《Java基础知识》Java异常处理详解
1. Java 中的异常
前言：Java 中的异常处理是处理程序运行错误时的强大机制之一，它可以保证应用程序的正常流程。
首先我们将了解java异常、异常的类型以及受查和非受查异常之间的区别。
1.1 什么是异常？
字面意义：异常是一种不正常的情况。
在 java 中，异常是扰乱程序正常流程的事件，它是在程序运行时抛出的对象。
1.2 什么是异常处理？
异常处理一种在运行时解决程序错误的机制，例如 ClassNotFound、IO、SQL、Remote 等。
1.2.1 异常处理的优势
异常通常会干扰程序的正常流程，而异常处理的核心优势是维护程序的正常流程。现在让我们假设一下：
statement 1; statement 2; statement 3; statement 4; statement 5;//发生异常 statement 6; statement 7; statement 8; statement 9; statement 10;
假设你的程序中有10条语句，如果在第5条中出现了一个异常，那么语句6-10将不会继续执行。如果你使用了异常处理，那么语句6-10的部分将正常执行，这就是我们为什么需要在程序中使用异常处理的原因。
1.3 Java 异常类的层次结构
1.4 异常类型
主要有两种类型的异常：受查和非受查异常，Error被视为非受查异常。Sun公司认为有三种异常类型：
- 受查异常（Checked Exception）
- 非受查异常（UnChecked Exception）
- 错误（Error）
1.5 受查和非受查异常之间的区别
1）受查异常
除了RuntimeException和Error外，继承自Throwable类的类称为受查异常，例如：IOException、SQLException 等。受查异常在编译时进行检查。
常见的有以下几个方面：
- 试图在文件尾部后面读取数据
- 试图打开一个不存在的文件
- 试图根据给定的字符串查找Class对象，而这个字符串表示的类并不存在
2）非受查异常
继承自RuntimeException类的异常被称为非受查异常，例如：ArithmeticException、 NullPointerException、 ArrayIndexOutOfBoundsException 等。非受查异常不会在编译时检查，而是在运行时进行检查。
常见的有以下几个方面：
- 错误的类型转换
- 数组访问越界
- 访问null指针
“如果出现了RuntimeException异常，那么一定是你自身的问题”，是一条相当有道理的规则。
3）错误（Error）
错误是一种无法恢复的异常类型，通常是在java运行时系统的内部错误和资源耗尽错误。应用程序不应该抛出这种类型的对象。如果出现了这样的内部错误，除了通告给用户，并尽力的使得程序安全的终止之外，再也无能为力了。这种情况很少出现。
1.6 可能出现异常的常见场景
在某些情况下，可能出现未检查的异常，它们如下：
1）发生ArithmeticException的场景
如果我们将任何数字除以0，就会出现一个 ArithmeticException 异常。
int a = 50/0;//ArithmeticException 2）发生NullPointerException的场景
如果变量的值为null，那么调用此变量将会出现 NullPointerException 异常。
String s = null;
System.out.println(s.length());//NullPointerException 3）发生NumberFormatException的场景
任何值的格式错误，都有肯能发生 NumberFormatException 异常。假设一个字符串变量，其中包含了字符，若将此变量转换为数字类型，将会发生 NumberFormatException 异常。
String s = "abc";
int i = Integer.parseInt(s);//NumberFormatException4）发生ArrayIndexOutOfBoundsException的场景
如果你在一个不存在的的数组索引中插入任何值，则会导致 ArrayIndexOutOfBoundsException 异常。
int a[] = new int[5];
a[10] = 50; //ArrayIndexOutOfBoundsException 1.7 Java 异常处理关键字
下面是 Java 异常处理中的5个关键字：
try、catch、finally、throw、throws
1.8 创建自定义异常类
在程序中，可能会遇到任何标准异常类都没有能够充分地描述清楚的问题。在这种情况下，创建自己的异常类就是一件顺理成章的事情了。我们需要做的只是定义一个派生于 Exception 的类，或者派生于 Exception 子类的类。例如，定义一个派生于 IOException 的类。
习惯上，定义的类应该包含两个构造器，一个是默认构造器，一个是描述详细信息的的构造器（超类 Throwable 的 toString 方法将会打印出这些详细信息，这在调试中非常有用。）
示例如下：
class FileFormatException extends IOException { public FileFormatException() {} public FileFormatException(String gripe) { super(gripe); } }
String readData(BufferedReader in) throws FileFormatException { ... while (...) { // EOF encountered if (ch == -1) { if (n < len) throw new FileFormatException(); } ... } return s; }
2. Java try-catch
将可能发生异常的代码放在try块中，且必须在方法中才能使用。try 块后必须使用catch块或finally块。
2.1 Java try 块
1）try-catch 语法
try{ // 可能抛出异常的代码 }catch(Exception_class_Name ref){}
2）try-finally 语法
try{ // 可能抛出异常的代码 }finally{}
2.2 Java catch 块
Java catch块被用于处理异常，必须在try块后使用。
你可以在一个try块后使用多个catch块
2.3 未使用异常处理的问题
如果我们不使用try-catch处理异常，看看会发生什么。
public class Testtrycatch1 { public static void main(String args[]) { int data=50/0;// 可能抛出异常 System.out.println("代码的其余部分..."); } }
运行结果：
如上面的示例所示，代码的其余部分并没有执行。（"代码的其余部分..."未打印）
2.4 使用异常处理解决问题
让我们通过try-catch块来查看上述问题的解决方案。
public class Testtrycatch2 { public static void main(String args[]) { try { int data = 50/0; } catch(ArithmeticException e) { System.out.println(e); } System.out.println("代码的其余部分..."); } }
运行结果：
现在，正如上面的示例所示，代码的其余部分执行了.（也就是"代码的其余部分..."被打印）
Java 虚拟机首先检查异常是否被处理，如果异常未处理，则执行的一个默认的异常处理程序：
- 打印异常描述
- 打印堆栈跟踪（异常发生方法的层次结构）
- 终止程序
如果程序员处理了异常，则应用程序按照正常流程执行。
3. 使用多个 catch 块
如果需要在发生不同异常时执行不同的任务，则需要使用多个 catch 块。
查看下面一个简单的多 catch 块示例。
public class TestMultipleCatchBlock{ public static void main(String args[]) { try{ int a[] = new int[5]; a[5] = 30/0; } catch(ArithmeticException e) { System.out.println("任务1已完成"); } catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) { System.out.println("任务2已完成"); } catch(Exception e) { System.out.println("已完成通用任务"); } System.out.println("代码的其余部分..."); } }
输出：
规则：一次只有一个异常发生，并且一次只执行一个catch块。
规则： 所有异常必须从最具体到最通用的顺序排序，即捕获ArithmeticException必须在捕获Exception之前发生。
class TestMultipleCatchBlock1 { public static void main(String args[]) { try{ int a[]=new int[5]; a[5]=30/0; } catch(Exception e) { System.out.println("已完成通用任务"); } catch(ArithmeticException e) { System.out.println("任务1已完成"); } catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) { System.out.println("任务2已完成"); } System.out.println("代码的其余部分..."); } }
编译报错。
4. Java 嵌套 try 块
Java try块中的try块被称为try嵌套块。
4.1 为什么使用 try 嵌套块？
有时可能会出现一种情况，一个块的某个部分可能导致一个错误，而整个块的本身可能会导致另一个错误。在这种情况下，必须使用嵌套异常处理程序。
语法:
.... try { statement 1; statement 2; try { statement 1; statement 2; } catch(Exception e) { ... } } catch(Exception e) {...} ....
4.2 Java try 嵌套块示例
class Excep6 { public static void main(String args[]) { try { // try 嵌套块1 try { System.out.println("try 嵌套块1"); int b = 39 / 0; } catch(ArithmeticException e) { System.out.println(e); } // try 嵌套块2 try { int a[] = new int[5]; a[5] = 4; } catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) { System.out.println(e); } System.out.println("try外部块其他语句..."); } catch(Exception e) { System.out.println("handeled"); } System.out.println("正常流..."); } }
输出：
5. Java finally 块
Java finally 块是用来执行重要代码的块（如关闭连接、流等）。
无论是否处理异常，最终都会执行 finally 块。
finally 块紧跟 try 或 catch 块后
注意：无论你是否处理异常，在终止程序之前，JVM都将执行finally块（如果存在的话）
5.1 为什么要使用 finally 块
finally 块可以用于放置"clear"代码，例如关闭文件，关闭连接等。
5.2 使用 finally 块案例
接下来让我们来看看在不同情况下使用 finally 块。
案例：
public class TestFinallyBlock2 { public static void main(String args[]) { try { int data = 25 / 0; System.out.println(data); } catch(ArithmeticException e) { System.out.println(e); } finally { System.out.println("finally 块总是执行"); } System.out.println("代码的其余部分..."); } }
输出：
规则：对于 try 块可以有0个或多个 catch 块，但仅仅只能有一个 finally 块。
规则：如果程序退出（通过调用 System.exit() 或通过导致进程中止的致命错误），finally块将不会被执行。
6. Java 抛出异常
6.1 Java throw 关键字
Java throw 关键字用于显示的抛出异常。
我们可以使用 throw 关键字在 Java 中抛出检查(Checked)或未检查(UnChecked)异常。throw 关键字主要用于抛出自定义异常。
Java throw 语法如下：
throw exception; 抛出IOException异常的例子：
throw new IOException("sorry device error"); 6.2 Java throw 示例
在本例中，我们创建了一个将整数值作为参数的 validate 方法。如果年龄小于18岁，我们将抛出一个ArithmeticException异常，否则打印一条消息"欢迎投票"。
public class TestThrow1 { static void validate(int age) { if(age < 18) throw new ArithmeticException("无效"); else System.out.println("欢迎投票"); } public static void main(String args[]) { validate(13); System.out.println("代码的其余部分..."); } }
运行结果：
7. Java 异常传递
异常首先从堆栈顶部抛出，如果未捕获，则将调用堆栈下降到前一个方法，如果没有捕获，则将异常再次下降到先前的方法，以此类推，知道它们被捕获或到达调用堆栈底部为止。以上称为异常传递。
规则：默认情况下，非受查异常在调用链中（传递）转发。
异常传递示例：
class TestExceptionPropagation1 { void m(){ int data = 50 / 0; } void n() { m(); } void p() { try{ n(); } catch(Exception e) { System.out.println("异常处理器"); } } public static void main(String args[]) { TestExceptionPropagation1 obj = new TestExceptionPropagation1(); obj.p(); System.out.println("正常流..."); } }
运行结果：
在上面的示例中。异常发生在 m() 方法中，如果未对其进行处理，则将其传递到未处理它的前 n() 方法，再次将其传递到处理异常的 p() 方法。
可以在 main()、p()、n()、p()、 m() 中的任何方法中处理异常。
规则：默认情况下，受查异常不会在调用链中（传递）转发。
用于描述受查异常不会在程序中传递的示例：
class TestExceptionPropagation2{ void m(){ throw new java.io.IOException("设备异常"); // 受查异常 } void n(){ m(); } void p(){ try{ n(); } catch(Exception e){ System.out.println("异常处理器"); } } public static void main(String args[]){ TestExceptionPropagation2 obj=new TestExceptionPropagation2(); obj.p(); System.out.println("正常流..."); } }
编译报错
8. Java throws 关键字
Java throws 关键字被用于声明一个异常。它给程序员提供了一个信息，说明可能会发生异常，所以程序员最好提供异常处理代码，以保证程序正常的流程。
异常处理主要用于处理受查异常，如果出现任何非受查异常，如"NullPointerException"，都是程序员自身的错误，请认真检查你的代码。
8.1 Java throws 语法
return_type method_name() throws exception_class_name { // method code }
8.2 应该声明哪个异常？
仅仅声明受查异常，因为：
- 非受查异常：程序员应该更正代码以确保代码正确无误。
- Error：无法控制，如果出现了
VirtualMachineError或StackOverflowError等异常，将无法进行任何操作。
8.3 Java throws 优势
使用 throws 声明受查异常后，使得受查异常可以在调用堆栈中进行（传递）转发。它向处理该异常的方法提供异常信息。
8.4 Java throws 示例
下面的示例描述了受查异常可以通过throws关键字进行传递：
import java.io.IOException; class Testthrows1{ void m() throws IOException{ throw new IOException("设备异常"); // 受查异常 } void n()throws IOException{ m(); } void p(){ try{ n(); } catch(Exception e){ System.out.println("异常处理器"); } } public static void main(String args[]){ Testthrows1 obj=new Testthrows1(); obj.p(); System.out.println("正常流..."); } }
运行结果：
规则：如果你正在调用一个声明了异常的方法，则必须捕获或声明异常。
现在有两种情况：
- 情况1：你遇到了一个异常，使用 try-catch 处理了异常。
- 情况2：你声明了异常，使用方法指定抛出。
1) 情况1：处理了异常
- 在这种情况下，如果你处理了异常，则不管程序是否出现了异常，程序都将继续执行。
import java.io.*; class M{ void method() throws IOException{ throw new IOException("设备异常"); } } public class Testthrows2{ public static void main(String args[]){ try{ M m = new M(); m.method(); } catch(Exception e){ System.out.println("异常处理器"); } System.out.println("正常流..."); } }
运行结果：
2) 情况2：声明了异常
- A）如果声明了异常，但代码未出现异常，程序将正常执行。
- B）如果声明了异常且发生了异常，则在运行时抛出异常，因为程序会抛出不处理的异常。
A）声明了异常但未发生异常：
import java.io.*; class M{ void method()throws IOException{ System.out.println("执行设备操作"); } } class Testthrows3{ public static void main(String args[])throws IOException{ // 声明了异常 M m=new M(); m.method(); System.out.println("正常流..."); } }
运行结果：
B）声明了异常且发生了异常：
import java.io.*; class M{ void method()throws IOException{ throw new IOException("设备错误"); } } class Testthrows4{ public static void main(String args[])throws IOException{ // 声明了异常 M m=new M(); m.method(); System.out.println("正常流..."); } }
运行结果：
8.5 throw 与 throws 区别
| No. | throw | throws |
|---|---|---|
| 1) | Java throw 关键字用于显示的抛出异常 | Java throws 关键字用于声明一个异常 |
| 2) | 受查异常不能只使用 throw 进行传递 | 受查异常可以通过 throws 进行传递 |
| 3) | Throw 后面跟着一个异常实例 | Throws 后面跟着一个异常类 |
| 4) | 在方法中使用 Throw | Throws 与方法签名一起使用 |
| 5) | 你不能抛出多个异常 | 你可以声明多个异常，例如public void method() throws IOException,SQLException |
1）Java throw 示例：
void m(){ throw new ArithmeticException("sorry"); }
2）Java throws 示例：
void m()throws ArithmeticException{ // method code }
3）Java throw 和 throws 示例：
void m()throws ArithmeticException{ throw new ArithmeticException("sorry"); }
10. 异常处理方法的重写
关于重写异常处理方法的规则如下：
- 超类方法没有声明异常：
如果超类方法没有声明异常，则子类重写方法不能声明受查异常，但可以声明非受查异常。 - 超类方法声明了异常：
如果超类方法声明了异常，则子类重写方法可以声明与超类方法相同的异常，也可以不声明异常。若父类方法声明父类异常，子类重写方法声明子类异常也可以，反之不可以。
1）如果超类方法没有声明异常
超类方法未声明异常，子类重写方法声明受查异常的示例：
import java.io.*; class Parent{ void msg(){ System.out.println("parent"); } } class TestExceptionChild extends Parent{ void msg() throws IOException{ System.out.println("Child"); } public static void main(String args[]){ Parent p = new TestExceptionChild(); p.msg(); } }
编译报错
超类方法未声明异常，子类重写方法声明非受查异常的示例：
import java.io.*; class Parent{ void msg(){ System.out.println("parent"); } } class TestExceptionChild1 extends Parent{ void msg() throws ArithmeticException{ System.out.println("child"); } public static void main(String args[]){ Parent p = new TestExceptionChild1(); p.msg(); } }
运行结果：
2）如果超类方法声明了异常
A）超类方法声明了异常，子类重写方法声明不相同父类异常的示例：
import java.io.*; class Parent{ // 声明了子类异常 void msg() throws ArithmeticException{ System.out.println("parent"); } } class TestExceptionChild2 extends Parent{ // 声明了父类异常 void msg() throws Exception{ System.out.println("child"); } public static void main(String args[]){ Parent p = new TestExceptionChild2(); try{ p.msg(); } catch(Exception e){ } } }
运行结果：
编译报错
B）超类方法声明了异常，子类重写方法声明相同异常的示例：
import java.io.*; class Parent{ void msg()throws Exception{ System.out.println("parent"); } } class TestExceptionChild3 extends Parent{ void msg()throws Exception{ System.out.println("child"); } public static void main(String args[]){ Parent p=new TestExceptionChild3(); try{ p.msg(); } catch(Exception e){ } } }
运行结果：
C）超类方法声明了异常，子类重写方法声明不相同子类异常的示例：
import java.io.*; class Parent{ // 声明了父类异常 void msg()throws Exception{ System.out.println("parent"); } } class TestExceptionChild4 extends Parent{ // 声明了子类异常 void msg()throws ArithmeticException{ System.out.println("child"); } public static void main(String args[]){ Parent p=new TestExceptionChild4(); try{ p.msg(); } catch(Exception e){ } } }
运行结果：
D）超类方法声明了异常，子类重写方法未声明异常的示例：
import java.io.*; class Parent{ void msg()throws Exception{ System.out.println("parent"); } } class TestExceptionChild5 extends Parent{ void msg(){ System.out.println("child"); } public static void main(String args[]){ Parent p=new TestExceptionChild5(); try{ p.msg(); } catch(Exception e){ } } }
运行结果：
注意点：
- 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。
