【Java SE语法篇】11.异常
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文章目录
- 1. 异常的概念和体系结构
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- 1.1 异常的概念
- 1.2 异常体系
- 1.3 异常的分类
- 2. 异常的处理
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- 2.1 防御式编程
- 2.2 异常的抛出
- 2.3 异常的捕获
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- 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
- 3. 自定义异常
1. 异常的概念和体系结构
1.1 异常的概念
在生活中，一个人表情痛苦，出于关心，可能会问：你是不是生病了，需要我陪你去看医生吗？
在程序中也是一样，程序猿是一帮办事严谨、追求完美的人才。在日常开发中，绞尽脑汁将代码写的完美，在程序运行过程中，难免会出现一些奇奇怪怪的问题，有时通过代码很难去控制，比如：数据格式不对、网络不通畅、内存报警等。
在 Java中，将程序执行过程中发生的不正常行为称为异常。比如之前写代码时经常遇到的：
-
算术异常
-
数组越界异常
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空指针异常
从上述过程中可以看到，Java 中不同类型的的异常，都有与其对应的类进行描述
1.2 异常体系
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。 -
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。
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
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)
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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.
2. 异常的处理
2.1 防御式编程
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
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LBYL: Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查. 即：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; } 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; } ......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。
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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
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
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、finally、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：
throw new XXXException("异常产生的原因");
代码示例：
public class Test {
private static int getSubscript(int[] arr, int index) {
if (arr == null) {
throw new NullPointerException("数组为空");
}
if (index < 0 || index >= arr.length) {
throw new ArithmeticException("下标越界");
}
return arr[index];
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1,2,3};
getSubscript(arr,3);
}
}
运行结果：
一般情况下通过throw抛出的是自定义的异常
【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
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...{
}
【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。
- 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：
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
注意：
- []中表示可选项，可以添加，也可以不用添加
- try中的代码可能会抛出异常，也可能不会
代码示例
public class Test {
public static void fun() throws NullPointerException {
int[] arr = null;
System.out.println(arr.length);
}
public static void main(String[] args){
try {
fun();
} catch (NullPointerException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("处理NullPointerException异常！");
}
System.out.println("haha");
}
}
运行结果：
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.
【注意事项】：
-
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
public class Test {
public static void main(String[] args) {
try {
int[] arr = {1,2,3};
System.out.println(arr[9]);
} catch (NullPointerException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("捕获NullPointerException异常！");
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("捕获ArrayIndexOutOfBoundsException异常");
}
System.out.println("后续代码");
}
}
如果多个异常的处理方式是完全相同, 也可以写成这样：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
try {
int[] arr = {1,2,3};
System.out.println(arr[9]);
} catch (NullPointerException | ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("捕获NullPointerException或者ArrayIndexOutOfBoundsException异常！");
}
System.out.println("后续代码");
}
}
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：
正确形式：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
try {
int[] arr = {1,2,3};
System.out.println(arr[9]);
} catch (NullPointerException | ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("捕获NullPointerException或者ArrayIndexOutOfBoundsException异常！");
} catch (RuntimeException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("后续代码");
}
}
- 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[] arr = {1,2,3};
System.out.println(arr[9]);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("捕获异常！");
}
System.out.println("后续代码");
}
}
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
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：
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
代码示例
public class Test {
public static void main(String[] args) {
try {
int[] arr = {1,2,3};
System.out.println(arr[9]);
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("捕获ArrayIndexOutOfBoundsException异常");
} finally {
System.out.println("finally被执行了");
}
System.out.println("后续代码");
}
}
问题：既然 finally 和 try-catch-finally 后的代码都会执行，那为什么还要有finally呢？
代码示例：
public class Test {
public static int func() {
Scanner input = new Scanner(System.in);
try {
int a = input.nextInt();
return a; // 这个return 不影响finally执行
} catch (IncompatibleClassChangeError e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("捕获到IncompatibleClassChangeError异常");
} finally {
System.out.println("finally被执行了");
}
if (input != null) {
input.close();
}
return -1;
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(func());
}
}
上述程序，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。
优化代码：
public class Test {
public static int func() {
Scanner input = new Scanner(System.in);
try {
int a = input.nextInt();
return a; // 这个return 不影响finally执行
} catch (IncompatibleClassChangeError e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("捕获到IncompatibleClassChangeError异常");
} finally {
System.out.println("finally被执行了");
input.close();
}
return -1;
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(func());
}
}
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
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.
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).
可以看到, 程序已经异常终止了, 没有执行到 System.out.println("后续代码"); 这一行
优化代码
public class Test {
public static int func() {
try {
int[] arr = {1,2,3};
System.out.println(arr[10]);
} catch (NullPointerException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("捕获到NullPointerException异常");
} finally {
System.out.println("finally被执行了");
}
System.out.println("后续代码");
return -1;
}
public static void main(String[] args) {
try {
System.out.println(func());
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) { // main方法处理异常
e.printStackTrace();
System.out.println("ArrayIndexOutOfBoundsException");
} finally {
}
System.out.println("后续代码...");
}
}
【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
3. 自定义异常
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.
例如, 我们实现一个用户登陆功能
class Login {
public String userName = "admin";
public String passWord = "12345";
public void login(String userName, String passWord) {
if (!this.userName.equals(userName)) {
System.out.println("用户名错误");
}
if (!this.passWord.equals(passWord)) {
System.out.println("密码错误");
}
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Login login = new Login();
login.login("admin","123");
}
}
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
具体方式：
- 自定义异常类，然后继承自
Exception或者RunTimeException - 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 message) {
super(message);
}
}
public class PasswordException extends RuntimeException{
public PasswordException() {
super();
}
public PasswordException(String message) {
super(message);
}
}
此时我们的 login 代码可以改成
class Login {
public String userName = "admin";
public String passWord = "12345";
public void login(String userName, String passWord) {
if (!this.userName.equals(userName)) {
//System.out.println("用户名错误");
throw new UserNameException("用户名错误");
}
if (!this.passWord.equals(passWord)) {
//System.out.println("密码错误");
throw new PasswordException("密码错误");
}
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Login login = new Login();
try {
login.login("admin","123");
} catch (UserNameException e) {
e.printStackTrace();
} catch (PasswordException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("后续代码...");
}
}
【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