Java基础之异常
文章目录
- 前言
- 一、初识异常
- 二、异常的体系结构
- 三、异常的分类
- 四、异常的处理
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- （1）throw-异常抛出
- （2）throws-异常声明
- （3）try-catch-捕获处理
- （4）finally
- （5）try-catch-finally与return
- 五、防御式编程
- 六、异常的处理流程
- 七、自定义异常类
- 小结
前言
每当我们编写Java程序时，都会遇到各种各样的错误。有时候，错误可能是因为程序逻辑本身的问题，比如除以0的情况。有时候，错误可能是因为输入的数据有误，比如输入了一个无法转换为整数的字符串。无论哪种情况，Java都提供了一种机制来处理这些错误——Java异常。
这些非正常情况在Java中统一被认为是异常，Java使用异常机制来统一处理
在本文中，我们将深入了解Java异常的基本概念，并学习如何来捕获和处理异常。
一、初识异常
其实在学习异常之前，我们在平时的编码中就已经见过了异常，例如：
（1）使用null访问时产生的空指针异常：java.lang.NullPointerException
（2）数组越界引发的索引越界异常：java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException
（3）除0引发的算术异常：java.lang.ArithmeticException
上面的几种异常都称为非受查异常，并且是在ava虚拟机在程序执行期间根据特定条件自动抛出的异常。
其实对于Java中的异常体系来说，这几种异常只不过是冰山一角，我们继续往下看：
二、异常的体系结构
当我们的程序遇到问题时，就会抛出异常，观察窗口弹出的异常我们很容易发现，其实异常本质上就是java.long包下面的一个类。
Java异常体系结构是由一系列的异常类组成的。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。在Java中，以java.lang.Throwable为异常体系的顶层类，派生出一系列的子类，部分类如下图：
Throwable：是异常体系的顶层类，其派生出两个重要的子类, Error 和 ExceptionError：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：栈溢出错误StackOverflowError、内存溢出错误OutOfMemoryErroException：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。
三、异常的分类
在Java中我们通常将异常分为(Checked Exception)受查异常和(Unchecked Exception)非受查异常，或是编译时异常和运行时异常。
受查异常（编译时异常）
受查异常必须在程序中处理或声明，否则程序将无法编译。
非受查异常（运行时异常）
非受查异常可以在程序中处理和声明，但不是必需的。
四、异常的处理
（1）throw-异常抛出
Java中主要有两种触发异常的方式：
1.代码自己执行的过程当中触发异常。如上面的”认识异常“中举出的例子。
2.使用throw关键字手动抛出异常。如throw new NullPointerException();
所有异常类都有一个共同的父类Throwable，它有4个public构造方法：
public Throwable()
public Throwable(String message)
public Throwable(String message, Throwable cause)
public Throwable(Throwable cause)
在抛出异常的时候我们可以合理的使用构造方法，例如输入错误提示信息：
注意事项：
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
拓展： throw关键字可以与return关键字进行对比，return代表正常退出，throw代表异常退出，return的返回位置是确定的，就是上一级调用者，而throw后执行哪行代码则经常是不确定的，由异常处理机制动态确定。
（2）throws-异常声明
public void test() throws NullPointerException,
CloneNotSupportedException,
ArrayIndexOutOfBoundsException {
//....
}
throws用于声明一个方法可能抛出的异常，跟在方法的括号后面，可以声明多个异常，以逗号分隔。这种声明的含义是说，我这个方法内可能抛出这些异常，我没有进行处理，至少没有处理完，提醒方法的调用者处理异常。
如果一个方法内调用了另一个声明抛出受查异常(checked)的方法，则必须处理这些受查异常(checked)进行处理，此时可以使用try-catch对异常进行捕获处理，如果仍然没有能力进行处理，则可以继续使用throws声明可能抛出的异常，如下代码所示：
public void test() throws CloneNotSupportedException {
super.clone();
}
// 方式1：继续抛出
public void tester1() throws CloneNotSupportedException {
test();
}
// 方式2：处理
public void tester2() {
try {
test();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
(try-catch下面具体介绍)
注意事项：
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。
- 对于非受查异常(unchecked)，是不要求使用throws进行声明的，但对于受查异常(checked)，则必须进行声明，换句话说，如果没有声明，则不能抛出。
- 对于受查异常，不可以抛出而不声明，但可以声明抛出但实际不抛出。
（3）try-catch-捕获处理
我们上面说到，如果此方法内不想处理异常，或没有能力处理异常，我们可以使用throws声明可能发生的异常。可见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。
try-catch语法：
（1）基本规则：异常处理机制将根据抛出的异常类型找第一个匹配的catch块，找到后，执行catch块内的代码，其他catch块就不执行了，如果没有找到，会继续到上层方法中查找。
try {
// 可能会抛出异常的代码
} catch (SomeException1 ex) {
// 处理SomeException1异常的代码
} catch (SomeException2 ex) {
// 处理SomeException2异常的代码
} catch (SomeException3 ex) {
// 处理SomeException3异常的代码
}[ catch…… ]//根据需求增减catch
// 一旦异常被捕获处理了，try-catch后的代码会执行
//继续执行代码...
（2）在捕获多种异常时，如果多个异常的处理方式是完全相同, 也可以写成这样：
catch (SomeException1 | SomeException2 e) {
//处理异常...
}
（3）如果异常之间具有父子关系，语法规定：一定是子类异常在前catch，父类异常在后catch
try {
//可能会抛出异常的代码块
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
//处理异常
} catch (Exception e){
//处理异常
}
（4）可以通过一个catch捕获所有的异常，即多个异常一次捕获，但是使用这种方法捕获的异常没有提供足够的信息，无法对异常进行有效的处理，可能会对程序造成严重的后果。不推荐使用！
try {
// 可能会抛出多种类型的异常
} catch (Exception ex) {
// 处理所有类型的异常的代码
}
例如使用try-catch捕获处理数组下标越界异常：
public static void test() {
int[] array1={1,2,3};
System.out.println(array1[10]);
}
public static void main(String[] args){
try {
test();
System.out.println("异常产生后这里的代码不在执行");
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
e.printStackTrace(); //打印异常信息
System.out.println("捕获到异常：ArrayIndexOutOfBoundsException.处理异常……");
}
System.out.println("这是一行正常代码");
}
异常发生后通常会产生异常信息，上面的例子中我们对异常信息进行输出，在处理异常时可以的对异常信息加以利用：
（1）
e.getMessage()获取异常信息
（2）System.out.println(e)打印异常类型+异常信息
（3）e.printStackTrace()打印异常栈到标准错误输出流。（使用最多）
作用：通过这些信息有助于理解为什么会出异常，还可以帮我们快速定位异常发生的位置，这是解决编程错误的常用方法。示例是直接将信息输出到标准流上，实际系统中更常用的做法是输出到专门的日志中。
（4）finally
try-catch异常机制中还有一个重要的部分，就是finally。catch后面可以跟finally语句，语法如下所示：
try{
//可能抛出异常
}catch(Exception e){
//捕获异常
}finally{
//不管有无异常都执行
}
对于finally内的代码不管有无异常发生，都会执行。具体来说：
- 如果没有异常发生，在try内的代码执行结束后执行。
- 如果有异常发生且被catch捕获，在catch内的代码执行结束后执行
- 如果有异常发生但没被捕获，则在异常被抛给上层之前执行。
finally作用： 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避免造成资源泄漏。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（如在try中return），finally就是用来解决这个问题的。
例如在读取文件内容时可以这样处理：
public static void fileTest() {
FileReader reader = null;
try {
reader = new FileReader("somefile.txt");
// 使用reader读取文件内容
} catch (FileNotFoundException ex) {
System.out.println("未找到文件：somefile.txt");
} catch (IOException ex) {
// 处理IOException异常的代码...
} finally {
if (reader != null) {
try {
//关闭FileReader对象
reader.close();
} catch (IOException ex) {
// 处理关闭reader时抛出的IOException异常的代码
}
}
}
}
（5）try-catch-finally与return
代码一：
public static int test(){
int num = 0;
try{
return num;
}finally{
num = 10;
}
}
test返回值为0.实际执行过程是，在执行到try内的return ret;语句前，会先将返回值ret保存在一个临时变量中，然后才执行finally语句，最后try再返回那个临时变量，finally中对ret的修改不会被返回。
代码二：
public static int func() {
try {
return 10;
} finally {
return 20;
}
}
func返回值为20. try 或者 catch 中如果有 return 会在这个 return 之前执行 finally（代码一特殊）。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。
小结：一般而言，为避免混淆，应该避免在finally中使用return语句或者抛出异常，如果调用的其他代码可能抛出异常，则应该捕获异常并进行处理。
五、防御式编程
为了防止程序出现错误和异常，我们引出了防御式编程的思想，根据处理异常的时机不同，将其分为以下两种模式：
1.LBYL: Look Before You Leap.事前防御型
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;
}
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。
2.EAFP: It's Easier to Ask Forgiveness than Permission. 事后认错型
try {
登陆游戏();
开始匹配();
游戏确认();
} 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;
}
}
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。异常处理的核心思想就是 EAFP。
六、异常的处理流程
总体流程：异常处理机制会从当前函数开始查找看谁"捕获"了这个异常，当前函数没有就查看上一层，直到主函数，如果主函数也没有，就使用默认机制，把这个异常交给JVM处理，即输出异常栈信息并退出。
具体来说：
- 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.
七、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——自定义异常类
注意事项：
- 自定义异常通常会继承自 Exception 或者 RuntimeException
- 继承自 Exception 的异常默认是受查异常 继承自
- RuntimeException 的异常默认是非受查异常
下面我们实现一个登录功能，并加入自定义的登录异常：
//自定义异常类
class InvalidUsernameException extends Exception {
//帮助构造父类构造方法
public InvalidUsernameException(String message) {
super(message);
}
}
class InvalidPasswordException extends Exception {
//帮助构造父类构造方法
public InvalidPasswordException(String message) {
super(message);
}
}
public class Login {
// 用于存储用户名和密码
private String userName = "bumoyu";
private String password = "123456";
public void login(String username, String password) throws InvalidUsernameException,InvalidPasswordException {
if (!this.userName.equals(username)) {
// 如果用户名不正确，抛出异常
throw new InvalidUsernameException("密码无效!");
}
if (!this.password.equals(password)) {
// 如果密码不正确，抛出异常
throw new InvalidPasswordException("用户名无效!");
}
}
//测试登录：
public static void main(String[] args) {
Login test = new Login();
try {
test.login("zhangsan","123456");
System.out.println("登录成功！");
} catch (InvalidPasswordException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvalidUsernameException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
小结
总之，Java异常是Java程序中一种重要的错误处理机制。通过使用异常，我们可以更方便地处理程序中出现的错误，并维护程序的正确性和可靠性。