常终止
三. 自定义异常类
Java 中虽然已经内置了丰富的异常类, 但是并不能完全表示实际开发中所遇到的一些异常，此时就需要维护符合我们实际情况的异常结构
如果要自定义一个异常，那么需要继承于一个异常类，一般我们推荐继承2个中的一个
1.Exception：默认就是一个受查异常，或者是一个编译时异常，必须"处理"之后才可以运行，使用try来处理，throws来声明
2. RuntimeException：非受查时异常，运行时异常
例如我们写一个登录类：
在登陆类里我们只需要判断用户名和密码即可，此时我们在处理用户名密码错误的时候可能就需要抛出两种异常. 我们可以基于已有的异常类进行扩展(继承), 创建和我们业务相关的异常类
定义用户名异常类：
①我们自定义抛出RuntimeException异常，再定义一个类继承RuntimeException并让throws抛出它
定义密码类异常：
①我们自定义抛出RuntimeException异常，再定义一个类继承RuntimeException并让throws抛出它
此时可以把两种异常结合起来，在try里输入名字密码，在if语句中判断，为了能让异常名是符合我们需求的，而不是系统自带的异常名，我们需要在语句抛出异常throw中传参，传我们自己想定义的异常名字，传参的话此时UserNameErrorException类和PasswordErrorException类里需要完善代码来接收字符串，总的代码如下：
class LogIn {
private String userName = "admin";
private String Keyword = "111111";
public void loginInfo(String userName, String Keyword) throws RuntimeException{
if (!this.userName.equals(userName)) {
System.out.println("用户名错误！");
throw new UserNameErrorException("我是用户名错误的异常的参数");
}
if (!this.word.equals(Keyword)) {
System.out.println("密码错误！");
throw new wordErrorException("我是密码错误的异常的参数");
}
System.out.println("登陆成功");
}
public static void main(String[] args) {
try{
LogIn logIn = new LogIn();
logIn.loginInfo("admin888", "111111");
}catch (UserNameErrorException errorException){
errorException.printStackTrace();
System.out.println("用户名异常！");
}catch (KeywordErrorException e){
e.printStackTrace();
System.out.println("密码异常！");
}
}
}
用户名类：
public class UserNameErrorException extends RuntimeException{
public UserNameErrorException() {
super();
}
public UserNameErrorException(String message) {
super(message);
}
}
密码类：
public class KeywordErrorException extends RuntimeException{
public KeywordErrorException() {
super();
}
public wordErrorException(String message) {
super(message);
}
}
在这两个异常类中实现一个带有String类型参数的构造方法，参数含义：出现异常的原因
效果展示：
用户错误，密码正确：
用户正确，密码正确：
密码错误，用户名正确：
密码错误，用户名错误：
结束语：我们是狂风中落不完的叶 我们亦是文人笔下仓促无畏的诗 正当青春年少 我们应砥砺前行