Java异常详解
1.Java开发经常会与异常打交道，本片文章对异常有一个浅显的分析和记录。
2.JAVA异常
异常指不期而至的各种状况，如：文件找不到、网络连接失败、非法参数等。异常是一个事件，它发生在程序运行期间，干扰了正常的指令流程。Java通 过API中Throwable类的众多子类描述各种不同的异常。因而，Java异常都是对象，是Throwable子类的实例，描述了出现在一段编码中的 错误条件。当条件生成时，错误将引发异常。
Java异常类层次结构图：
在 Java 中，所有的异常都有一个共同的祖先 Throwable（可抛出）。Throwable 指定代码中可用异常传播机制通过 Java 应用程序传输的任何问题的共性。
Throwable： 有两个重要的子类：Exception（异常）和 Error（错误），二者都是 Java 异常处理的重要子类，各自都包含大量子类。
Error（错误）:是程序无法处理的错误，表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的操作无关，而表示代码运行时 JVM（Java 虚拟机）出现的问题。例如，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 OutOfMemoryError。这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。
。这些错误表示故障发生于虚拟机自身、或者发生在虚拟机试图执行应用时，如Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError）、类定义错误（NoClassDefFoundError）等。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。对于设计合理的应用程序来说，即使确实发生了错误，本质上也不应该试图去处理它所引起的异常状况。在 Java中，错误通过Error的子类描述。
Exception（异常）:是程序本身可以处理的异常。
Exception 类有一个重要的子类 RuntimeException。RuntimeException 类及其子类表示“JVM 常用操作”引发的错误。例如，若试图使用空值对象引用、除数为零或数组越界，则分别引发运行时异常（NullPointerException、ArithmeticException）和 ArrayIndexOutOfBoundException。
注意：异常和错误的区别：异常能被程序本身可以处理，错误是无法处理。
通常，Java的异常(包括Exception和Error)分为可查的异常（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）。
Exception 这种异常分两大类运行时异常和非运行时异常(编译异常)。程序中应当尽可能去处理这些异常。
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。
4.处理异常机制
在 Java 应用程序中，异常处理机制为：抛出异常，捕捉异常。
抛出异常：当一个方法出现错误引发异常时，交付运行时系负责寻找处置异常的代码并执行。
捕获异常：在方法抛出异常之后，运行时系统从发生异常的方法开始，依次回查调用栈中的方法，直至找到含有合适异常处理器的方法并执行。当未找到合适 的异常处理器，则运行时系统终止。同时Java程序的终止。
对于运行时异常、错误或可查异常，Java技术所要求的异常处理方式有所不同。
- 由于运行时异常的不可查性，为了更合理、更容易地实现应用程序，Java规定，运行时异常将由Java运行时系统自动抛出，允许应用程序忽略运行时异常。
- 对于方法运行中可能出现的Error，当运行方法不欲捕捉时，Java允许该方法不做任何抛出声明。因为，大多数Error异常属于永远不能被允许发生的状况，也属于合理的应用程序不该捕捉的异常。
- 对于所有的可查异常，Java规定：一个方法必须捕捉，或者声明抛出。
能够捕捉异常的方法，需要提供相符类型的异常处理器，一个方法所能捕捉的异常，一定是Java代码在某处所抛出的异常。简单地说，异常总是先被抛出，后被捕捉的。
捕捉异常通过try-catch语句或者try-catch-finally语句实现。
4.1 捕获异常：try、catch 和 finally
1.try-catch语句
在Java中，异常通过try-catch语句捕获。其一般语法形式为：
try {
// 可能会发生异常的程序代码
} catch (Type1 id1){
// 捕获并处置try抛出的异常类型Type1
}
catch (Type2 id2){
//捕获并处置try抛出的异常类型Type2
}
关键词try后的一对大括号将一块可能发生异常的代码包起来，称为监控区域。Java运行时系统试图寻找匹配的catch子句以捕获异常。若有匹配的catch子句，则运行其异常处理代码，try-catch语句结束。
匹配的原则是：如果抛出的异常对象属于catch子句的异常类，或者属于该异常类的子类，则认为生成的异常对象与catch块捕获的异常类型相匹配。
例1 捕捉throw语句抛出的“除数为0”异常。
public class TestException {
public static void main(String[] args) {
int a = 6;
int b = 0;
try { // try监控区域
if (b == 0) throw new ArithmeticException(); // 通过throw语句抛出异常
System.out.println("a/b的值是：" + a / b);
}
catch (ArithmeticException e) { // catch捕捉异常
System.out.println("程序出现异常，变量b不能为0。");
}
System.out.println("程序正常结束。");
}
}
运行结果：程序出现异常，变量b不能为0。
程序正常结束。
事实上，“除数为0”等ArithmeticException，是RuntimException的子类。而运行时异常将由运行时系统自动抛出，不需要使用throw语句。
由于检查运行时异常的代价远大于捕捉异常所带来的益处，运行时异常不可查。Java编译器允许忽略运行时异常，一个方法可以既不捕捉，也不声明抛出运行时异常。
需要注意的是，一旦某个catch捕获到匹配的异常类型，将进入异常处理代码。一经处理结束，就意味着整个try-catch语句结束。其他的catch子句不再有匹配和捕获异常类型的机会。
Java通过异常类描述异常类型，异常类的层次结构如图1所示。对于有多个catch子句的异常程序而言，应该尽量将捕获上层异常类的catch子句放在前面，同时尽量将捕获相对底层的异常类的catch子句放在后面。否则，捕获上层异常类的catch子句将可能会被屏蔽。
RuntimeException异常类包括运行时各种常见的异常，ArithmeticException类和ArrayIndexOutOfBoundsException类都是它的子类。因此，RuntimeException异常类的catch子句应该放在 最后面，否则可能会屏蔽其后的特定异常处理或引起编译错误。
2. try－catch-finally语句
try-catch语句还可以包括第三部分，就是finally子句。它表示无论是否出现异常，都应当执行的内容。try-catch-finally语句的一般语法形式为：
例2 带finally子句的异常处理程序。
public class TestException {
public static void main(String args[]) {
int i = 0;
String greetings[] = { " Hello world !", " Hello World !! ",
" HELLO WORLD !!!" };
while (i < 4) {
try {
// 特别注意循环控制变量i的设计，避免造成无限循环
System.out.println(greetings[i++]);
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
System.out.println("数组下标越界异常");
} finally {
// 无论是否发生异常，都将执行的语句块
System.out.println("--------------------------");
}
}
}
}
运行结果：
Hello world !
--------------------------
Hello World !!
--------------------------
HELLO WORLD !!!
--------------------------
数组下标越界异常
--------------------------
小结：
try 块：用于捕获异常。其后可接零个或多个catch块，如果没有catch块，则必须跟一个finally块。
catch 块：用于处理try捕获到的异常。
finally 块：无论是否捕获或处理异常，finally块里的语句都会被执行。当在try块或catch块中遇到return语句时，finally语句块将在方法返回之前被执行。在以下4种特殊情况下，finally块不会被执行：
1）在finally语句块中发生了异常。
2）在前面的代码中用了System.exit()退出程序。
3）程序所在的线程死亡。
4）关闭CPU。
3. try-catch-finally 规则：
1) try 块后可同时接 catch 和 finally 块，但至少有一个块。
2) 一个 try 块可能有多个 catch 块。Java虚拟机会依次和各个catch代码块声明的异常类型匹配，如果异常对象为某个异常类型或其子类的实例，就执行这个catch代码块，不会再执行其他的 catch代码块。
3) 可嵌套 try-catch-finally 结构。
4) 在 try-catch-finally 结构中，可重新抛出异常。
5) 除了下列情况，总将执行 finally 做为结束：JVM 过早终止（调用 System.exit(int)）；在 finally 块中抛出一个未处理的异常
4. try、catch、finally语句块的执行顺序:
1)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
2)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
3)当try内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
图示try、catch、finally语句块的执行：
4.2 抛出异常
任何Java代码都可以抛出异常，如：自己编写的代码、来自Java开发环境包中代码。无论是谁，都可以通过Java的throw语句抛出异常。
1. throws抛出异常
如果一个方法可能会出现异常，但没有能力处理这种异常，可以在方法声明处用throws子句来声明抛出异常。例如汽车在运行时可能会出现故障，汽车本身没办法处理这个故障，那就让开车的人来处理。
throws语句用在方法定义时声明该方法要抛出的异常类型，多个异常可使用逗号分割。
当方法抛出异常列表的异常时，方法将不对这些类型及其子类类型的异常作处理，而抛向调用该方法的方法，由他去处理。例如：
import java.lang.Exception;
public class TestException {
static void pop() throws NegativeArraySizeException {
// 定义方法并抛出NegativeArraySizeException异常
int[] arr = new int[-3]; // 创建数组
}
public static void main(String[] args) { // 主方法
try { // try语句处理异常信息
pop(); // 调用pop()方法
} catch (NegativeArraySizeException e) {
System.out.println("pop()方法抛出的异常");// 输出异常信息
}
}
}
使用throws关键字将异常抛给调用者后，如果调用者不想处理该异常，可以继续向上抛出，但最终要有能够处理该异常的调用者。
pop方法没有处理异常NegativeArraySizeException，而是由main函数来处理。
Throws抛出异常的规则：
1) 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。
2）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
3)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。
4)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。
例如：
void method1() throws IOException{} //合法
//编译错误，必须捕获或声明抛出IOException
void method2(){
method1();
}
//合法，声明抛出IOException
void method3()throws IOException {
method1();
}
//合法，声明抛出Exception，IOException是Exception的子类
void method4()throws Exception {
method1();
}
//合法，捕获IOException
void method5(){
try{
method1();
}catch(IOException e){…}
}
//编译错误，必须捕获或声明抛出Exception
void method6(){
try{
method1();
}catch(IOException e){throw new Exception();}
}
//合法，声明抛出Exception
void method7()throws Exception{
try{
method1();
}catch(IOException e){throw new Exception();}
}
4.3 异常链
Java这种向上传递异常信息的处理机制，形成异常链。
Java方法抛出的可查异常将依据调用栈、沿着方法调用的层次结构一直传递到具备处理能力的调用方法，最高层次到main方法为止。如果异常传递到main方法，而main不具备处理能力，也没有通过throws声明抛出该异常，将出现编译错误。
4.4 Throwable类中的常用方法
注意：catch关键字后面括号中的Exception类型的参数e。Exception就是try代码块传递给catch代码块的变量类型，e就是变量名。catch代码块中语句"e.getMessage();"用于输出错误性质。通常异常处理常用3个函数来获取异常的有关信息:
getCause()：返回抛出异常的原因。如果 cause 不存在或未知，则返回 null。
getMeage()：返回异常的消息信息。printStackTrace()：对象的堆栈跟踪输出至错误输出流，作为字段 System.err 的值。
5.Java常见异常
在Java中提供了一些异常用来描述经常发生的错误：
1. runtimeException子类，非检查:
1、 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。
2、java.lang.ArithmeticException 算术条件异常。譬如：整数除零等。
3、java.lang.NullPointerException
4、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，找不到对应名称的class文件时，抛出该异常。5、java.lang.NegativeArraySizeException 数组长度为负异常
6、java.lang.ArrayStoreException 数组中包含不兼容的值抛出的异常
7、java.lang.SecurityException 安全性异常
8、java.lang.IllegalArgumentException 非法参数异常
9、ClassCastException 类型转换异常类
10、NumberFormatException 字符串转换为数字抛出的异常
11、StringIndexOutOfBoundsException 字符串索引超出范围抛出的异常
2.检查异常
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
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
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
6.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，大体可分为以下几个步骤。
（1）创建自定义异常类。
（2）在方法中通过throw关键字抛出异常对象。
（3）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，继续进行下一步操作。
（4）在出现异常方法的调用者中捕获并处理异常。
在上面的“使用throw抛出异常”例子已经提到了。
7.最佳实践
1、不管有木有出现异常，finally块中代码都会执行；
2、当try和catch中有return时，finally仍然会执行；
3、finally是在return后面的表达式运算后执行的（此时并没有返回运算后的值，而是先把要返回的值保存起来，管finally中的代码怎么样，返回的值都不会改变，任然是之前保存的值），所以函数返回值是在finally执行前确定的；4、finally中最好不要包含return，否则程序会提前退出，覆盖掉try和cathch中的return或trow的异常。
最后给出一个小例子证明：
public static int testEx() {
int i = 1;
try {
return i+1;
} finally {
i=10;
}
}
public static void main(String[] args) {
TestException testException1 = new TestException();
int b = testEx();
System.out.println(b);
}
输出结果：2
