【55】java异常机制剖析

一、为什么要使用异常

首先我们可以明确一点就是异常的处理机制可以确保我们程序的健壮性，提高系统可用率。虽然我们不是特别喜欢看到它，但是我们不能不承认它的地位，作用。有异常就说明程序存在问题，有助于我们及时改正。在我们的程序设计当做，任何时候任何地方因为任何原因都有可能会出现异常，在没有异常机制的时候我们是这样处理的：通过函数的返回值来判断是否发生了异常（这个返回值通常是已经约定好了的），调用该函数的程序负责检查并且分析返回值。

虽然可以解决异常问题，但是这样做存在几个缺陷：

1、 容易混淆。如果约定返回值为-11111时表示出现异常，那么当程序最后的计算结果真的为-1111呢？

2、 代码可读性差。将异常处理代码和程序代码混淆在一起将会降低代码的可读性。

3、 由调用函数来分析异常，这要求程序员对库函数有很深的了解。

在OO中提供的异常处理机制是提供代码健壮的强有力的方式。

使用异常机制它能够降低错误处理代码的复杂度，如果不使用异常，那么就必须检查特定的错误，并在程序中的许多地方去处理它，而如果使用异常，那就不必在方法调用处进行检查，因为异常机制将保证能够捕获这个错误，并且，只需在一个地方处理错误，即所谓的异常处理程序中。这种方式不仅节约代码，而且把“概述在正常执行过程中做什么事”的代码和“出了问题怎么办”的代码相分离。总之，与以前的错误处理方法相比，异常机制使代码的阅读、编写和调试工作更加井井有条。（摘自《Think in java 》）。

二、基本定义

在《Think in java》中是这样定义异常的：

异常情形是指阻止当前方法或者作用域继续执行的问题。在这里一定要明确一点：异常代码某种程度的错误，尽管Java有异常处理机制，但是我们不能以“正常”的眼光来看待异常，异常处理机制的原因就是告诉你：这里可能会或者已经产生了错误，您的程序出现了不正常的情况，可能会导致程序失败！

那么什么时候才会出现异常呢？

只有在你当前的环境下程序无法正常运行下去，也就是说程序已经无法来正确解决问题了，这时它所就会从当前环境中跳出，并抛出异常。抛出异常后，它首先会做几件事。首先，它会使用new创建一个异常对象，然后在产生异常的位置终止程序，并且从当前环境中弹出对异常对象的引用，这时。异常处理机制就会接管程序，并开始寻找一个恰当的地方来继续执行程序，这个恰当的地方就是异常处理程序，它的任务就是将程序从错误状态恢复，以使程序要么换一种方法执行，要么继续执行下去。

总的来说异常处理机制就是当程序发生异常时，它强制终止程序运行，记录异常信息并将这些信息反馈给我们，由我们来确定是否处理异常。

三. java异常类体系结构

异常指不期而至的各种状况，如：文件找不到、网络连接失败、非法参数等。异常是一个事件，它发生在程序运行期间，干扰了正常的指令流程。Java通 过API中Throwable类的众多子类描述各种不同的异常。因而，Java异常都是对象，是Throwable子类的实例，描述了出现在一段编码中的 错误条件。当条件生成时，错误将引发异常。

Java异常类层次结构图：

在 Java 中，所有的异常都有一个共同的祖先 Throwable（可抛出）。Throwable 指定代码中可用异常传播机制通过 Java 应用程序传输的任何问题的共性。

Throwable：

有两个重要的子类：Exception（异常）和 Error（错误），二者都是 Java 异常处理的重要子类，各自都包含大量子类。

Error（错误）:

是程序无法处理的错误，表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的操作无关，而表示代码运行时 JVM（Java 虚拟机）出现的问题。例如，Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError），当 JVM 不再有继续执行操作所需的内存资源时，将出现 OutOfMemoryError。这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。

这些错误表示故障发生于虚拟机自身、或者发生在虚拟机试图执行应用时，如Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError）、类定义错误（NoClassDefFoundError）等。这些错误是不可查的，因为它们在应用程序的控制和处理能力之 外，而且绝大多数是程序运行时不允许出现的状况。对于设计合理的应用程序来说，即使确实发生了错误，本质上也不应该试图去处理它所引起的异常状况。在 Java中，错误通过Error的子类描述。

Exception（异常）:

是程序本身可以处理的异常。

Exception 类有一个重要的子类 RuntimeException。RuntimeException 类及其子类表示“JVM 常用操作”引发的错误。例如，若试图使用空值对象引用、除数为零或数组越界，则分别引发运行时异常（NullPointerException、ArithmeticException）和 ArrayIndexOutOfBoundException。

注意：异常和错误的区别：异常能被程序本身可以处理，错误是无法处理。

通常，Java的异常(包括Exception和Error)分为可查的异常（checked exceptions）和不可查的异常（unchecked exceptions）。

可查异常（编译器要求必须处置的异常）：

正确的程序在运行中，很容易出现的、情理可容的异常状况。可查异常虽然是异常状况，但在一定程度上它的发生是可以预计的，而且一旦发生这种异常状况，就必须采取某种方式进行处理。

除了RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类都属于可查异常。这种异常的特点是Java编译器会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，要么用try-catch语句捕获它，要么用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。

不可查异常(编译器不要求强制处置的异常):

包括运行时异常（RuntimeException与其子类）和错误（Error）。

四 处理异常机制

在 Java 应用程序中，异常处理机制为：抛出异常，捕捉异常。

抛出异常：

当一个方法出现错误引发异常时，方法创建异常对象并交付运行时系统，异常对象中包含了异常类型和异常出现时的程序状态等异常信息。运行时系统负责寻找处置异常的代码并执行。

捕获异常：

在方法抛出异常之后，运行时系统将转为寻找合适的异常处理器（exception handler）。潜在的异常处理器是异常发生时依次存留在调用栈中的方法的集合。当异常处理器所能处理的异常类型与方法抛出的异常类型相符时，即为合适 的异常处理器。运行时系统从发生异常的方法开始，依次回查调用栈中的方法，直至找到含有合适异常处理器的方法并执行。当运行时系统遍历调用栈而未找到合适 的异常处理器，则运行时系统终止。同时，意味着Java程序的终止。

对于运行时异常、错误或可查异常，Java技术所要求的异常处理方式有所不同。

由于运行时异常的不可查性，为了更合理、更容易地实现应用程序，Java规定，运行时异常将由Java运行时系统自动抛出，允许应用程序忽略运行时异常。

对于方法运行中可能出现的Error，当运行方法不欲捕捉时，Java允许该方法不做任何抛出声明。因为，大多数Error异常属于永远不能被允许发生的状况，也属于合理的应用程序不该捕捉的异常。

对于所有的可查异常，Java规定：一个方法必须捕捉，或者声明抛出方法之外。也就是说，当一个方法选择不捕捉可查异常时，它必须声明将抛出异常。

能够捕捉异常的方法，需要提供相符类型的异常处理器。所捕捉的异常，可能是由于自身语句所引发并抛出的异常，也可能是由某个调用的方法或者Java运行时 系统等抛出的异常。

也就是说，一个方法所能捕捉的异常，一定是Java代码在某处所抛出的异常。简单地说，异常总是先被抛出，后被捕捉的。

4.1 .1捕获异常：try、catch 和 finally

try-catch语句

try {  
    // 可能会发生异常的程序代码 
} catch (Type1 id1){  
    // 捕获并处置try抛出的异常类型Type1 
}  
catch (Type2 id2){  
     //捕获并处置try抛出的异常类型Type2 
}  

匹配的原则是：如果抛出的异常对象属于catch子句的异常类，或者属于该异常类的子类，则认为生成的异常对象与catch块捕获的异常类型相匹配。

需要注意的是，

一旦某个catch捕获到匹配的异常类型，将进入异常处理代码。一经处理结束，就意味着整个try-catch语句结束。其他的catch子句不再有匹配和捕获异常类型的机会。

Java通过异常类描述异常类型，异常类的层次结构如图所示。对于有多个catch子句的异常程序而言，应该尽量将捕获底层异常类的catch子 句放在前面，同时尽量将捕获相对高层的异常类的catch子句放在后面。否则，捕获底层异常类的catch子句将可能会被屏蔽。

RuntimeException异常类包括运行时各种常见的异常，ArithmeticException类和ArrayIndexOutOfBoundsException类都是它的子类。因此，RuntimeException异常类的catch子句应该放在 最后面，否则可能会屏蔽其后的特定异常处理或引起编译错误。

try－catch-finally语句

             try {  
    // 可能会发生异常的程序代码 
} catch (Type1 id1) {  
    // 捕获并处理try抛出的异常类型Type1 
} catch (Type2 id2) {  
    // 捕获并处理try抛出的异常类型Type2 
} finally {  
    // 无论是否发生异常，都将执行的语句块 
}  

public class TestException {  
    public static void main(String args[]) {  
        int i = 0;  
        String greetings[] = { " Hello world !", " Hello World !! ",  
                " HELLO WORLD !!!" };  
        while (i < 4) {  
            try {  
                // 特别注意循环控制变量i的设计，避免造成无限循环 
                System.out.println(greetings[i++]);  
            } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {  
                System.out.println("数组下标越界异常");  
            } finally {  
                System.out.println("--------------------------");  
            }  
        }  
    }  
}  

运行结果：

Hello world !

Hello World !!

HELLO WORLD !!!

数组下标越界异常

小结：

try 块：用于捕获异常。其后可接零个或多个catch块，如果没有catch块，则必须跟一个finally块。
catch 块：用于处理try捕获到的异常。
finally 块：无论是否捕获或处理异常，finally块里的语句都会被执行。当在try块或catch块中遇到return语句时，finally语句块将在方法返回之前被执行。

在以下4种特殊情况下，finally块不会被执行：

1）在finally语句块中发生了异常。
2）在前面的代码中用了System.exit()退出程序。
3）程序所在的线程死亡。
4）关闭CPU。

4.1.2 try、catch、finally语句块的执行顺序:

1)当try没有捕获到异常时：try语句块中的语句逐一被执行，程序将跳过catch语句块，执行finally语句块和其后的语句；

2)当try捕获到异常，catch语句块里没有处理此异常的情况：当try语句块里的某条语句出现异常时，而没有处理此异常的catch语句块时，此异常将会抛给JVM处理，finally语句块里的语句还是会被执行，但finally语句块后的语句不会被执行；

3)当try捕获到异常，catch语句块里有处理此异常的情况：在try语句块中是按照顺序来执行的，当执行到某一条语句出现异常时，程序将跳到catch语句块，并与catch语句块逐一匹配，找到与之对应的处理程序，其他的catch语句块将不会被执行，而try语句块中，出现异常之后的语句也不会被执行，catch语句块执行完后，执行finally语句块里的语句，最后执行finally语句块后的语句；

4.2抛出异常

throws语句用在方法定义时声明该方法要抛出的异常类型，如果抛出的是Exception异常类型，则该方法被声明为抛出所有的异常。多个异常可使用逗号分割。throws语句的语法格式为：

methodname throws Exception1,Exception2,..,ExceptionN  
{ }  

Throws抛出异常的规则：

1) 如果是不可查异常（unchecked exception），即Error、RuntimeException或它们的子类，那么可以不使用throws关键字来声明要抛出的异常，编译仍能顺利通过，但在运行时会被系统抛出。

2）必须声明方法可抛出的任何可查异常（checked exception）。即如果一个方法可能出现受可查异常，要么用try-catch语句捕获，要么用throws子句声明将它抛出，否则会导致编译错误

3)仅当抛出了异常，该方法的调用者才必须处理或者重新抛出该异常。当方法的调用者无力处理该异常的时候，应该继续抛出，而不是囫囵吞枣。

4）调用方法必须遵循任何可查异常的处理和声明规则。若覆盖一个方法，则不能声明与覆盖方法不同的异常。声明的任何异常必须是被覆盖方法所声明异常的同类或子类。

判断一个方法可能会出现异常的依据如下：

1）方法中有throw语句。例如，以上method7()方法的catch代码块有throw语句。
2）调用了其他方法，其他方法用throws子句声明抛出某种异常。例如，method3()方法调用了method1()方法，method1()方法声明抛出IOException，因此，在method3()方法中可能会出现IOException。

使用throw抛出异常

5.异常链

在设计模式中有一个叫做责任链模式，该模式是将多个对象链接成一条链，客户端的请求沿着这条链传递直到被接收、处理。

同样Java异常机制也提供了这样一条链：异常链。

我们知道每遇到一个异常信息，我们都需要进行try…catch,一个还好，如果出现多个异常呢？分类处理肯定会比较麻烦，那就一个Exception解决所有的异常吧。这样确实是可以，但是这样处理势必会导致后面的维护难度增加。最好的办法就是将这些异常信息封装，然后捕获我们的封装类即可。

我们有两种方式处理异常，

一是throws抛出交给上级处理，二是try…catch做具体处理。但是这个与上面有什么关联呢？try…catch的catch块我们可以不需要做任何处理，仅仅只用throw这个关键字将我们封装异常信息主动抛出来。然后在通过关键字throws继续抛出该方法异常。它的上层也可以做这样的处理，以此类推就会产生一条由异常构成的异常链。

通过使用异常链，我们可以提高代码的可理解性、系统的可维护性和友好性。

同理，我们有时候在捕获一个异常后抛出另一个异常信息，并且希望将原始的异常信息也保持起来，这个时候也需要使用异常链。

在异常链的使用中，throw抛出的是一个新的异常信息，这样势必会导致原有的异常信息丢失，如何保持？在Throwable及其子类中的构造器中都可以接受一个cause参数，该参数保存了原有的异常信息，通过getCause()就可以获取该原始异常信息。

public void test() throws XxxException{
        try {
            //do something:可能抛出异常信息的代码块
        } catch (Exception e) {
            throw new XxxException(e);
        }
    }

public class Test {
    public void f() throws MyException{
         try {
            FileReader reader = new FileReader("G:\\myfile\\struts.txt");  
             Scanner in = new Scanner(reader);  
             System.out.println(in.next());
        } catch (FileNotFoundException e) {
            //e 保存异常信息
            throw new MyException("文件没有找到--01",e);
        }  
    }

    public void g() throws MyException{
        try {
            f();
        } catch (MyException e) {
            //e 保存异常信息
            throw new MyException("文件没有找到--02",e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test t = new Test();
        try {
            t.g();
        } catch (MyException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

com.test9.MyException: 文件没有找到--02
    at com.test9.Test.g(Test.java:31)
    at com.test9.Test.main(Test.java:38)
Caused by: com.test9.MyException: 文件没有找到--01
    at com.test9.Test.f(Test.java:22)
    at com.test9.Test.g(Test.java:28)
    ... 1 more
Caused by: java.io.FileNotFoundException: G:\myfile\struts.txt (系统找不到指定的路径。)
    at java.io.FileInputStream.open(Native Method)
    at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:106)
    at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:66)
    at java.io.FileReader.<init>(FileReader.java:41)
    at com.test9.Test.f(Test.java:17)
    ... 2 more

如果在程序中,去掉e，也就是：throw new MyException(“文件没有找到–02”);

那么异常信息就保存不了，运行结果如下：

com.test9.MyException: 文件没有找到--02
    at com.test9.Test.g(Test.java:31)
    at com.test9.Test.main(Test.java:38)

6. Throwable类中的常用方法

getCause()：返回抛出异常的原因。如果 cause 不存在或未知，则返回 null。

getMeage()：返回异常的消息信息。

printStackTrace()：对象的堆栈跟踪输出至错误输出流，作为字段 System.err 的值。

有时为了简单会忽略掉catch语句后的代码，这样try-catch语句就成了一种摆设，一旦程序在运行过程中出现了异常，就会忽略处理异常，而错误发生的原因很难查找。

7.Java常见异常

1. runtimeException子类:

1、 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException
数组索引越界异常。当对数组的索引值为负数或大于等于数组大小时抛出。
2、java.lang.ArithmeticException
算术条件异常。譬如：整数除零等。
3、java.lang.NullPointerException
空指针异常。当应用试图在要求使用对象的地方使用了null时，抛出该异常。譬如：调用null对象的实例方法、访问null对象的属性、计算null对象的长度、使用throw语句抛出null等等
4、java.lang.ClassNotFoundException
找不到类异常。当应用试图根据字符串形式的类名构造类，而在遍历CLASSPAH之后找不到对应名称的class文件时，抛出该异常。
5、java.lang.NegativeArraySizeException 数组长度为负异常
6、java.lang.ArrayStoreException 数组中包含不兼容的值抛出的异常
7、java.lang.SecurityException 安全性异常
8、java.lang.IllegalArgumentException 非法参数异常

2.IOException

IOException：操作输入流和输出流时可能出现的异常。
EOFException 文件已结束异常
FileNotFoundException 文件未找到异常

3. 其他

ClassCastException 类型转换异常类
ArrayStoreException 数组中包含不兼容的值抛出的异常
SQLException 操作数据库异常类
NoSuchFieldException 字段未找到异常
NoSuchMethodException 方法未找到抛出的异常
NumberFormatException 字符串转换为数字抛出的异常
StringIndexOutOfBoundsException 字符串索引超出范围抛出的异常
IllegalAccessException 不允许访问某类异常
InstantiationException 当应用程序试图使用Class类中的newInstance()方法创建一个类的实例，而指定的类对象无法被实例化时，抛出该异常

8.自定义异常

Java确实给我们提供了非常多的异常，但是异常体系是不可能预见所有的希望加以报告的错误，所以Java允许我们自定义异常来表现程序中可能会遇到的特定问题，总之就是一句话：我们不必拘泥于Java中已有的异常类型。

Java自定义异常的使用要经历如下四个步骤：

1、定义一个类继承Throwable或其子类。

2、添加构造方法(当然也可以不用添加，使用默认构造方法)。

3、在某个方法类抛出该异常。

4、捕捉该异常。

/** 自定义异常 继承Exception类 **/
public class MyException extends Exception{
    public MyException(){

    }

    public MyException(String message){
        super(message);
    }
}

public class Test {
    public void display(int i) throws MyException{
        if(i == 0){
            throw new MyException("该值不能为0.......");
        }
        else{
            System.out.println( i / 2);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        try {
            test.display(0);
            System.out.println("---------------------");
        } catch (MyException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

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参考：
http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/6155636
http://www.cnblogs.com/chenssy/p/3438130.html
http://www.cnblogs.com/chenssy/p/3453039.html