【Java】认识异常

---

一、异常的概念和体系结构

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
1.算术异常

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(10/0);
    }
}

2.数组越界异常

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1,2,3,4,5};
        System.out.println(array[10]);
    }
}

3.空指针异常

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = null;
        System.out.println(array.length);
    }
}

从上述代码中可以看出，Java中不同类型的异常，都有与其对于的类来进行描述

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：
1.Throwable： 是异常体系的顶层类，其派生出两个重要的子类，Error和Exception
2.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
3.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。我们平时所说的异常就是Exception

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：
1.编译时异常
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)
2.运行时异常
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。
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

1.防御式异常

错误在代码中是客观存在的. 因此我们要让程序出现问题的时候及时通知程序猿. 主要的方式：
1.LBYL: Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查. 即：事前防御型

private static int divide() {
        int a = 0, b = 0;
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        a = scanner.nextInt();
        b = scanner.nextInt();
        if (b == 0) {
            System.out.println("除数为0");
            return 0;
        } else {
            return a / b;
        }
}    

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

private static int divide() {
        int a = 0, b = 0;
        try (Scanner scanner = new Scanner(System.in)) {
            a = scanner.nextInt();
            b = scanner.nextInt();
            return a / b;
        } catch (ArithmeticException exception) {
            System.out.println("除数为0");
            return 0;
        } 
}   

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
在Java中，异常处理主要的5个关键字：throw、try、catch、final、throws

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：

throw new XXXException("异常产生的原因");

例子如下所示：

public class Test {
    public static void func2(int[] array) {
        if(array == null) {
            throw new NullPointerException("array == null 了！");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        func2(null);
    }
}

注意事项：
1.throw必须写在方法体内部
2.抛出的对象必须是Exception 或者 Exception 的子类对象
3.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
4.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
5.异常一旦抛出，其后的代码就不会执行

3.异常的捕捉

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
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...{

}

例子如下所示：

public static void fun() throws NullPointerException {
        int[] array = null;
        System.out.println(array.length);
    }

注意事项：
1.throws必须跟在方法的参数列表之后
2.声明的异常必须是 Exception 或者 Exception 的子类
3.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
4.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.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：
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
}]

注意：
1.[]中表示可选项，可以添加，也可以不用添加
2.try中的代码可能会抛出异常，也可能不会
例子如下所示：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] array = {1,2,3,4};
            System.out.println(array[9]);
        }catch (NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获到了空指针异常.....");
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获到了数组越界异常.....");
        }
        System.out.println("hello");
    }
}    

注意事项：
1.try块内抛出异常位置之后的代码将不会被执行
2.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
3.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：

catch (ArrayIndexOutOfBoundsException | NullPointerException e) {
...
}

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：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        try {
            System.out.println("before");
            arr = null;
            System.out.println(arr[100]);
            System.out.println("after");
        } catch (NullPointerException e) { 
            e.printStackTrace();
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("after try catch");
    }
}    

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 class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] array = {1,2,3,4,5};
            System.out.println(array[10]);
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("处理Exception异常");
        }
        System.out.println("after");
    }
}

由于 Exception 类是所有异常类的父类. 因此可以用这个类型表示捕捉所有异常
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：

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

例子如下所示：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try{
            int[] arr = {1,2,3};
            arr[100] = 10;
            arr[0] = 10;
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e){
            System.out.println(e);
        }finally {
            System.out.println("finally中的代码一定会执行");
        }
        System.out.println("hello word");//如果没有抛出异常，或者异常被处理了，try-catch后的代码也会执行
    }
}

finally的作用是防止输入流没有被释放，造成资源泄漏
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

三、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.
如果本方法中没有合适的处理异常的方式, 就会沿着调用栈向上传递
如果向上一直传递都没有合适的方法处理异常, 最终就会交给 JVM 处理, 程序就会异常终止(和我们最开始未使用 try catch 时是一样的)
异常处理流程总结：
1.程序先执行 try 中的代码
2.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
3.如果找到匹配的异常类型, 就会执行 catch 中的代码
4.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
4.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)
5.如果上层调用者也没有处理的了异常, 就继续向上传递
6.一直到 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

四、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

实现一个用户登录功能：
具体方式：
1.自定义异常类，然后继承自Exception 或者 RunTimeException
2.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

public class UserNameException extends RuntimeException{
    public UserNameException() {
        super();
    }
    public UserNameException(String s) {
        super(s);
    }
}

public class PassWordException extends RuntimeException {
    public PassWordException() {
        super();
    }
    public PassWordException(String s) {
        super(s);
    }
}

class Login {
    public String userName = "admin";
    public String passWord = "123456";
    public  void logIn(String userName, String passWord) {
        if(!this.userName.equals(userName)) {
            throw new UserNameException("用户名错误！");
        }

        if(!this.passWord.equals(passWord)) {
            throw new PassWordException("密码错误！");
        }
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Login login = new Login();
            login.logIn("admin","123");
        }catch (UserNameException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了用户名错误异常...");
        }catch (PassWordException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了密码错误异常...");
        }
        System.out.println("程序继续执行...");
    }
}

注意事项：
1.自定义异常通常会继承自 Exception 或者 RuntimeException
2.继承自 Exception 的异常默认是受查异常
3.继承自 RuntimeException 的异常默认是非受查异常