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、追求完美的高科技人才。在日常开发中，绞尽脑汁将代码写的尽善尽美，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 。比如写代码时经常遇到的：


//算术异常
System.out.println(10 / 0);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero


//数组越界异常
int[] arr = {1, 2, 3};
System.out.println(arr[100]);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100


//空指针异常
int[] arr = null;
System.out.println(arr.length);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException

从上述过程中可以看到， java 中不同类型的异常，都有与其对应的类来进行描述 。

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：

从上图中可以看到：

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：

StackOverflflowError 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。比如：感冒、发烧。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)


public class Person{
    private String name;
    private String gender;
    int age;
// 想要让该类支持深拷贝，覆写Object类的clone方法即可
    @Override
    public Person clone() {
        return (Person)super.clone();
    }
}
编译时报错：
Error:(17, 35) java: 未报告的异常错误java.lang.CloneNotSupportedException; 必须对其进行捕获或声明以便抛出

(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 1. LBYL : Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查 . 即： 事前防御型

以王者荣耀的匹配机制为例：


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。

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


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、fifinal、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");

【需求】：实现一个获取数组中任意位置元素的方法。


public static int getElement(int[] array, int index){
    if(null == array){
        throw new NullPointerException("传递的数组为null");
    }
    if(index < 0 || index >= array.length){
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("传递的数组下标越界");
    }
    return array[index];
}
public static void main(String[] args) {
    int[] array = {1,2,3};
    getElement(array, 3);
}

【 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。

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...{
}

【需求】：加载指定的配置文件confifig.ini


public class Config {
    File file;
/*
    FileNotFoundException : 编译时异常，表明文件不存在
    此处不处理，也没有能力处理，应该将错误信息报告给调用者，让调用者检查文件名字是否给错误了
*/
public void OpenConfig(String filename) throws FileNotFoundException{
    if(filename.equals("config.ini")){
        throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");
    }
// 打开文件
}
public void readConfig(){
    }
}

【 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。
public class Config {
    File file;
// public void OpenConfig(String filename) throws IOException,FileNotFoundException{
// FileNotFoundException 继承自 IOException
    public void OpenConfig(String filename) throws IOException{
        if(filename.endsWith(".ini")){
            throw new IOException("文件不是.ini文件");
        }
        if(filename.equals("config.ini")){
            throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");
        }
// 打开文件
}
    public void readConfig(){
    }
}
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
public static void main(String[] args) throws IOException {
    Config config = new Config();
    config.openConfig("config.ini");
}
将光标放在抛出异常方法上， alt + Insert 快速处理。

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：
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

【需求】：读取配置文件，如果配置文件名字不是指定名字，抛出异常，调用者进行异常处理


public class Config {
    File file;
    public void openConfig(String filename) throws FileNotFoundException{
        if(!filename.equals("config.ini")){
        throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");
    }
// 打开文件
}
    public void readConfig(){
    }
    public static void main(String[] args) {
        Config config = new Config();
        try {
        config.openConfig("config.txt");
        System.out.println("文件打开成功");
        } catch (IOException e) {
        // 异常的处理方式
        //System.out.println(e.getMessage()); // 只打印异常信息
        //System.out.println(e); // 打印异常类型：异常信息
        e.printStackTrace(); // 打印信息最全面
        }
// 一旦异常被捕获处理了，此处的代码会执行
        System.out.println("异常如果被处理了，这里的代码也可以执行");
    }
}

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 】

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


public static void main(String[] args) {
    try {
        int[] array = {1,2,3};
        System.out.println(array[3]); // 此处会抛出数组越界异常
    }catch (NullPointerException e){ // 捕获时候捕获的是空指针异常--真正的异常无法被捕获到
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("后序代码");
}
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
at day20210917.ArrayOperator.main(ArrayOperator.java:24)

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


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 (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
        System.out.println("这是个数组下标越界异常");
        e.printStackTrace();
    } catch (NullPointerException e) {
        System.out.println("这是个空指针异常");
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("after try catch");
}

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 ，否则语法错误：


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 (Exception e) { // Exception可以捕获到所有异常
        e.printStackTrace();
    }catch (NullPointerException e){ // 永远都捕获执行到
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("after try catch");
}
Error:(33, 10) java: 已捕获到异常错误java.lang.NullPointerException

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 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 (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("after try catch");
}

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.

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


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("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");
}

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？

需求：实现 getData 方法，内部输入一个整形数字，然后将该数字返回，并再 main 方法中打印。


public class TestFinally {
    public static int getData(){
        Scanner sc = null;
        try{
            sc = new Scanner(System.in);
            int data = sc.nextInt();
            return data;
        }catch (InputMismatchException e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            System.out.println("finally中代码");
        }
        System.out.println("try-catch-finally之后代码");
        if(null != sc){
            sc.close();
        }
        return 0;
    }
    public static void main(String[] args) {
        int data = getData();
        System.out.println(data);
    }
}
// 正常输入时程序运行结果：
100
finally中代码
100

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-fifinally 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。

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


// 下面程序输出什么？
public static void main(String[] args) {
    System.out.println(func());
}
public static int func() {
    try {
        return 10;
    } finally {
        return 20;
    }
}
A: 10 B: 20 C: 30 D: 编译失败

finally 执行的时机是在方法返回之前 (try 或者 catch 中如果有 return 会在这个 return 之前执行 finally). 但是如果 finally 中也存在 return 语句 , 那么就会执行 finally 中的 return, 从而不会执行到 try 中原有的 return.

一般我们不建议在 fifinally 中写 return ( 被编译器当做一个警告 ).

【面试题】：

1. throw 和 throws 的区别？

2. fifinally 中的语句一定会执行吗？

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


public static void main(String[] args) {
    try {
        func();
    } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("after try catch");
}
public static void func() {
    int[] arr = {1, 2, 3};
    System.out.println(arr[100]);
}
// 直接结果
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100
at demo02.Test.func(Test.java:18)
at demo02.Test.main(Test.java:9)
after try catch

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 ).


public static void main(String[] args) {
    func();
    System.out.println("after try catch");
}
public static void func() {
    int[] arr = {1, 2, 3};
    System.out.println(arr[100]);
}
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100
at demo02.Test.func(Test.java:14)
at demo02.Test.main(Test.java:8)

可以看到 , 程序已经异常终止了 , 没有执行到 System.out.println("after try catch"); 这一行 .

【 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 , fifinally 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 .

三、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.

例如 , 我们实现一个用户登陆功能 .


public class LogIn {
    private String userName = "admin";
    private String passWord = "123456";
    public static void loginInfo(String userName, String password) {
        if (!userName.equals(userName)) {
        }
        if (!password.equals(password)) {
        }
        System.out.println("登陆成功");
        }
    public static void main(String[] args) {
        loginInfo("admin", "123456");
    }
}

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：

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


class UserNameException extends Exception {
    public UserNameException(String message) {
        super(message);
    }
}
class PasswordException extends Exception {
    public PasswordException(String message) {
        super(message);
    }
}

此时我们的 login 代码可以改成：


public class LogIn {
    private String userName = "admin";
    private String passWord = "123456";
    public static void loginInfo(String userName, String password)
        throws UserNameException,PasswordException{
            if (!userName.equals(userName)) {
                throw new UserNameException("用户名错误！");
            }
            if (!password.equals(password)) {
                throw new PasswordException("用户名错误！");
            }
            System.out.println("登陆成功");
    }
public static void main(String[] args) {
    try {
        loginInfo("admin", "123456");
    } catch (UserNameException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (PasswordException e) {
        e.printStackTrace();
        }
    }
}

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

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