初识Java 13-2 异常
目录
标准Java异常
新特性：更好的NullPointerException报告机制
使用finally执行清理
finally有什么用
在return时使用finally
缺陷：异常丢失
异常的约束
构造器
本笔记参考自： 《On Java 中文版》
标准Java异常
Throwable类描述了任何可能抛出异常的事物，它有两个常用的子类：
- Error：表示编译时错误和系统错误。
- Exception：是一个基本类型，可从任何标准的Java库方法、自定义方法及运行事故中抛出。
很显然，作为Java程序员，我们会更加关心Exception。
对异常的理解和处理是较为重要的部分（与了解各种异常相比）。基本的思路是，异常的名字代表着所发生的问题。因此，异常的名字应该是浅显易懂的。
异常并不全部来自java.lang。有些异常是为不同的库设计的，这一点可以从他们的全限定类名或基类看出。
特例：RuntimeException（非检查型异常）
有这么一组异常，它们总是会被Java自动抛出，而不需要程序员将它们包含在任何异常说明之中。这种异常都被放在了RuntimeException这一基类之下。
这就是一个继承的完美示例。
||| RuntimeException：表示编程错误，它包括：
- 无法预料的错误，比如在我们控制之外的null引用。
- 作为程序员，应该在代码中检查的错误（例如ArrayIndexOutOfBoundsException，这表示我们的数组大小可能出现问题）。
注意：在一个地方发现的异常，往往也可能成为另一个地方的问题。
正如之前所说，RuntimeException及其子类不需要异常说明，这类异常也被称为“非检查型异常”（它们指出的是bug。若必须检查，代码会变得十分复杂）。不过，尽管我们一般不会捕捉RuntimeException，但我们可以有选择地抛出一个RuntimeException。
若不捕捉这类异常，RuntimeException就可能逐层返回，知道到达main()方法：
【例子：若不捕捉RuntimeException】
public class NeverCaught {
static void f() {
throw new RuntimeException("来自f()");
}
static void g() {
f();
}
public static void main(String[] args) {
g();
}
}程序执行的结果是：
若一个RuntimeException没有被捕获，关于这个异常的printStackTrace()会在程序结束时被调用。这就体现出了RuntimeException（及其子类）的特殊性，这类异常不会被要求写入异常说明，它们的输出将被报告给System.err。
只有RuntimeException（及其子类）类型的异常可被忽略，编译器会强制实施对所有检查型异常的处理。
新特性：更好的NullPointerException报告机制
在JDK 15之前，NullPointerException能够报告的信息并不多。
【例子：NullPointerException的报错】
package exceptions;
class A {
String s;
A(String s) {
this.s = s;
}
}
class B {
A a;
B(A a) {
this.a = a;
}
}
class C {
B b;
C(B b) {
this.b = b;
}
}
public class BetterNullPointerReports {
public static void main(String[] args) {
C[] ca = {
new C(new B(new A(null))),
new C(new B(null)),
new C(null),
};
for (C c : ca) {
try {
System.out.println(c.b.a.s);
} catch (NullPointerException npe) {
System.out.println(npe);
}
}
}
}若是在JDK 11的环境中运行，会得到如下的结果：
但若是在JDK 15或更高版本中运行，则会显示：
更多的信息有助于我们理解和处理这些异常。
使用finally执行清理
我们可能会需要手动进行一些清理操作，这种操作通常是内存恢复之外的动作，因为内存会由垃圾收集器处理。在这种情况下，我们可能会希望：无论try块是否抛出异常，都会有一段代码必须执行。
为此，可以在所有的异常处理程序的末尾添加一个finally子句：
try {
// 被守护区域
} catch(A a1) {
// 情况A的处理程序
} catch(B b1) {
// 情况B的处理程序
} finally {
// 不管哪种情况都会执行的活动
}【例子：添加了finally的异常处理】
class ThreeException extends Exception {
}
public class FinallyWorks {
static int count = 0;
public static void main(String[] args) {
while (true) {
try {
if (count++ == 0) // 使用后缀++，第一次的结果就是0
throw new ThreeException();
System.out.println("没有异常");
} catch (ThreeException e) {
System.out.println("ThreeException");
} finally {
System.out.println("在finally子句中");
if (count == 2) // 跳出循环
break;
}
}
}
}程序执行的结果是：
有输出可知，无论是否抛出异常，finally子句都会执行。并且，Java中的异常不会允许我们回退到异常抛出的地方。
finally有什么用
若语言没有垃圾收集，并且不会自动调用析构函数，那么finally就需要确保内存的释放。但Java并不需要这一功能。对Java而言，finally主要用于清理内存之外的某些东西。
为了演示finally的作用，首先创建一个需要使用的组件：
public class PnOffSwitch {
private static Switch sw = new Switch();
public static void f()
throws OnOffException1, OnOffException2 {
}
public static void main(String[] args) {
try {
sw.on();
// 可能抛出异常的代码...
f();
sw.off();
} catch (OnOffException1 e) {
System.out.println("OnOffException1");
sw.off();
} catch (OnOffException2 e) {
System.out.println("OnOffException1");
sw.off();
}
}
}两个需要使用的异常：
若不使用finally，一般情况下我们会这样进行异常处理：
public class OnOffSwitch {
private static Switch sw = new Switch();
public static void f()
throws OnOffException1, OnOffException2 {
}
public static void main(String[] args) {
try {
sw.on();
// 可能抛出异常的代码...
f();
sw.off();
} catch (OnOffException1 e) {
System.out.println("OnOffException1");
sw.off();
} catch (OnOffException2 e) {
System.out.println("OnOffException1");
sw.off();
}
}
}当程序结束时，我们要求sw处于关闭状态。因此每个catch子句的末尾都添加了sw.off()。但程序还有可能抛出某个没有在这里被捕获的异常，这种情况会导致sw.off()被忽略。因此finally就有了用武之地，可以把try块中的清理工作都放在这里：
【例子：finally的清理】
public class WithFinally {
static Switch sw = new Switch();
public static void main(String[] args) {
try {
sw.on();
// 可能抛出异常的代码...
OnOffSwitch.f();
} catch (OnOffException1 e) {
System.out.println("OnOffException1");
} catch (OnOffException2 e) {
System.out.println("OnOffException2");
} finally {
sw.off(); // 无论何种情况都会执行
}
}
}即使抛出的异常没有在当前这组catch子句中捕获，在异常处理机制向更高一层进行搜索之前，finally也会执行。
【例子：总是执行的finally】
class FourException extends Exception {
}
public class AlwaysFinally {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("进入第一个try块");
try {
System.out.println("进入第二个try块");
try {
throw new FourException();
} finally {
System.out.println("finally在第二个try块中执行");
}
} catch (FourException e) {
System.out.println("在第一个try块的处理程序中捕获异常FourException");
} finally {
System.out.println("finally在第一个try块中执行");
}
}
}程序执行的结果是：
涉及break或continue语句时，finally也会执行。
在return时使用finally
利用finally子句总会执行的特性，我们可以在一个多返回的方法中保证重要的清理工作能够完成：
【例子：在多返回的方法中使用finally】
public class MultipleReturns {
public static void f(int i) {
System.out.println("初始化后执行清理");
try {
System.out.println("Point 1");
if (i == 1)
return;
System.out.println("Point 2");
if (i == 2)
return;
System.out.println("Point 3");
if (i == 3)
return;
System.out.println("结束");
return;
} finally {
System.out.println("执行清理");
}
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 1; i <= 4; i++){
f(i);
System.out.println();
}
}
}程序执行的结果是：
缺陷：异常丢失
在一些特殊的finally子句的使用中，可能发生异常丢失的情况：
【例子：特殊子句中的异常丢失】
class VeryImportantException extends Exception {
@Override
public String toString() {
return "这是一个很重要的异常，它不应该被忽略";
}
}
class HoHumException extends Exception {
@Override
public String toString() {
return "一个不重要的异常";
}
}
public class LostMessage {
void f() throws VeryImportantException {
throw new VeryImportantException();
}
void dispose() throws HoHumException {
throw new HoHumException();
}
public static void main(String[] args) {
try {
LostMessage lm = new LostMessage();
try {
lm.f();
} finally {
lm.dispose();
}
} catch (VeryImportantException |
HoHumException e) {
System.out.println(e);
}
}
}程序执行的结果是：
原本应该被捕获的VeryImportantException被finally子句中的HoHumException取代了。这是十分严重的问题，因为它意味着一个异常可能会完全丢失（并且难以察觉）。
C++会将在第一个异常处理前抛出第二个异常视为严重的编程错误。
目前Java还未修复这一问题。为了处理这一麻烦，我们需要将任何可能抛出异常的方法（就是上面的dispose）包在另一个try-catch子句中。
还有一种会丢失异常的方式，就是在finally子句中执行return：
【例子：另一种异常丢失】
public class ExceptionSilencer {
public static void main(String[] args) {
try {
throw new RuntimeException();
}finally {
return; // 在finally中使用return，会阻止任何的异常报错
}
}
}若运行程序，会发现并无任何报错。
异常的约束
存在着这样一个约束：在重写一个方法时，只能抛出 ①该方法的基类版本中说明的异常，或者是 ②以原有异常为基类派生而出的异常。
这一约束指向一个概念：能够配合基类工作的代码，可以自动配合从这个基类派生出的其他类的对象进行工作，异常也不会例外。
【例子：异常的各种约束】
class BaseballException extends Exception {
}
class Foul extends BaseballException {
}
class Strike extends BaseballException {
}
abstract class Inning {
Inning() throws BaseballException {
}
public void event() throws BaseballException {
}
public abstract void atBat() throws Strike, Foul;
public void walk() { // 该方法没有抛出检查型异常
}
}
class StormException extends Exception {
}
class RainedOut extends StormException {
}
class PopFoul extends Foul {
}
interface Storm {
void event() throws RainedOut;
void rainHard() throws RainedOut;
}
public class StormyInning extends Inning implements Storm {
// 子类构造器可以有新的异常，但在处理这些异常时还需要考虑基类的异常
public StormyInning()
throws RainedOut, BaseballException {
}
public StormyInning(String s)
throws BaseballException {
}
// 普通的方法在重写时，必须遵守基类方法的约定
// 1. 访问权限
// 2. 不能擅自添加异常
// void walk() throws PopFoul{}
// event()方法已经存在于基类当中，接口无法增加其的异常
// public void event() throws RainedOut {}
// 若是基类中不存在的方法，则可以自行添加声明：
@Override
public void rainHard() throws RainedOut {
}
// 即使基类版本会抛出异常，其子类版本也可以选择不进行异常抛出：
@Override
public void event() {
}
// 若是重写的方法，可以抛出其基类版本所说明的异常的子类：
@Override
public void atBat() throws PopFoul { // PopFoul是Foul的子类
}
public static void main(String[] args) {
try {
StormyInning si = new StormyInning();
si.atBat();
} catch (PopFoul e) {
System.out.println("Pop Foul（一次违规的挥棒）");
} catch (RainedOut e) {
System.out.println("Rained out（下雨了）");
} catch (BaseballException e) { // 这里，派生的si.atBat()不会抛出Strike异常
System.out.println("通用的baseball（棒球）异常");
}
try {
// 若向上转型，情况会有所不同
Inning i = new StormyInning();
i.atBat();
// 此时，就必须捕获来自基类版本的异常
} catch (Strike e) {
System.out.println("Strike（发生碰撞）");
} catch (Foul e) {
System.out.println("Foul（犯规）");
} catch (RainedOut e) {
System.out.println("Rained out（下雨了）");
} catch (BaseballException e) {
System.out.println("通用的baseball（棒球）异常");
}
}
}先观察Inning类：
该类的构造器和event()方法都有异常列表，这就向编译器说明它们会抛出异常，但实际上并没有。这种做法是合法的，因为编译器会要求用户捕获任何可能在event()的重写版本中添加的异常（这也适用于抽象方法）。
StormyInning继承了Inning类和Storm接口，其中event()方法即存在于Inning中，也存在于Storm中。注意，这个event()方法不能改变Inning中的event()方法的异常说明：
假设这种语法能够成立，那么在我们使用基类的时候，就难以判断是否捕获了正确的异常。
构造器由于其多样的调用形式，在异常的约束方面也不同于一般的方法。有上述例子可以发现，构造器可以抛出任何异常。也因此，子类构造器必须在其异常说明中声明基类构造器提到的异常。
子类构造器不能捕获基类构造器抛出的异常。
再看StormyInning类中的walk()方法：
这个方法之所以无法编译，就是因为其抛出了一个Inning.walk()没有抛出的异常。
而从StormyInning类中的event()方法中可以发现：
即使基类方法抛出异常，其子类也可以选择不进行异常抛出。因为这不会破坏基类版本会抛出异常的情况。
最后需要提一点，在main()中，我们首先定义了一个StormInning对象：
StormyInning si = new StormyInning();此时，编译器会强制要求我们只处理StormInning类声明会抛出的异常。但是，若我们将其向上转型为Inning：
Inning i = new StormyInning();则编译器会强制我们捕获基类声明会抛出的异常。
异常说明不是方法类型的一部分，因此不能依赖方法说明作为重载方法的依据。
注意：在继承和重写的过程中，“异常说明”可以缩小，但是不能扩大——这就和继承过程中的规则恰恰相反。
构造器
我们需要常常怀疑：当发生异常时，程序是否正确地进行了清理。
构造器的存在会使得对象有一个安全的起始状态。但是，构造器可能会执行某些操作，比如打开文件，这种操作需要通过特殊的清理方法处理。若构造器内抛出了异常，这些清理行为可能就不会正确执行了。
finally可能是一个办法。但是，由于finally每次都会执行清理代码，若构造器半途而废，finally就可能会把构造器还未成功构建的部分也一并清理。
【例子：文件的打开与清理】
import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class InputFile {
private BufferedReader in;
public InputFile(String fname) throws Exception {
try {
in = new BufferedReader(new FileReader(fname));
// 剩下的部分也可能抛出异常
} catch (FileNotFoundException e) {
System.out.println("无法打开[" + fname + "]");
// 因为没有打开，所以不用关闭文件
throw e;
} catch (Exception e) {
// 除上述异常，其他异常情况都需要关闭文件
try {
in.close(); // 对于可能抛出异常的close()方法，也需要使用try进行处理
} catch (IOException e2) {
System.out.println("in.close() 执行失败");
}
throw e; // 重新抛出异常
} finally {
// 不应该在这里进行文件关闭
}
}
public String getLine() {
String s;
try {
s = in.readLine();
} catch (IOException e) { // 在方法内部直接处理异常
throw new RuntimeException("readline() 失败");
}
return s;
}
public void dispose() {
try {
in.close();
System.out.println("dispose() 执行成功");
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException("in.close() 失败");
}
}
}除了捕获FileNotFoundException（文件未发现）的catch子句外，其他catch子句都应该关闭文件（此时文件已经被打开）。
比较好的做法是，在执行完异常处理后再次抛出异常。因为构造器的调用已经失败，那么我们当然不会希望构造器的调用者认为构造器顺利完成了任务。
就像之前所说，在构造器中，finally绝对不适合调用close()来进行文件关闭。因为这种做法会导致文件在构造器调用完毕后就被关闭，这很明显与我们的期望相违背。
上述的代码中，有些方法会抛出异常，而有的方法会在内部直接处理异常。这种对异常处理的设计需要仔细考虑。
现在必须提醒一点，Java存在着一个缺点：除了内存的清理，其他清理都不会自动发生。这就导致Java必须告诉客户程序员，那些要让他们自己处理。
下面的例子演示了如何清理可能抛出异常的类：
【例子：嵌套的try块】
public class Cleanup {
public static void main(String[] args) {
try {
InputFile in = new InputFile("Cleanup.java");
try {
String s;
int i = 1;
while ((s = in.getLine()) != null)
; // 一行一行进行数据处理
} catch (Exception e) {
System.out.println("在main()中捕获异常");
e.printStackTrace(System.out);
} finally {
in.dispose();
}
} catch (Exception e) {
System.out.println("InputFile对象构造失败");
}
}
}程序执行的结果是：
InputFile对象的构造存在于外层的try块之中。若构造器执行失败，程序不会向下进入下一个try块中，而是直接来到外层的try块对应的catch子句内。
这里体现了一种清理惯用法：在创建了一个需要清理的对象后，直接跟一个try-finally块。
【例子：清理惯用法】
class NeedsCleanup {
// 该构造不会失败
private static long counter = 1;
private final long id = counter++;
public void dispose() {
System.out.println("需要清理 id:" + id);
}
}
class ConstructionException extends Exception {
}
class NeedsCleanup2 extends NeedsCleanup {
// 该构造可能失败
NeedsCleanup2() throws ConstructionException {
}
}
public class CleanupIdiom {
public static void main(String[] args) {
// 直接的处理方式：在需要清理的对象后紧跟一个try-finally块
NeedsCleanup nc1 = new NeedsCleanup();
try {
// ...
} finally {
nc1.dispose();
}
// 可以将不会失败的构造对象组织在一起：
NeedsCleanup nc2 = new NeedsCleanup();
NeedsCleanup nc3 = new NeedsCleanup();
try {
// ...
} finally {
// 释放顺序与构造顺序相反
nc3.dispose();
nc2.dispose();
}
// 若构造可能失败，就需要确保每个对象的清理
try {
NeedsCleanup2 nc4 = new NeedsCleanup2();
try {
NeedsCleanup2 nc5 = new NeedsCleanup2();
try {
// ...
} finally {
nc5.dispose();
}
} catch (ConstructionException e) {
// 处理nc5可能报出的异常
System.out.println(e);
} finally {
nc4.dispose();
}
} catch (ConstructionException e) {
// 处理nc4
System.out.println(e);
}
}
}程序执行的结果是：
在nc4和nc5的构造与处理的过程中，可以发现try-catch导致的麻烦：为了处理每一个对象，我们需要为它们分别设定try-catch的处理。
为了处理异常，我们需要尽可能考虑所有可能性，并确保它们能被处理。