三十六、异常

什么是异常？Java代码在运行时期发生的问题就是异常。
在Java中，把异常信息封装成了一个类。当出现了问题时，就会创建异常类对象并抛出异常相关的信息（如异常出现的位置、原因等）。

一、Java异常继承体系

Java异常体系

首先说明一点，java中的Exception类的子类不仅仅只是像上图所示只包含IOException和RuntimeException这两大类，事实上Exception的子类很多很多，主要可概括为：运行时异常与非运行时异常。

从上述图示可以看到:
Thorwable类（表示可抛出）是所有异常和错误的超类，两个直接子类为Error和Exception，分别表示错误和异常。其中异常类Exception又分为运行时异常(RuntimeException)和非运行时异常，这两种异常有很大的区别，也称之为不检查异常（Unchecked Exception）和检查异常（Checked Exception）*。
下面将详细讲述这些异常之间的区别与联系：

1. Error与Exception
Error指程序在运行期间发生了某种错误(XxxError)，Error错误通常没有具体的处理方式，程序将会结束运行。Error错误的发生往往都是系统级别的问题，它是由JVM产生和抛出的，比如OutOfMemoryError、ThreadDeath等。这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。我们无法针对处理，只能修正代码。
错误实例：

public static void main(String[] args) {
int[] arr = new int[1024*1024*100];
//该句运行时发生了内存溢出错误OutOfMemoryError，开辟了过大的数组空间，导致JVM在分配数组空间时超出了JVM内存空间，直接发生错误。
}

Exception指程序在编译、运行期间发生了某种异常(XxxException)，我们可以对异常进行具体的处理。若不处理异常，程序将会结束运行。这种异常分两大类:运行时异常和非运行时异常。程序中应当尽可能去处理这些异常。
异常实例：

public static void main(String[] args) {
    int[] arr = new int[3];
    System.out.println(arr[0]);
    System.out.println(arr[3]);
// 该句运行时发生了数组索引越界异常ArrayIndexOutOfBoundsException，由于没有处理异常，导致程序无法继续执行，程序结束。
    System.out.println("over"); // 由于上面代码发生了异常，此句代码不会执行
}

2. 运行时异常和非运行时异常

运行时异常都是RuntimeException类及其子类异常，如NullPointerException、IndexOutOfBoundsException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。
- 运行时期异常的特点:
  1. 方法中抛出运行时期异常,方法定义中无需throws声明,调用者也无需处理此异常
  2. 运行时期异常一旦发生,需要程序人员修改源代码.
非运行时异常是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。

异常继承体系总结：

    Throwable: 它是所有错误与异常的超类（祖宗类）
        |- Error 错误
        |- Exception 编译期异常,进行编译JAVA程序时出现的问题
            |- RuntimeException 运行期异常, JAVA程序运行过程中出现的问题

二、异常的产生过程解析

先运行下面的程序，程序会产生一个数组索引越界异常ArrayIndexOfBoundsException。我们通过图解来解析下异常产生的过程。

工具类

class ArrayTools{
//对给定的数组通过给定的角标获取元素。
public static int getElement(int[] arr,int index)   {
        int element = arr[index];
        return element;
}
}

测试类

class ExceptionDemo2 {
    public static void main(String[] args)  {
        int[] arr = {34,12,67};
        int num = ArrayTools.getElement(arr,4)
        System.out.println("num="+num);
        System.out.println("over");
    }
}

上述程序执行过程图解：

异常产生过程.png

三、抛出异常throw和声明异常throws

1. 抛出异常throw

在编写程序时，我们必须要考虑程序出现问题的情况。比如，在定义方法时，方法需要接受参数。那么，当调用方法使用接受到的参数时，首先需要先对参数数据进行合法的判断，数据若不合法，就应该告诉调用者，传递合法的数据进来。这时需要使用抛出异常的方式来告诉调用者。
在java中，提供了一个throw关键字，它用来抛出一个指定的异常对象。那么，抛出一个异常具体如何操作呢？

创建一个异常对象。封装一些提示信息(信息可以自己编写)。
需要将这个异常对象告知给调用者。怎么告知呢？怎么将这个异常对象传递到调用者处呢？通过关键字throw就可以完成。throw 异常对象；

throw用在方法内，用来抛出一个异常对象，将这个异常对象传递到调用者处，并结束当前方法的执行。

使用格式：
throw new 异常类名(参数);

例如：
throw new NullPointerException("要访问的arr数组不存在");
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("该索引在数组中不存在，已超出范围");

下面是异常类ArrayIndexOutOfBoundsException与NullPointerException的构造方法

ArrayIndexOutOfBoundsException与NullPointerException的构造方法.png

学习完抛出异常的格式后，我们通过下面程序演示下throw的使用。
编写工具类，提供获取数组指定索引处的元素值:

class ArrayTools{
    //通过给定的数组，返回给定的索引对应的元素值。
    public static int getElement(int[] arr,int index)   {
        /*
        若程序出了异常，JVM它会打包异常对象并抛出。但是它所提供的信息不够给力。想要更清晰，需要自己抛出异常信息。
下面判断条件如果满足，当执行完throw抛出异常对象后，方法已经无法继续运算。这时就会结束当前方法的执行，并将异常告知给调用者。这时就需要通过异常来解决。
        */
        if(arr==null){
            throw new NullPointerException("arr指向的数组不存在");
        }
        if(index<0 || index>=arr.length){
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("错误的角标，"+index+"索引在数组中不存在");
        }
        int element = arr[index];
        return element;
    }
}

测试类

class ExceptionDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {34,12,67}; //创建数组
        int num = ArrayTools.getElement(null,2);// 调用方法，获取数组中指定索引处元素
//int num = ArrayTools.getElement(arr,5);// 调用方法，获取数组中指定索引处元素
        System.out.println("num="+num);//打印获取到的元素值
    }
}

2. 声明异常throws

声明：将问题标识出来，报告给调用者。如果方法内通过throw抛出了编译时异常，而没有捕获处理（稍后讲解该方式），那么必须通过throws进行声明，让调用者去处理。

声明异常格式：
修饰符返回值类型方法名(参数) throws 异常类名1,异常类名2… { }

声明异常的代码演示：

class Demo{
    /*
    如果定义功能时有问题发生需要报告给调用者。可以通过在方法上使用throws关键字进行声明。
    */
    public void show(int x)throws Exception {
        if(x>0){
            throw new Exception();
        } else {
            System.out.println("show run");
         }
    }
}

throws用于进行异常类的声明，若该方法可能有多种异常情况产生，那么在throws后面可以写多个异常类，用逗号隔开。
多个异常的情况，例如:

public static int getElement(int[] arr,int index) throws NullPointerException, ArrayIndexOutOfBoundsException {
    if(arr==null){
        throw new NullPointerException("arr指向的数组不存在");
    }
    if(index<0 || index>=arr.length){
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("错误的角标，"+index+"索引在数组中不存在");
    }
    int element = arr[index];
    return element;
}

四、捕获异常try…catch…finally

捕获：Java中对异常有针对性的语句进行捕获，可以对出现的异常进行指定方式的处理。

捕获异常格式：
try {
//需要被检测的语句。
}
catch(异常类变量) { //参数。
//异常的处理语句。
}
finally {
//一定会被执行的语句。
}

try：该代码块中编写可能产生异常的代码。
catch：用来进行某种异常的捕获，实现对捕获到的异常进行处理。
finally：有一些特定的代码无论异常是否发生，都需要执行。另外，因为异常会引发程序跳转，导致有些语句执行不到。而finally就是解决这个问题的，在finally代码块中存放的代码都是一定会被执行的。

演示如下：

class ExceptionDemo{
    public static void main(String[] args){ //throws ArrayIndexOutOfBoundsException
        try {
              int[] arr = new int[3];
            System.out.println( arr[5] );// 会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException
            当产生异常时，必须有处理方式。要么捕获，要么声明。
        }
        catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) { //括号中需要定义什么呢？try中抛出的是什么异常，在括号中就定义什么异常类型。 
            System.out.println("异常发生了");
        } finally {
              arr = null; //把数组指向null，通过垃圾回收器，进行内存垃圾的清除
}
        System.out.println("程序运行结果");
    }
}

try…catch…finally异常处理的组合方式

try catch finally组合：检测异常，并传递给catch处理，并在finally中进行资源释放。
try catch组合 : 对代码进行异常检测，并对检测的异常传递给catch处理。对异常进行捕获处理。

void show(){ //不用throws 
    try{
        throw new Exception();//产生异常，直接捕获处理
    }catch(Exception e){
//处理方式  
    }
}

一个try 多个catch组合 : 对代码进行异常检测，并对检测的异常传递给catch处理。对每种异常信息进行不同的捕获处理。

void show(){ //不用throws 
    try{
        throw new Exception();//产生异常，直接捕获处理
    }catch(XxxException e){
//处理方式  
    }catch(YyyException e){
//处理方式  
    }catch(ZzzException e){
//处理方式  
    }
}

注意:这种异常处理方式，要求多个catch中的异常不能相同，并且若catch中的多个异常之间有子父类异常的关系，那么子类异常要求在上面的catch处理，父类异常在下面的catch处理。

try finally 组合: 对代码进行异常检测，检测到异常后因为没有catch，所以一样会被默认jvm抛出。异常是没有捕获处理的。但是功能所开启资源需要进行关闭，所有finally。只为关闭资源。

void show(){//需要throws 
    try{
        throw new Exception();
    }finally {
        //释放资源
    }
}

五、异常在方法重写中细节

子类覆盖父类方法时，如果父类的方法声明异常，子类只能声明父类异常或者该异常的子类，或者不声明。

class Fu {
    public void method () throws RuntimeException {
}
}
class Zi extends Fu {
    public void method() throws RuntimeException { }  //抛出父类一样的异常
    //public void method() throws NullPointerException{ } //抛出父类子异常
}

当父类方法声明多个异常时，子类覆盖时只能声明多个异常的子集。

class Fu {
    public void method () throws NullPointerException, ClassCastException{
}
}
class Zi extends Fu {
    public void method()throws NullPointerException, ClassCastException { }         public void method() throws NullPointerException{ } //抛出父类异常中的一部分
    public void method() throws ClassCastException { } //抛出父类异常中的一部分
}

当被覆盖的方法没有异常声明时，子类覆盖时无法声明异常的。

class Fu {
    public void method (){
}
}
class Zi extends Fu {
    public void method() throws Exception { }//错误的方式
}

接口中没有声明异常，而实现的子类覆盖方法时发生了异常，怎么办？
无法进行throws声明，只能catch的捕获。万一问题处理不了呢？catch中继续throw抛出，但是只能将异常转换成RuntimeException子类抛出。

interface Inter {
    public abstract void method();
}
class Zi implements Inter {
    public void method(){ //无法声明 throws Exception
        int[] arr = null;
        if (arr == null) {
            //只能捕获处理
            try{
throw new Exception(“哥们，你定义的数组arr是空的!”);
} catch(Exception e){
    System.out.println(“父方法中没有异常抛出，子类中不能抛出Exception异常”);
        //我们把异常对象e，采用RuntimeException异常方式抛出
        throw new RuntimeException(e);
}
}
}
}

六、异常中常用方法

Throwable类常用方法.png

getMessage方法：返回该异常的详细信息字符串，即异常提示信息
toString方法：返回该异常的名称与详细信息字符串
printStackTrace：在控制台输出该异常的名称与详细信息字符串、异常出现的代码位置

异常的常用方法代码演示：

try {
    Person p= null;
    if (p==null) {
        throw new NullPointerException(“出现空指针异常了，请检查对象是否为null”);
}
} catch (NullPointerException e) {
    String message = e.getMesage();
    System.out.println(message ); 
    
    String result = e.toString();
    System.out.println(result); 
    
    e.printStackTrace(); 
}

七、自定义异常

在上述代码中，发现这些异常都是JDK内部定义好的，并且这些异常不好找。书写时也很不方便，那么能不能自己定义异常呢？
之前的几个异常都是java通过类进行的描述。并将问题封装成对象，异常就是将问题封装成了对象。这些异常不好认，书写也很不方便，能不能定义一个符合我的程序要求的异常名称。既然JDK中是使用类在描述异常信息，那么我们也可以模拟Java的这种机制，我们自己定义异常的信息，异常的名字，让异常更符合自己程序的阅读。准确对自己所需要的异常进行类的描述。

1. 自定义异常类的定义

通过阅读异常源代码：发现java中所有的异常类，都是继承Throwable，或者继承Throwable的子类。这样该异常才可以被throw抛出。
说明这个异常体系具备一个特有的特性：可抛性——即可以被throw关键字操作。
并且查阅异常子类源码，发现每个异常中都调用了父类的构造方法，把异常描述信息传递给了父类，让父类帮我们进行异常信息的封装。
例如NullPointerException异常类源代码：

public class NullPointerException extends RuntimeException {
    public NullPointerException() {
        super();//调用父类构造方法
    }
    public NullPointerException(String s) {
        super(s);//调用父类具有异常信息的构造方法
    }
}

现在，我们来定义个自己的异常，即自定义异常。
格式：

Class 异常名 extends Exception{ //或继承RuntimeException
    public 异常名(){
}
    public 异常名(String s){ 
super(s); 
}
}

自定义异常继承Exception演示

class MyException extends Exception{
    /*
    为什么要定义构造函数，因为看到Java中的异常描述类中有提供对异常对象的初始化方法。
    */
    public MyException(){
        super();
    }
    public MyException(String message)  {
        super(message);// 如果自定义异常需要异常信息，可以通过调用父类的带有字符串参数的构造函数即可。
    }
}

自定义异常继承RuntimeException演示

class MyException extends RuntimeException{
    /*
    为什么要定义构造函数，因为看到Java中的异常描述类中有提供对异常对象的初始化方法。
    */
    MyException(){
        super();
    }
    MyException(String message) {
        super(message);// 如果自定义异常需要异常信息，可以通过调用父类的带有字符串参数的构造函数即可。
    }
}

自定义异常类实例：
定义Person类，包含name与age两个成员变量。
在Person类的有参数构造方法中，进行年龄范围的判断，若年龄为负数或大于200岁，则抛出NoAgeException异常，异常提示信息“年龄数值非法”。
要求：在测试类中，调用有参数构造方法，完成Person对象创建，并进行异常的处理。

自定义异常类

class NoAgeException extends Exception{
    NoAgeException() {
        super();
    }

    NoAgeException(String message)  {
        super(message);
    }
}

Person类

class Person{
    private String name;
    private int age;
    Person(String name,int age) throws NoAgeException   {
        //加入逻辑判断。
        if(age<0 || age>200)        {
            throw new NoAgeException(age+",年龄数值非法");
        }
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    //定义Person对象对应的字符串表现形式。覆盖Object中的toString方法。
    public String toString()    {
        return "Person[name="+name+",age="+age+"]";
    }
}

测试类

class ExceptionDemo{
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Person p = new Person("xiaoming",20);
            System.out.println(p);
        }
        catch (NoAgeException ex){
            System.out.println("年龄异常啦");
        }
        System.out.println("over");
    }
}

总结一下，构造函数到底抛出这个NoAgeException是继承Exception呢？还是继承RuntimeException呢？

继承Exception，必须要throws声明，一声明就告知调用者进行捕获（在编译时就知道），一旦问题处理了调用者的程序会继续执行。
继承RuntimeExcpetion,不需要throws声明的，这时调用是不需要编写捕获代码的，因为调用根本就不知道有问题（程序运行时才知道）。一旦发生NoAgeException，调用者程序会停掉，并有jvm将信息显示到屏幕，让调用者看到问题，修正代码。