异常机制(Exception)

什么是异常

认识异常

  • 实际生活中，遇到的情况不可能是非常完美的。比如：你写的某个模块，用户输入不一定符合你的要求，你的程序要打开某个文件，这个文件可能不存在或者文件格式不对，你要读取数据集库的数据，数据可能是空的等等。我们的程序在跑着，内存或硬盘可能满了等等……
  • 软件程序在运行过程中，非常可能遇到刚刚提到的这些异常问题，我们叫异常，英文是：Exception。意思是例外，或者叫异常。我们要做的是怎么让我们写的程序做出合理的处理，而不至于让程序崩溃
  • 异常指程序运行中出现的不期而至的各种情况，如：文件找不到、网络连接失败、非法参数等等
  • 异常发生在程序运行期间，它影响了正常的程序执行流程

异常简单分类

  • 要理解 Java 异常处理是如何工作的，你需要掌握以下三种类型的异常：
    1. 检查性异常：最具代表的检查性异常是用户错误或程序本身的问题引起的异常，这是程序员无法预见的。例如要打开一个不存在的文件时，一个异常就发生了，这些异常在编译时不能被简单地忽略
    2. 运行时异常：运行时异常是可能被程序员避免的异常。与检查性异常相反，运行时异常可以在编译时被忽略
    3. 错误ERROR：错误不是异常，而是脱离程序员控制的问题，错误在代码中通常被忽略。例如当栈溢出时，一个错误就发生了，它们再编译也检查不到的

异常体系结构

  • Java 把异常当作对象来处理，并定义一个基类 java.lang.Throwable 作为所有异常的超类，这个就是异常处理框架
  • 在 Java API 中已经定义了许多异常类，这些异常类分为两大类，错误 Error 和异常 Exception
  • 错误 Error 是可以避免的，异常 Exception 无法完全避免

ERROR

  • Error 类对象由 Java 虚拟机生成并抛出，大多数错误与代码编写者所执行的操作无关
  • 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 PutOfMEmoryError。这些异常发生时，**Java 虚拟机 (JVM) **一般会选择线程终止
  • 还有发生在虚拟机试图执行应用时，如类定义错误 (NoClassDefFouundError)、连接错误 (LinkageError) 。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

Exception

  • 在 Exception 分支中有一个重要的子类 RuntimeException (运行时异常)，其中包括：
    • ArrayIndexOutOfBoundsException (数组下标越界)
    • NullPointerException (空指针异常)
    • ArithmeticException (算术异常)
    • MissingResourceException (丢失资源)
    • ClassNotFoundException (找不到类)
    • ……
    • 以上这些异常是不检查异常，异常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

Error 与 Exception 的区别

  • Error 通常是灾难性致命的错误，是程序无法控制和处理的，当出现这些异常时，Java 虚拟机 (JVM) 一般会选择终止线程；Exception 通常情况下是可以被程序处理的，并且程序中应该尽可能的去处理这些异常

获取异常类型

  • 异常的所有类型

  • 如果需要准确知道异常类型，我们需要"以身试法"，编译执行异常的代码得出它的异常类型

    • 以上代码为例，Java 中除法中被除数不能为 0，因此，得到异常类型：ArithmeticException

捕获 和 抛出 异常

处理异常关键字

捕获异常关键字

  • try：监控异常，可以捕获异常后继续执行程序而不是终止
  • catch：捕获异常时处理异常
  • finally：处理异常后善后工作

抛出异常关键字

  • throw：方法中主动抛出异常，它不需要处理异常
  • throws：方法上主动抛出异常，需要配合 try 处理，不处理不如直接用 throw 关键字

异常的优先级关系

异常捕获处理实例

  • 代码解析

    public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 1;
        int b = 0;
        //Java 中运算除法时，被除数不能为 0，否则报错，我们尝试将这个异常捕获处理
        try {   //监控区域：将可能出异常的代码块放在此区域可以被检测异常并捕获
            System.out.println(a / b);
        }catch (ArithmeticException e){  //catch(异常类型)      //对捕获的异常做出处理 try 必须要有 catch
            e.printStackTrace();    //打印原生异常的信息
            System.out.println("程序出现异常，b 不能为 0");
        }catch (Error e){   //catch 可以叠加多个，逻辑和 elseif 相同，每次执行只会执行其中一个，需要按顺序将优先级小到大层层叠加，否则出现报错、不执行等问题。优先级越高捕获范围越大
            System.out.println("Error");
        }catch (Exception e){   //与 Error 同级没有顺序规则
            System.out.println("Exception");    //移除 ArithmeticException 类型的 catch 就会执行 Exception 类型，因为我们 a/b 这个异常属于 Exception 而不是 Error
        }catch (Throwable e){   //异常中最高的优先级
            System.out.println("Throwable");
        }finally {  //善后工作：可以不写，这个一定执行，常用于程序异常关闭程序等善后处理
            System.out.println("finally 善后");
        }
    }
}

  • 打印结果解析

    java.lang.ArithmeticException: / by zero
	at com.exception.Test.main(Test.java:9)
//以上字体为红色，是原生异常的信息
程序出现异常，b 不能为 0
finally 善后	//finally 哪怕 catch 没有处理，它也会执行

进程已结束，退出代码为 0

主动抛出异常实例

自定义主动抛出异常

  • 代码解析

    public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        new Test2().test(1,0);
    }

    public void test(int a, int b){
        if (b == 0){
            throw new ArithmeticException();    //在方法体中主动抛出异常，需要自定义具体异常的抛出类型，只抛出不处理。在众多异常类型中每个代码区块只能抛出一种类型
            //throw new ClassCastException();     //同时抛出两个类型会报错
        }
    }
}

  • 抛出 ArithmeticException 异常类型

    Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException
	at com.exception.Test2.test(Test2.java:12)
	at com.exception.Test2.main(Test2.java:7)

进程已结束，退出代码为 1

  • 抛出 ClassCastException 异常类型

    Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException
	at com.exception.Test2.test(Test2.java:13)
	at com.exception.Test2.main(Test2.java:7)

进程已结束，退出代码为 1

主动抛出异常并处理

  • 代码解析

    public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        //使用 throws 在方法上抛出异常并调用 try 处理它，需要搭配 throw 判定异常条件
        try {
            new Test2().test2(1,0);
        }catch(ArithmeticException e){
            System.out.println("处理异常");
        }
    }
    
    public void test2(int a, int b) throws ArithmeticException{ //throws 后面的异常类型没有严格要求
        if (b == 0){
            throw new ArithmeticException();    //判定 b=0 时异常
        }
    }
}

自定义异常

  • 使用 Java内置的异常类可以描述在编程时出现的大部分异常情况，除此之外，用户还可以自定义异常。用户自定义异常类，只需继承 Exception 类即可

  • 在程序中使用自定义异常类，本体可以分为以下几个步骤：

    1. 创建自定义异常类 (MyException) 并继承 Exception 类

      //自定义的异常类
public class MyException extends Exception{
    //可以通过查看底层代码自行学习，全局查找快捷键：Ctrl+Shift+F
    //全局搜索任意异常：ArrayIndexOutBound (数组下标越界)
    //即可看到继承了多层的异常类，一共 4 层关系，并且显示定义了多种构造器，无参构造、多种有参构造等且调用 super 关键字指向了父类的构造器
    //按住 Ctrl 持续点击 super 可以一直溯源到 Exception 类
    //即 public Exception(String message){super(message);}，再次溯源 super 即可跳转到异常最大父类 Throwble
    //即 public Throwable(String message){fillInStackTrace(); detailMassage = message;}，我们只需要拟一段差不多的代码即可

    //传递数字 > 10 我们就给他抛出异常
    private int detail; //接收数字的属性
    //Alt+insert 创建一个有参构造器给它传递值
    public MyException(int a) { //传递 a 的值是否大于 10
        this.detail = a;
    }

    //重写 toString 打印的方法即可自定义打印出异常：Alt+insert 选中 toString 回车
    @Override
    public String toString() {
        return "MyException{" +
                "detail=" + detail +
                '}';    //可以自定义修改输出信息
    }
}

    2. 在方法中通过 throw 关键字抛出异常对象。如果在当前抛出异常的方法中处理异常，可以使用 try、catch 语句捕获并处理；否则在方法的声明处通过 throws 关键字指明要抛出给方法调用者的异常，然后在出现异常方法的调用者 main 方法中捕获并处理异常

      • 如果在当前抛出异常的方法中处理异常，可以使用 try、catch 语句捕获并处理

        public class Test {		//新建类 Test
    //写一段可能会异常的方法
    static void test(int a){

        System.out.println("传递的值为：" + a);

        if (a > 10){
            try {
                throw new MyException(a);   //抛出自定义的异常
            } catch (MyException e) {
                System.out.println("MyException => " + e);  //要打印的异常信息
            }
        }

        System.out.println("OK");   //代码正常  这里不使用 try 捕获异常只要抛出异常此方法块就终止
    }

    public static void main(String[] args) {
        test(1);    //OK
        test(11);   //MyException => MyException{detail=11}     抛出了我们自定义的异常信息
    }
}

      • 否则在方法的声明处通过 throws 关键字指明要抛出给方法调用者的异常，然后在出现异常方法的调用者 main 方法中捕获并处理异常

        public class Test {     //新建类 Test
    //写一段可能会异常的方法
    static void test(int a) throws MyException{

        System.out.println("传递的值为：" + a);

        if (a > 10){
            throw new MyException(a);   //抛出自定义的异常
        }

        System.out.println("OK");   //代码正常  这里不使用 try 捕获异常只要抛出异常此方法块就终止
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            test(1);    //OK
            test(11);   //MyException => MyException{detail=11}     抛出了我们自定义的异常信息
        }catch (MyException e){     //e 即为异常信息
            System.out.println("MyException => " + e);
        }
    }
}

实际应用中的经验总结

  • 处理运行时异常时，采用逻辑去合理规避同时辅助 try、catch 处理

  • 在多重 catch 块后面，可以加一个 catch (Exception e) 来处理可能会被遗漏的异常

    package com.exception.demo01;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 1;
        int b = 0;

        try {
            System.out.println(a / b);
        }catch (ArithmeticException e){     //仅捕获处理 ArithmeticException 类型的异常
            System.out.println("程序出现异常，b 不能为 0");
        }catch (Exception e){       //Exception 类范围覆盖所有带 Exception 关键字的异常，处理可能会被遗漏的异常
            System.out.println("Exception");
        }finally {  //IO流   常用于程序异常关闭程序等善后处理、释放占用的资源
            System.out.println("finally 善后");
        }
    }
}

  • 对于不确定的代码，也可以加上 try、catch，预防或处理潜在的异常

  • 尽量去增加处理异常的代码块，切忌只是简单的打印输出异常信息

    public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 1;
        int b = 0;

        try {
            System.out.println(a / b);
        }catch (ArithmeticException e){
            if (b == 0){    //处理异常代码块
                System.out.println(a / 1);
            }
            System.out.println("程序出现异常：b=0，已处理：b=1");
        }
    }
}

  • 具体如何处理异常，要根据不同的业务需求和异常类型去决定

  • 尽量添加 finally 语句块去释放占用的资源

    public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 1;
        int b = 0;

        try {
            System.out.println(a / b);
        }catch (ArithmeticException e){
            System.out.println("程序出现异常，b 不能为 0");
        }finally {  //IO流   常用于程序异常关闭程序等善后处理、释放占用的资源
            System.exit(0);     //主动结束程序
            System.out.println("程序异常，已终止程序");
        }
    }
}
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