Java 基础 - 异常

目录

异常的层次结构

Throwable

 Error（错误）

 Exception（异常）

可查的异常（checked exceptions）和不可查的异常（unchecked exceptions）

异常关键字

异常的申明(throws)

异常的抛出(throw)

异常的自定义

异常的捕获

异常基础总结

常用的异常

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异常的层次结构

   异常机制是指当程序出现错误后，程序如何处理。具体来说，异常机制提供了程序退出的安全通道。当出现错误后，程序执行的流程发生改变，程序的控制权转移到异常处理器。

程序错误分为三种：1.编译错误；2.运行时错误；3.逻辑错误。

      （1）编译错误是因为程序没有遵循语法规则，编译程序能够自己发现并且提示我们错误的原因和位置，这个也是大家在刚接触编程语言最常遇到的问题。
      （2）运行时错误是因为程序在执行时，运行环境发现了不能执行的操作。
      （3）逻辑错误是因为程序没有按照预期的逻辑顺序执行。异常也就是指程序运行时发生错误，而异常处理就是对这些错误进行处理和控制。

Java异常类层次结构图：

Throwable

Throwable 是 Java 语言中所有错误与异常的超类。

Throwable 包含两个子类：Error（错误）和 Exception（异常），它们通常用于指示发生了异常情况。

Throwable 包含了其线程创建时线程执行堆栈的快照，它提供了 printStackTrace() 等接口用于获取堆栈跟踪数据等信息。

 Error（错误）

Error 类及其子类：程序中无法处理的错误，表示运行应用程序中出现了严重的错误。

此类错误一般表示代码运行时 JVM 出现问题。通常有 Virtual MachineError（虚拟机运行错误）、NoClassDefFoundError（类定义错误）等。比如 OutOfMemoryError：内存不足错误；StackOverflowError：栈溢出错误。此类错误发生时，JVM 将终止线程。

这些错误是不受检异常，非代码性错误。因此，当此类错误发生时，应用程序不应该去处理此类错误。按照Java惯例，我们是不应该实现任何新的Error子类的！

 Exception（异常）

程序本身可以捕获并且可以处理的异常。Exception 这种异常又分为两类：运行时异常和编译时异常。

• 运行时异常

都是RuntimeException类及其子类异常，如NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)等，这些异常是不检查异常，程序中可以选择捕获处理，也可以不处理。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。

运行时异常的特点是Java编译器不会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，即使没有用try-catch语句捕获它，也没有用throws子句声明抛出它，也会编译通过。

• 非运行时异常 （编译异常）

是RuntimeException以外的异常，类型上都属于Exception类及其子类。从程序语法角度讲是必须进行处理的异常，如果不处理，程序就不能编译通过。如IOException、SQLException等以及用户自定义的Exception异常，一般情况下不自定义检查异常。

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）。

异常关键字

• try – 用于监听。将要被监听的代码(可能抛出异常的代码)放在try语句块之内，当try语句块内发生异常时，异常就被抛出。
• catch – 用于捕获异常。catch用来捕获try语句块中发生的异常。
• finally – finally语句块总是会被执行。它主要用于回收在try块里打开的物力资源(如数据库连接、网络连接和磁盘文件)。只有finally块，执行完成之后，才会回来执行try或者catch块中的return或者throw语句，如果finally中使用了return或者throw等终止方法的语句，则就不会跳回执行，直接停止。
• throw – 用于抛出异常。
• throws – 用在方法签名中，用于声明该方法可能抛出的异常。

异常的申明(throws)

在Java中，当前执行的语句必属于某个方法，Java解释器调用main方法执行开始执行程序。若方法中存在检查异常，如果不对其捕获，那必须在方法头中显式声明该异常，以便于告知方法调用者此方法有异常，需要进行处理。 在方法中声明一个异常，方法头中使用关键字throws，后面接上要声明的异常。若声明多个异常，则使用逗号分割。如下所示：

public static void method() throws IOException, FileNotFoundException{
    //something statements
}

注意：若是父类的方法没有声明异常，则子类继承方法后，也不能声明异常。

通常，应该捕获那些知道如何处理的异常，将不知道如何处理的异常继续传递下去。传递异常可以在方法签名处使用 throws 关键字声明可能会抛出的异常。

private static void readFile(String filePath) throws IOException {
    File file = new File(filePath);
    String result;
    BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(file));
    while((result = reader.readLine())!=null) {
        System.out.println(result);
    }
    reader.close();
}

Throws抛出异常的规则：

• 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。
• 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
• 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。
• 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。

异常的抛出(throw)

如果代码可能会引发某种错误，可以创建一个合适的异常类实例并抛出它，这就是抛出异常。如下所示：

public static double method(int value) {
    if(value == 0) {
        throw new ArithmeticException("参数不能为0"); //抛出一个运行时异常
    }
    return 5.0 / value;
}

大部分情况下都不需要手动抛出异常，因为Java的大部分方法要么已经处理异常，要么已声明异常。所以一般都是捕获异常或者再往上抛。

有时我们会从 catch 中抛出一个异常，目的是为了改变异常的类型。多用于在多系统集成时，当某个子系统故障，异常类型可能有多种，可以用统一的异常类型向外暴露，不需暴露太多内部异常细节。

private static void readFile(String filePath) throws MyException {    
    try {
        // code
    } catch (IOException e) {
        MyException ex = new MyException("read file failed.");
        ex.initCause(e);
        throw ex;
    }
}

异常的自定义

习惯上，定义一个异常类应包含两个构造函数，一个无参构造函数和一个带有详细描述信息的构造函数（Throwable 的 toString 方法会打印这些详细信息，调试时很有用）, 比如上面用到的自定义MyException：

public class MyException extends Exception {
    public MyException(){ }
    public MyException(String msg){
        super(msg);
    }
    // ...
}

异常的捕获

异常捕获处理的方法通常有：

• try-catch
• try-catch-finally
• try-finally
• try-with-resource

try-catch

在一个 try-catch 语句块中可以捕获多个异常类型，并对不同类型的异常做出不同的处理

private static void readFile(String filePath) {
    try {
        // code
    } catch (FileNotFoundException e) {
        // handle FileNotFoundException
    } catch (IOException e){
        // handle IOException
    }
}

 同一个 catch 也可以捕获多种类型异常，用 | 隔开

private static void readFile(String filePath) {
    try {
        // code
    } catch (FileNotFoundException | UnknownHostException e) {
        // handle FileNotFoundException or UnknownHostException
    } catch (IOException e){
        // handle IOException
    }
}

try-catch-finally

• 常规语法

try {                        
    //执行程序代码，可能会出现异常                 
} catch(Exception e) {   
    //捕获异常并处理   
} finally {
    //必执行的代码
}

执行的顺序

• 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；
• 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；
• 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；

try-finally

try块中引起异常，异常代码之后的语句不再执行，直接执行finally语句。 try块没有引发异常，则执行完try块就执行finally语句。

try-finally可用在不需要捕获异常的代码，可以保证资源在使用后被关闭。例如IO流中执行完相应操作后，关闭相应资源；使用Lock对象保证线程同步，通过finally可以保证锁会被释放；数据库连接代码时，关闭连接操作等等。

//以Lock加锁为例，演示try-finally
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
try {
    //需要加锁的代码
} finally {
    lock.unlock(); //保证锁一定被释放
}

finally遇见如下情况不会执行

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

try-with-resource

上面例子中，finally 中的 close 方法也可能抛出 IOException, 从而覆盖了原始异常。JAVA 7 提供了更优雅的方式来实现资源的自动释放，自动释放的资源需要是实现了 AutoCloseable 接口的类。

• 代码实现

  private  static void tryWithResourceTest(){
      try (Scanner scanner = new Scanner(new FileInputStream("c:/abc"),"UTF-8")){
          // code
      } catch (IOException e){
          // handle exception
      }
  }
   
   
  public final class Scanner implements Iterator<String>, Closeable {
    // ...
  }
  public interface Closeable extends AutoCloseable {
      public void close() throws IOException;
  }
  

  try 代码块退出时，会自动调用 scanner.close 方法，和把 scanner.close 方法放在 finally 代码块中不同的是，若 scanner.close 抛出异常，则会被抑制，抛出的仍然为原始异常。被抑制的异常会由 addSusppressed 方法添加到原来的异常，如果想要获取被抑制的异常列表，可以调用 getSuppressed 方法来获取。

异常基础总结

• try、catch和finally都不能单独使用，只能是try-catch、try-finally或者try-catch-finally。
• try语句块监控代码，出现异常就停止执行下面的代码，然后将异常移交给catch语句块来处理。
• finally语句块中的代码一定会被执行，常用于回收资源 。
• throws：声明一个异常，告知方法调用者。
• throw ：抛出一个异常，至于该异常被捕获还是继续抛出都与它无关。

常用的异常

在Java中提供了一些异常用来描述经常发生的错误，对于这些异常，有的需要程序员进行捕获处理或声明抛出，有的是由Java虚拟机自动进行捕获处理。Java中常见的异常类:

• RuntimeException

  • 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。
  • java.lang.ArithmeticException    算术条件异常。譬如：整数除零等。
  • 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
  • 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。
  • java.lang.NegativeArraySizeException         数组长度为负异常
  • java.lang.ArrayStoreException          数组中包含不兼容的值抛出的异常
  • java.lang.SecurityException          安全性异常
  • java.lang.IllegalArgumentException         非法参数异常

• 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

• 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

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 激动的心，颤抖的手

 借用客官你们发财的小手，给个鼓励吧