05. Java基础之异常

一.简介

程序运行时，发生的不被期望的事件，它阻止了程序按照程序员的预期正常执行，这就是异常。异常发生时，是任程序自生自灭，立刻退出终止，还是输出错误给用户？或者用C语言风格：用函数返回值作为执行状态？。

 

Java提供了更加优秀的解决办法：异常处理机制。

 

异常处理机制能让程序在异常发生时，按照代码的预先设定的异常处理逻辑，针对性地处理异常，让程序尽最大可能恢复正常并继续执行，且保持代码的清晰。

Java中的异常可以是函数中的语句执行时引发的，也可以是程序员通过throw 语句手动抛出的，只要在Java程序中产生了异常，就会用一个对应类型的异常对象来封装异常，JRE就会试图寻找异常处理程序来处理异常。

 

Throwable类是Java异常类型的顶层父类，一个对象只有是 Throwable 类的（直接或者间接）实例，他才是一个异常对象，才能被异常处理机制识别。JDK中内建了一些常用的异常类，我们也可以自定义异常。

二. Java异常的分类和类结构图

Java标准库内建了一些通用的异常，这些类以Throwable为顶层父类。

Throwable又派生出Error类和Exception类。

错误：Error类以及他的子类的实例，代表了JVM本身的错误。错误不能被程序员通过代码处理，Error很少出现。因此，程序员应该关注Exception为父类的分支下的各种异常类。

异常：Exception以及他的子类，代表程序运行时发送的各种不期望发生的事件。可以被Java异常处理机制使用，是异常处理的核心。

 

总体上我们根据Javac对异常的处理要求，将异常类分为2类。

非检查异常（unckecked exception）：Error 和 RuntimeException 以及他们的子类。javac在编译时，不会提示和发现这样的异常，不要求在程序处理这些异常。所以如果愿意，我们可以编写代码处理（使用try...catch...finally）这样的异常，也可以不处理。对于这些异常，我们应该修正代码，而不是去通过异常处理器处理 。这样的异常发生的原因多半是代码写的有问题。如除0错误ArithmeticException，错误的强制类型转换错误ClassCastException，数组索引越界ArrayIndexOutOfBoundsException，使用了空对象NullPointerException等等。

 

检查异常（checked exception）：除了Error 和 RuntimeException的其它异常。javac强制要求程序员为这样的异常做预备处理工作（使用try...catch...finally或者throws）。在方法中要么用try-catch语句捕获它并处理，要么用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。这样的异常一般是由程序的运行环境导致的。因为程序可能被运行在各种未知的环境下，而程序员无法干预用户如何使用他编写的程序，于是程序员就应该为这样的异常时刻准备着。如SQLException , IOException,ClassNotFoundException 等。

需要明确的是：检查和非检查是对于javac来说的，这样就很好理解和区分了。

三. 初识异常

1. 未受检异常

package com.example;
import java. util .Scanner ;
public class AllDemo
{
      public static void main (String [] args )
      {
            System . out. println( "----欢迎使用命令行除法计算器----" ) ;
            CMDCalculate ();
      }
      public static void CMDCalculate ()
      {
            Scanner scan = new Scanner ( System. in );
            int num1 = scan .nextInt () ;
            int num2 = scan .nextInt () ;
            int result = devide (num1 , num2 ) ;
            System . out. println( "result:" + result) ;
            scan .close () ;
      }
      public static int devide (int num1, int num2 ){
            return num1 / num2 ;
      }
}
/*****************************************

----欢迎使用命令行除法计算器----
1
0
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException : / by zero
     at com.example.AllDemo.devide( AllDemo.java:30 )
     at com.example.AllDemo.CMDCalculate( AllDemo.java:22 )
     at com.example.AllDemo.main( AllDemo.java:12 )

----欢迎使用命令行除法计算器----
1
r
Exception in thread "main" java.util.InputMismatchException
     at java.util.Scanner.throwFor( Scanner.java:864 )
     at java.util.Scanner.next( Scanner.java:1485 )
     at java.util.Scanner.nextInt( Scanner.java:2117 )
     at java.util.Scanner.nextInt( Scanner.java:2076 )
     at com.example.AllDemo.CMDCalculate( AllDemo.java:20 )
     at com.example.AllDemo.main( AllDemo.java:12 )
*****************************************/

note:异常信息的格式，先告诉是什么异常，然后再告诉是哪里"at"出现了异常。

异常是在执行某个函数时引发的，而函数又是层级调用，形成调用栈的，因为，只要一个函数发生了异常，那么他的所有的caller都会被异常影响。当这些被影响的函数以异常信息输出时，就形成的了异常追踪栈。

异常最先发生的地方，叫做异常抛出点。

 

 

从上面的例子可以看出，当devide函数发生除0异常时，devide函数将抛出ArithmeticException异常，因此调用他的CMDCalculate函数也无法正常完成，因此也发送异常，而CMDCalculate的caller——main 因为CMDCalculate抛出异常，也发生了异常，这样一直向调用栈的栈底回溯。这种行为叫做异常的冒泡，异常的冒泡是为了在当前发生异常的函数或者这个函数的caller中找到最近的异常处理程序。由于这个例子中没有使用任何异常处理机制，因此异常最终由main函数抛给JRE，导致程序终止。

上面的代码不使用异常处理机制，也可以顺利编译，因为2个异常都是非检查异常。但是下面的例子就必须使用异常处理机制，因为异常是检查异常。

代码中我选择使用throws声明异常，让函数的调用者去处理可能发生的异常。但是为什么只throws了IOException呢？因为FileNotFoundException是IOException的子类，在处理范围内。

2. 受检异常

public void testException() throws IOException
{
    //FileInputStream的构造函数会抛出FileNotFoundException
    FileInputStream fileIn = new FileInputStream("E:\\a.txt");
    
    int word;
    //read方法会抛出IOException
    while((word =  fileIn.read())!=-1) 
    {
        System.out.print((char)word);
    }
    //close方法会抛出IOException
    fileIn.clos
}

note:如果方法中没有throws来声明异常，代码将会出现编译错误；如果不想使用throws来声明会出现的异常，也可以再代码中使用try-catch进行异常捕获处理。

四.异常处理的基本语法

在编写代码处理异常时，对于检查异常，有2种不同的处理方式：使用try...catch...finally语句块处理它。或者，在函数签名中使用throws 声明交给函数调用者caller去解决。

1.try...catch...finally语句块

try{
     //try块中放可能发生异常的代码。
     //如果执行完try且不发生异常，则接着去执行finally块和finally后面的代码（如果有的话）。
     //如果发生异常，则尝试去匹配catch块。

}catch(SQLException SQLexception){
    //每一个catch块用于捕获并处理一个特定的异常，或者这异常类型的子类。Java7中可以将多个异常声明在一个catch中。
    //catch后面的括号定义了异常类型和异常参数。如果异常与之匹配且是最先匹配到的，则虚拟机将使用这个catch块来处理异常。
    //在catch块中可以使用这个块的异常参数来获取异常的相关信息。异常参数是这个catch块中的局部变量，其它块不能访问。
    //如果当前try块中发生的异常在后续的所有catch中都没捕获到，则先去执行finally，然后到这个函数的外部caller中去匹配异常处理器。
    //如果try中没有发生异常，则所有的catch块将被忽略。

}catch(Exception exception){
    //...
}finally{
   
    //finally块通常是可选的。
   //无论异常是否发生，异常是否匹配被处理，finally都会执行。
   //一个try至少要有一个catch块，否则， 至少要有1个finally块。但是finally不是用来处理异常的，finally不会捕获异常。
  //finally主要做一些清理工作，如流的关闭，数据库连接的关闭等。 
}

note:语句块中只可以有一个finally,但是可以嵌套多个语句块，每个语句块又包含一个finally。

2.需要注意的地方

1、try块中的局部变量和catch块中的局部变量（包括异常变量），以及finally中的局部变量，他们之间不可共享使用。（note:说明作用于只在{}之间）

 

2、每一个catch块用于处理一个异常。异常匹配是按照catch块的顺序从上往下寻找的，只有第一个匹配的catch会得到执行。匹配时，不仅运行精确匹配，也支持父类匹配，因此，如果同一个try块下的多个catch异常类型有父子关系，应该将子类异常放在前面，父类异常放在后面，这样保证每个catch块都有存在的意义。

 

3、java中，异常处理的任务就是将执行控制流从异常发生的地方转移到能够处理这种异常的地方去。也就是说：当一个函数的某条语句发生异常时，这条语句的后面的语句不会再执行，它失去了焦点。执行流跳转到最近的匹配的异常处理catch代码块去执行，异常被处理完后，执行流会接着在“处理了这个异常的catch代码块”后面接着执行。

有的编程语言当异常被处理后，控制流会恢复到异常抛出点接着执行，这种策略叫做：resumption model of exception handling（恢复式异常处理模式 ）

而Java则是让执行流恢复到处理了异常的catch块后接着执行，这种策略叫做：termination model of exception handling（终结式异常处理模式）

public static void main(String[] args){
        try {
            foo();
        }catch(ArithmeticException ae) {
            System.out.println("处理异常");
        }
}
public static void foo(){
        int a = 5/0;  //异常抛出点
        System.out.println("为什么还不给我涨工资!!!");  //////////////////////不会执行
}

output:
处理异常

3.throws函数声明

throws声明：如果一个方法内部的代码会抛出检查异常（checked exception），而方法自己又没有完全处理掉，则javac保证你必须在方法的签名上使用throws关键字声明这些可能抛出的异常，否则编译不通过。

throws是另一种处理异常的方式，它不同于try...catch...finally，throws仅仅是将函数中可能出现的异常向调用者声明，而自己则不具体处理。

采取这种异常处理的原因可能是：方法本身不知道如何处理这样的异常，或者说让调用者处理更好，调用者需要为可能发生的异常负责。

public void foo() throws ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN
{ 
     //foo内部可以抛出 ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN 类的异常，或者他们的子类的异常对象。
}

五. finally块

finally块不管异常是否发生，只要对应的try执行了，则它一定也执行。只有一种方法让finally块不执行：System.exit()。因此finally块通常用来做资源释放操作：关闭文件，关闭数据库连接等等。

良好的编程习惯是：在try块中打开资源，在finally块中清理释放这些资源。

需要注意的地方:

1、finally块没有处理异常的能力。处理异常的只能是catch块。

2、在同一try...catch...finally块中 ，如果try中抛出异常，且有匹配的catch块，则先执行catch块，再执行finally块。如果没有catch块匹配，则先执行finally，然后去外面的调用者中寻找合适的catch块。

3、在同一try...catch...finally块中 ，try发生异常，且匹配的catch块中处理异常时也抛出异常，那么后面的finally也会执行：首先执行finally块，然后去外围调用者中寻找合适的catch块。

这是正常的情况，但是也有特例。关于finally有很多恶心，偏、怪、难的问题（比如异常丢失），参考后面的finally块和return部分。

 六. throw异常抛出语句

throw exceptionObject

程序员也可以通过throw语句手动显式的抛出一个异常。throw语句的后面必须是一个异常对象。

throw 语句必须写在函数中，执行throw 语句的地方就是一个异常抛出点，它和由JRE自动形成的异常抛出点没有任何差别。

public void save(User user)
{
      if(user  == null) 
          throw new IllegalArgumentException("User对象为空");
      //......
        
}

note:throw跟受检不受检没有关系，它只是抛出异常。相当于try语句中产生了一个异常。

Note:throw和throws使用注意：假设throw了一个新的异常，会编译错误，必须用throws或者在该方法中用try --catch代码块来处理

Question1:为什么throw new Exception()就会错呢？然后new RuntimeException()以及它的子类是不会错的。受检异常是会报错的。

Question2:为什么在catch中直接throw e就不会出错，不需要throws或者异常处理了呢？

Question3:摘自https://www.javatpoint.com/throws-keyword-and-difference-between-throw-and-throws

Which exception should be declared

Ans) checked exception only, because:（只有受检异常需要声明）

• unchecked Exception: under your control so correct your code.
• error: beyond your control e.g. you are unable to do anything if there occurs VirtualMachineError or StackOverflowError

Question4: throws可以传播异常

package b;

import java.io.IOException;

public class Test {
    void m() throws IOException {
        throw new IOException("device error");
    }

    void n() throws IOException {// 必须要有throws，因为throws异常会传播，调用了m(),m()中的异常会传播
        m();
    }

    void p() {
        try {
            n();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("exception handled");
        }
    }

    public static void main(String args[]) {
        Test test = new Test();
        test.p();
        System.out.println("normal flow...");
    }
}

exception handled
normal flow...

七. 异常的链化

在一些大型的，模块化的软件开发中，一旦一个地方发生异常，则如骨牌效应一样，将导致一连串的异常。假设B模块完成自己的逻辑需要调用A模块的方法，如果A模块发生异常，则B也将不能完成而发生异常，但是B在抛出异常时，会将A的异常信息掩盖掉，这将使得异常的根源信息丢失。异常的链化可以将多个模块的异常串联起来，使得异常信息不会丢失。

异常链化:以一个异常对象为参数构造新的异常对象。新的异对象将包含先前异常的信息。这项技术主要是异常类的一个带Throwable参数的函数来实现的。这个当做参数的异常，我们叫他根源异常（cause）。

查看Throwable类源码，可以发现里面有一个Throwable字段cause，就是它保存了构造时传递的根源异常参数。这种设计和链表的结点类设计如出一辙，因此形成链也是自然的了。

public class Throwable implements Serializable {
    private Throwable cause = this;
   
    public Throwable(String message, Throwable cause) {
        fillInStackTrace();
        detailMessage = message;
        this.cause = cause;
    }
     public Throwable(Throwable cause) {
        fillInStackTrace();
        detailMessage = (cause==null ? null : cause.toString());
        this.cause = cause;
    }
    
    //........
} 

下面是一个例子，演示了异常的链化：从命令行输入2个int，将他们相加，输出。输入的数不是int，则导致getInputNumbers异常，从而导致add函数异常，则可以在add函数中抛出

一个链化的异常。

public static void main(String[] args)
{
    
    System.out.println("请输入2个加数");
    int result;
    try
    {
        result = add();
        System.out.println("结果:"+result);
    } catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
    }
}
//获取输入的2个整数返回
private static List<Integer> getInputNumbers()
{
    List<Integer> nums = new ArrayList<>();
    Scanner scan = new Scanner(System.in);
    try {
        int num1 = scan.nextInt();
        int num2 = scan.nextInt();
        nums.add(new Integer(num1));
        nums.add(new Integer(num2));
    }catch(InputMismatchException immExp){
        throw immExp;
    }finally {
        scan.close();
    }
    return nums;
}

//执行加法计算
private static int add() throws Exception
{
    int result;
    try {
        List<Integer> nums =getInputNumbers();
        result = nums.get(0)  + nums.get(1);
    }catch(InputMismatchException immExp){
        throw new Exception("计算失败",immExp);  /////////////////////////////链化:以一个异常对象为参数构造新的异常对象。
    }
    return  result;
}

/*
请输入2个加数
r 1
java.lang.Exception: 计算失败
    at practise.ExceptionTest.add(ExceptionTest.java:53)
    at practise.ExceptionTest.main(ExceptionTest.java:18)
Caused by: java.util.InputMismatchException
    at java.util.Scanner.throwFor(Scanner.java:864)
    at java.util.Scanner.next(Scanner.java:1485)
    at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2117)
    at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2076)
    at practise.ExceptionTest.getInputNumbers(ExceptionTest.java:30)
    at practise.ExceptionTest.add(ExceptionTest.java:48)
    ... 1 more

*/

note：倘若注释掉 “ throw new Exception("计算失败",immExp);  /////////////////////////////链化:以一个异常对象为参数构造新的异常对象”，将会得到如下信息：

请输入2个加数
1
r
java.util.InputMismatchException
    at java.util.Scanner.throwFor(Unknown Source)
    at java.util.Scanner.next(Unknown Source)
    at java.util.Scanner.nextInt(Unknown Source)
    at java.util.Scanner.nextInt(Unknown Source)
    at b.AllDemo.getInputNumbers(AllDemo.java:29)
    at b.AllDemo.add(AllDemo.java:45)
    at b.AllDemo.main(AllDemo.java:16)

 这就不是一个链化的异常了，仅仅是一个异常追踪栈。

异常链化eg:

1.

public class MyException  extends Exception{

    public MyException(){
        super();

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

    }
    public MyException(Throwable cause){
        super(cause);

    }

    public MyException(String message,Throwable cause){
        super(message,cause);

    }
    public static void main(String[] args) throws MyException {
        try {
            throw new Exception("还是好好学习Java");
        } catch (Exception e) {
            throw new MyException("坚持就是胜利！",e);
        }
    }
}

Exception in thread "main" cn.defineException.MyException: 坚持就是胜利！
    at cn.defineException.MyException.main(MyException.java:26)
Caused by: java.lang.Exception: 还是好好学习Java
    at cn.defineException.MyException.main(MyException.java:24)

2.

public class Main {
    public static void main (String args[])throws Exception  {
        int n=20,result=0;
        try{
            result=n/0;
            System.out.println("结果为"+result);
        }
        catch(ArithmeticException ex){
            System.out.println("发算术异常: "+ex);
            try {
                throw new NumberFormatException();
            }
            catch(NumberFormatException ex1) {
                System.out.println("手动抛出链试异常 : "+ex1);
            }
        }
    }
}

发算术异常: java.lang.ArithmeticException: / by zero
手动抛出链试异常 : java.lang.NumberFormatException

 

八. 自定义异常

如果要自定义异常类，则扩展Exception类即可，因此这样的自定义异常都属于检查异常（checked exception）。如果要自定义非检查异常，则扩展自RuntimeException。

按照国际惯例，自定义的异常应该总是包含如下的构造函数：

• 一个无参构造函数
• 一个带有String参数的构造函数，并传递给父类的构造函数。
• 一个带有String参数和Throwable参数，并都传递给父类构造函数
• 一个带有Throwable 参数的构造函数，并传递给父类的构造函数。

 下面是IOException类的完整源代码，可以借鉴

public class IOException extends Exception
{
    static final long serialVersionUID = 7818375828146090155L;

    public IOException()
    {
        super();
    }

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

    public IOException(String message, Throwable cause)
    {
        super(message, cause);
    }

    
    public IOException(Throwable cause)
    {
        super(cause);
    }
}

九. 异常的注意事项

1、当子类重写父类的带有 throws声明的函数时，其throws声明的异常必须在父类异常的可控范围内——用于处理父类的throws方法的异常处理器，必须也适用于子类的这个带throws方法 。这是为了支持多态。

例如，父类方法throws 的是2个异常，子类就不能throws 3个及以上的异常。父类throws IOException，子类就必须throws IOException或者IOException的子类。

 至于为什么？我想，也许下面的例子可以说明:

public class Parent {
    public void a() throw AException {
    }
}
public class Child extends Parent {
    public void a() throw AException, BException {
    }
}
 
public class Test {
    public void main(String[] args) {
        Parent p = new Child();
        try {
             p.a();//这里在调用者就不知道抛出BException了！这样就会导致一些问题
        } catch(AException e) {//只能补货A，但实际上可能发生了B异常
             doSomething();
        }
    }
}

2、Java程序可以是多线程的。每一个线程都是一个独立的执行流，独立的函数调用栈。如果程序只有一个线程，那么没有被任何代码处理的异常 会导致程序终止。如果是多线程的，那么没有被任何代码处理的异常仅仅会导致异常所在的线程结束。

也就是说，Java中的异常是线程独立的，线程的问题应该由线程自己来解决，而不要委托到外部，也不会直接影响到其它线程的执行。

3、异常捕获应该从小到大的范围捕获

 编译错误：Unreachable catch block for SQLException. It is already handled by the catch block for Exception

 十.finally块和return----(可能会造成异常丢失等现象）

首先一个不容易理解的事实：在 try块中即便有return，break，continue等改变执行流的语句，finally也会执行。

public static void main(String[] args)
{
    int re = bar();
    System.out.println(re);
}
private static int bar() 
{
    try{
        return 5;
    } finally{
        System.out.println("finally");
    }
}
/*输出：
finally
5
*/

1. finally中的return 会覆盖 try 或者catch中的返回值。

public static void main(String[] args)
    {
        int result;
        
        result  =  foo();
        System.out.println(result);     /////////2
        
        result = bar();
        System.out.println(result);    /////////2
    }

    @SuppressWarnings("finally")
    public static int foo()
    {
        trz{
            int a = 5 / 0;
        } catch (Exception e){
            return 1;
        } finally{
            return 2;
        }

    }

    @SuppressWarnings("finally")
    public static int bar()
    {
        try {
            return 1;
        }finally {
            return 2;
        }
    }

2.finally中的return会抑制（消灭）前面try或者catch块中的异常

class TestException
{
    public static void main(String[] args)
    {
        int result;
        try{
            result = foo();
            System.out.println(result);           //输出100
        } catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());    //没有捕获到异常
        }
        
        
        try{
            result  = bar();
            System.out.println(result);           //输出100
        } catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());    //没有捕获到异常
        }
    }
    
    //catch中的异常被抑制
    @SuppressWarnings("finally")
    public static int foo() throws Exception
    {
        try {
            int a = 5/0;
            return 1;
        }catch(ArithmeticException amExp) {
            throw new Exception("我将被忽略，因为下面的finally中使用了return");
        }finally {
            return 100;
        }
    }
    
    //try中的异常被抑制
    @SuppressWarnings("finally")
    public static int bar() throws Exception
    {
        try {
            int a = 5/0;
            return 1;
        }finally {
            return 100;
        }
    }
}

3.finally中的异常会覆盖（消灭）前面try或者catch中的异常

class TestException
{
    public static void main(String[] args)
    {
        int result;
        try{
            result = foo();
        } catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());    //输出：我是finaly中的Exception
        }
        
        
        try{
            result  = bar();
        } catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());    //输出：我是finaly中的Exception
        }
    }
    
    //catch中的异常被抑制
    @SuppressWarnings("finally")
    public static int foo() throws Exception
    {
        try {
            int a = 5/0;
            return 1;
        }catch(ArithmeticException amExp) {
            throw new Exception("我将被忽略，因为下面的finally中抛出了新的异常");
        }finally {
            throw new Exception("我是finaly中的Exception");
        }
    }
    
    //try中的异常被抑制
    @SuppressWarnings("finally")
    public static int bar() throws Exception
    {
        try {
            int a = 5/0;
            return 1;
        }finally {
            throw new Exception("我是finaly中的Exception");
        }
        
    }
}

上面的3个例子都异于常人的编码思维，因此我建议：

• 不要在fianlly中使用return。
• 不要在finally中抛出异常。
• 减轻finally的任务，不要在finally中做一些其它的事情，finally块仅仅用来释放资源是最合适的。
• 将尽量将所有的return写在函数的最后面，而不是try ... catch ... finally中   

十一. Throw   和  Throws的区别

      （1）throw是放在函数体内，而throws是函数声明中

      （2）throw是异常抛出，且抛出的是对象；throws是异常声明，且声明的是异常的种类

      （3）函数中throw抛出的对象只能有一个，但是throws声明的异常种类却可以有多个。因为throw一旦抛出了一个异常对象后，就会中断当前程序的执行，因此编译器是不允许                   throw多个对象的。

      （4）如果throw了一个非RuntimeException，必须在函数声明处抛出异常或者在本函数中进行异常处理。

 十一. 异常处理的优缺点

 优点：

1. 业务代码和错误处理代码分离.

2. 强制程序猿考虑程序的稳定性.

3. 有利于代码调试(异常信息)

4. 即使任何异常产生, 能保证占用的释放(finally)

缺点：

1. 异常嵌套难免影响代码可读性

2. 并不能令程序逻辑更加清晰.

3. 异常并不能解决所有问题

 

参考文献：

1.https://www.cnblogs.com/lulipro/p/7504267.html

2.https://www.cnblogs.com/taiwan/p/7073743.html

3.https://blog.csdn.net/chaplinlong/article/details/50983594