Java — 异常

目录

• 一、异常简介
• 二、异常体系
  • 2.1、Throwable 类
  • 2.2、Error 类
  • 2.3、Exception 类
    • 2.3.1、Checked Exception
    • 2.3.2、Unchecked Exception
• 三、JVM 默认处理方案
• 四、异常处理
• 五、捕获异常
• 六、抛出异常
  • 6.1、throw
  • 6.2、throws
• 七、自定义异常

一、异常简介

就是程序出现了不正常的情况。

异常结构：

• Throwable： 所有错误和异常的超类。
  • Error： 严重问题，不需要处理。
  • Exception： 异常类，表示程序本身可以处理的问题。
    • Checked Exception： 编译期不检查，出现问题后，需要回来修改代码。
    • Unchecked Exception： 编译期必须处理，否则程序不能通过编译、不能运行。

二、异常体系

2.1、Throwable 类

Throwable 类位于 java.lang 包下，它是 Java 语言中所有错误（Error）和异常（Exception）的父类。
Throwable 类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。

成员方法：

方法名	说明
public Throwable fillInStackTrace()	填写执行堆栈跟踪
public StackTraceElement[] getStackTrace()	提供对 printStackTrace() 打印的堆栈跟踪信息的编程访问
public Throwable getCause()	如果原因不存在或未知，则返回此 throwable 的原因或 null
public String toString()	返回此可抛出的简短描述
public String getMessage()	返回此 throwable 的详细消息字符串
public void printStackTrace()	把 throwable 对象封装的异常错误信息输出在控制台

2.2、Error 类

Error 是 Throwable 的一个直接子类，它指示合理的应用程序不应该尝试捕获的严重问题。
这些错误在应用程序的控制和处理能力之外，编译器不会检查 Error。
对于设计合理的应用程序来说，即使发生了错误，本质上也无法通过异常处理来解决其所引起的异常状况。

常见 Error ：

• OutOfMemoryError：内存溢出错误；
• UnsupportedClassVersionError：Java 类版本错误；
• ...

2.3、Exception 类

Exception 是 Throwable 的一个直接子类，它指示合理的应用程序可能希望捕获的条件。
Exception 又包括 Checked Exception（检查异常）和 Unchecked Exception（非检查异常）两大类别。

2.3.1、Checked Exception

Checked Exception 是编译器要求必须处理的异常，除了 RuntimeException 以及它的子类，都是 Checked Exception 异常。
我们程序编写时就必须处理此类异常，否则程序无法编译通过。

常见检查异常：

• IOException：IO 异常；
• SQLException：SQL 异常；
• ...

2.3.2、Unchecked Exception

Unchecked Exception 是编译器不要求强制处理的异常，包含 RuntimeException 以及它的相关子类。
我们编写代码时即使不去处理此类异常，程序还是会编译通过。

常见非检查异常：

• NullPointerException：空指针异常；
• ArrayIndexOutOfBoundsException：数组下标越界异常；
• ...

三、JVM 默认处理方案

若程序出现问题，我们没有做任何处理，最终 JVM 会做默认的处理。

1. 把异常的名称，异常原因及异常出现的位置等信息输出在控制台。

2. 程序停止执行。

示例：数组下标越界。

// 当数组下标越界，程序在编译阶段不会发生错误，但在运行时会抛出异常
public class Test_01 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("程序开始");
        int[] arr = {1, 2, 3};
        System.out.println("arr = " + arr[3]); // 程序在这里发生异常，提前结束运行
        System.out.println("程序结束"); // 这行代码没有执行
    }
}

运行：

程序开始
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
	at exception.ExceptionDemo01.main(ExceptionDemo01.java:17)

异常原因：由于访问了数组中不存在的元素，所以代码停止执行并打印了相关的异常信息，此信息为堆栈跟踪。

异常信息：

• Exception in thread "main"（异常位于主线程 main 中）
• java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException（异常类型）
• 3（异常详细信息）
• at exception.ExceptionDemo01.main(Test_01.java:17)（异常发生位置）

四、异常处理

若程序出现问题，我们需要自己来处理，在 Java 语言中，异常处理机制分为两部分。

• 抛出异常（throws）
  • 当一个方法发生错误时，会创建一个异常对象，并交给运行时系统处理。
  • 当前方法不处理，而是声明抛出，由该方法的调用者来处理。
• 捕获异常（try … catch …）
  • 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。
  • 在当前方法中使用 try-catch 的语句块来处理异常。

Java 通过 5 个关键字来实现异常处理，分别是：throw、throws、try、catch、finally，异常总是先抛出后捕获的。

五、捕获异常

格式：

try {
    // 可能产生异常的代码
} catch (异常类名 变量名) {
    // 捕获并处理try抛出的异常类型，记录日志|打印异常信息|继续抛出异常
} catch (异常类名N 变量名) {
    // 捕获并处理try抛出的异常类型，记录日志|打印异常信息|继续抛出异常
} finally {
    // 无论是否发生异常，都将执行的代码块
}

流程：

​ ① 程序从 try 里面的代码开始执行。

​ ② 出现异常，会自动生成一个异常类对象，该异常对象将被提交给 Java 运行时系统。

​ ③ 当 Java 运行时系统接收到异常对象时，会到 catch 中去找匹配的异常类，找到后进行异常的处理。

​ ④ 处理异常执行完毕之后，程序还可以继续往下执行。

​ ⑤ 无论程序是否发生异常，finally 中代码块都会执行。

示例：

public class Test_02 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("程序开始");
        int[] arr = {1, 2, 3};
        try {
            System.out.println("arr = " + arr[3]); // 可能发生异常的代码
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            e.printStackTrace(); // 处理异常（打印异常信息）
        } finally {
            System.out.println("无论是否发生异常，都将执行的代码块");
        }
        System.out.println("程序结束");
    }
}

运行：

程序开始
无论是否发生异常，都将执行的代码块
程序结束
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
	at step_05_exception.Test_02.main(Test_02.java:8)

将第 6 行代码 arr[3] 改为 arr[2] 再运行：

程序开始
arr = 3
无论是否发生异常，都将执行的代码块
程序结束

六、抛出异常

6.1、throw

用在方法体内，跟的是异常对象名，表示抛出异常，由方法体内的语句处理。
执行 throw 一定抛出了某种异常。

示例：

public class Test_03 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("程序开始");
        divide(2, 0); // 调用除法
        System.out.println("程序结束");
    }
 
    // 除法方法
    public static void divide(int a, int b) {
        System.out.println("除法开始");
        if (b == 0) {
            throw new ArithmeticException("除数不能为零"); // 抛出异常、但没有处理异常、异常发生时程序中断不再往下执行
        }
        System.out.println(a / b);
        System.out.println("除法结束");
    }
}

运行：

程序开始
除法开始
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: 除数不能为零
	at step_05_exception.Test_03.divide(Test_03.java:15)
	at step_05_exception.Test_03.main(Test_03.java:7)

6.2、throws

用在方法声明后面，跟的是异常类名，表示抛出异常，由该方法的调用者来处理。
表示出现异常的一种可能性，并不一定会发生这些异常。

格式：

修饰符 返回值类型 方法名 (参数列表) throws 异常类名1, 异常类名2, 异常类名3... {   
    //方法体
}

示例：

public class Test_04 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("程序开始");
        try {
            divide(2, 0); // 调用除法
        } catch (ArithmeticException e) {
            e.printStackTrace(); // 处理异常（打印异常信息）
        }
        System.out.println("程序结束");
    }
 
    // 抛出异常，不在方法中处理，谁调用该方法谁处理
    public static void divide(int a, int b) throws ArithmeticException {
        System.out.println("除法开始");
        System.out.println(a / b);
        System.out.println("除法结束");
    }
}

运行：

程序开始
除法开始
程序结束
java.lang.ArithmeticException: / by zero
	at step_05_exception.Test_04.divide(Test_04.java:19)
	at step_05_exception.Test_04.main(Test_04.java:8)

七、自定义异常

声明一个异常类，要么继承 Exception，要么继承 RuntimeException，通常情况下，会直接继承自 Exception 类，给出无参和有参构造方法即可。

示例：

public class Test_05 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("程序开始");
        checkAge(200); // 输入0~120范围之外的年龄
        System.out.println("程序结束");
    }
 
    // 检查年龄方法
    static void checkAge(int age) {
        System.out.println("开始检查");
        if (age < 0 || age > 120) {
            throw new ageException("年龄应在0~120之间");
        } else {
            System.out.println("年龄合法：" + age + "岁");
        }
        System.out.println("结束检查");
    }
 
    // 自定义年龄异常，继承运行时异常
    static class ageException extends RuntimeException {
        public ageException() {
        }
 
        public ageException(String message) {
            super(message);
        }
    }
}

运行：

程序开始
开始检查
Exception in thread "main" step_05_exception.Test_05$ageException: 年龄应在0~120之间
	at step_05_exception.Test_05.checkAge(Test_05.java:14)
	at step_05_exception.Test_05.main(Test_05.java:6)

第 6 行代码 checkAge() 方法中输入0~120范围之内的年龄再运行：

程序开始
开始检查
年龄合法：18岁
结束检查
程序结束