认识和处理异常的基本

目录

1. 异常的背景

初识异常

防御式编程

异常的好处

2. 异常的基本用法

捕获异常

异常处理流程

抛出异常

异常说明

3. Java 异常体系

4. 自定义异常类

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1. 异常的背景

初识异常

我们曾经的代码中已经接触了一些 " 异常 " 了 . 例如 :

除以 0

数组下标越界

访问 null 对象

所谓异常指的就是程序在 运行时 出现错误时通知调用者的一种机制 .

关键字 "运行时"
System.out.println(10 / 0);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
int[] arr = {1, 2, 3};
System.out.println(arr[100]);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100
public class Test {
   public int num = 10;
   public static void main(String[] args) {
       Test t = null;
       System.out.println(t.num);
  }
}
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException

有些错误是这样的, 例如将 System.out.println 拼写错了, 写成了 system.out.println. 此时编译过程中就会出

错 , 这是 " 编译期 " 出错 .

而运行时指的是程序已经编译通过得到 class 文件了 , 再由 JVM 执行过程中出现的错误 .

异常的种类有很多 , 不同种类的异常具有不同的含义 , 也有不同的处理方式 .

防御式编程

错误在代码中是客观存在的 . 因此我们要让程序出现问题的时候及时通知程序猿 . 我们有两种主要的方式

LBYL : Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查 .

EAFP : It's Easier to Ask Forgiveness than Permission. " 事后获取原谅比事前获取许可更容易 ". 也就是先操作 , 遇到

问题再处理 .

异常的核心思想就是 EAFP.

异常的好处

例如 , 我们用伪代码演示一下开始一局王者荣耀的过程 .

LBYL 风格的代码 ( 不使用异常 )

boolean ret = false;
ret = 登陆游戏();
if (!ret) {
处理登陆游戏错误;
   return;
}
ret = 开始匹配();
if (!ret) {
处理匹配错误;
   return;
}
ret = 游戏确认();
if (!ret) {
处理游戏确认错误;
   return;
}

EAFP 风格的代码(使用异常)

ret = 选择英雄();
if (!ret) {
   处理选择英雄错误;
   return;
}
ret = 载入游戏画面();
if (!ret) {
处理载入游戏错误;
   return;
}
......
try {
   登陆游戏();
   开始匹配();
   游戏确认();
   选择英雄();
   载入游戏画面();
  ...
} catch (登陆游戏异常) {
   处理登陆游戏异常;
} catch (开始匹配异常) {
处理开始匹配异常;
} catch (游戏确认异常) {
处理游戏确认异常;
} catch (选择英雄异常) {
处理选择英雄异常;t
} catch (载入游戏画面异常) {
处理载入游戏画面异常;
}

对比两种不同风格的代码, 我们可以发现, 使用第一种方式, 正常流程和错误处理流程代码混在一起, 代码整体显的比较 混乱. 而第二种方式正常流程和错误流程是分离开的, 更容易理解代码.

2. 异常的基本用法

捕获异常

基本语法

t ry 代码块中放的是可能出现异常的代码 .

catch 代码块中放的是出现异常后的处理行为 .

finally 代码块中的代码用于处理善后工作 , 会在最后执行 .

其中 catch 和 finally 都可以根据情况选择加或者不加 .

代码示例 1 不处理异常

try{
有可能出现异常的语句 ;
}[catch (异常类型 异常对象) {
} ... ]
[finally {
异常的出口
}]
int[] arr = {1, 2, 3};
System.out.println("before");
System.out.println(arr[100]);
System.out.println("after");
// 执行结果
before
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100

我们发现一旦出现异常, 程序就终止了. after 没有正确输出.

代码示例 2 使用 try catch 后的程序执行过程

我们发现 , 一旦 try 中出现异常 , 那么 try 代码块中的程序就不会继续执行 , 而是交给 catch 中的代码来执行 . catch 执 行完毕会继续往下执行.

int[] arr = {1, 2, 3};
try {
   System.out.println("before");
   System.out.println(arr[100]);
   System.out.println("after");
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
   // 打印出现异常的调用栈
   e.printStackTrace();
}
System.out.println("after try catch");
// 执行结果
before
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100

关于异常的处理方

异常的种类有很多 , 我们要根据不同的业务场景来决定 .

对于比较严重的问题 ( 例如和算钱相关的场景 ), 应该让程序直接崩溃 , 防止造成更严重的后果

对于不太严重的问题 ( 大多数场景 ), 可以记录错误日志 , 并通过监控报警程序及时通知程序猿

对于可能会恢复的问题 ( 和网络相关的场景 ), 可以尝试进行重试 .

在我们当前的代码中采取的是经过简化的第二种方式 . 我们记录的错误日志是出现异常的方法调用信息 , 能很快

速的让我们找到出现异常的位置 . 以后在实际工作中我们会采取更完备的方式来记录异常信息 .

关于 " 调用栈 "

方法之间是存在相互调用关系的 , 这种调用关系我们可以用 " 调用栈 " 来描述 . 在 JVM 中有一块内存空间称为 " 虚

拟机栈 " 专门存储方法之间的调用关系 . 当代码中出现异常的时候 , 我们就可以使用 e.printStackTrace() ; 的

方式查看出现异常代码的调用栈 .

代码示例 3 catch 只能处理对应种类的异常

at demo02.Test.main(Test.java:10)
after try catchint[] arr = {1, 2, 3};
try {
   System.out.println("before");
   arr = null;
   System.out.println(arr[100]);
   System.out.println("after");
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
   e.printStackTrace();
}
System.out.println("after try catch");
// 执行结果
before
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException

我们修改了代码 , 让代码抛出的是空指针异常 .

此时 , catch 语句不能捕获到刚才的空指针异常 . 因为异常类型不匹配 .

代码示例 4 catch 可以有多个

  at demo02.Test.main(Test.java:11)
int[] arr = {1, 2, 3};
try {
   System.out.println("before");
   arr = null;
   System.out.println(arr[100]);
   System.out.println("after");
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) { System.out.println("这是个数组下标越界异常");
   e.printStackTrace();
} catch (NullPointerException e) {
   System.out.println("这是个空指针异常");
   e.printStackTrace();
}
System.out.println("after try catch");
// 执行结果
before
这是个空指针异常
java.lang.NullPointerException

一段代码可能会抛出多种不同的异常, 不同的异常有不同的处理方式. 因此可以搭配多个 catch 代码块.

如果多个异常的处理方式是完全相同 , 也可以写成这样

代码示例 5 也可以用一个 catch 捕获所有异常 ( 不推荐 )

由于 Exception 类是所有异常类的父类 . 因此可以用这个类型表示捕捉所有异常 .

备注 : catch 进行类型匹配的时候 , 不光会匹配相同类型的异常对象 , 也会捕捉目标异常类型的子类对象 .

如刚才的代码 , NullPointerException 和 ArrayIndexOutOfBoundsException 都是 Exception 的子类 , 因此都

能被捕获到 .

at demo02.Test.main(Test.java:12)
after try catch
catch (ArrayIndexOutOfBoundsException | NullPointerException e) {
...
}
int[] arr = {1, 2, 3};
try {
   System.out.println("before");
   arr = null;
   System.out.println(arr[100]);
   System.out.println("after");
} catch (Exception e) {
   e.printStackTrace();
}
System.out.println("after try catch");
// 执行结果
before
java.lang.NullPointerException

代码示例 6 finally 表示最后的善后工作 , 例如释放资源

无论是否存在异常 , finally 中的代码一定都会执行到 . 保证最终一定会执行到 Scanner 的 close 方法 .

at demo02.Test.main(Test.java:12)
after try catchint[] arr = {1, 2, 3};
try {
   System.out.println("before");
   arr = null;
   System.out.println(arr[100]);
   System.out.println("after");
} catch (Exception e) {
   e.printStackTrace();
} finally {
   System.out.println("finally code");
}
// 执行结果
before

代码示例7 使用 try 负责回收资源

刚才的代码可以有一种等价写法 , 将 Scanner 对象在 try 的 ( ) 中创建 , 就能保证在 try 执行完毕后自动调用 Scanner 的 close 方法 .

java.lang.NullPointerException
at demo02.Test.main(Test.java:12)
finally code
try (Scanner sc = new Scanner(System.in)) {
   int num = sc.nextInt();
   System.out.println("num = " + num);
} catch (Exception e) {
   e.printStackTrace();
}

小技巧

IDEA 能自动检查我们的代码风格 , 并给出一些更好的建议 .

如我们之前写的代码 , 在 try 上有一个 " 加深底色 " , 这时 IDEA 针对我们的代码提出了一些更好的建议 .

此时把光标放在 try 上悬停 , 会给出原因 . 按下 alt + enter, 会弹出一个改进方案的弹窗 . 我们选择其中的

此时我们的代码就自动被 IDEA 调整成上面的 代码示例 7 的模样

代码示例 8 如果本方法中没有合适的处理异常的方式 , 就会沿着调用栈向上传递

public static void main(String[] args) {
   try {
       func();
  } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
       e.printStackTrace();
  }
   System.out.println("after try catch");
}
public static void func() {
   int[] arr = {1, 2, 3};
   System.out.println(arr[100]);
}
// 直接结果
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100

代码示例 9 如果向上一直传递都没有合适的方法处理异常 , 最终就会交给 JVM 处理 , 程序就会异常终止 ( 和我们最开始

未使用 try catch 时是一样的 ).

at demo02.Test.func(Test.java:18)
at demo02.Test.main(Test.java:9)
after try catch
public static void main(String[] args) {
   func();System.out.println(divide(10, 0));
}
public static int divide(int x, int y) {
if (y == 0) {
throw new ArithmeticException("抛出除 0 异常");
}
return x / y;
}
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: 抛出除 0 异常

可以看到 , 程序已经异常终止了 , 没有执行到 System.out.println("after try catch") ; 这一行 .

异常处理流程

程序先执行 try 中的代码

如果 try 中的代码出现异常 , 就会结束 try 中的代码 , 看和 catch 中的异常类型是否匹配 .

如果找到匹配的异常类型 , 就会执行 catch 中的代码

如果没有找到匹配的异常类型 , 就会将异常向上传递到上层调用者 .

无论是否找到匹配的异常类型 , finally 中的代码都会被执行到 ( 在该方法结束之前执行 ).

如果上层调用者也没有处理的了异常 , 就继续向上传递 .

一直到 main 方法也没有合适的代码处理异常 , 就会交给 JVM 来进行处理 , 此时程序就会异常终止 .

抛出异常

除了 Java 内置的类会抛出一些异常之外 , 程序猿也可以手动抛出某个异常 . 使用 throw 关键字完成这个操作 .

public static void main(String[] args) {
at demo02.Test.divide(Test.java:14)
at demo02.Test.main(Test.java:9)
在这个代码中, 我们可以根据实际情况来抛出需要的异常. 在构造异常对象同时可以指定一些描述性信息.
   System.out.println("after try catch");
}
public static void func() {
   int[] arr = {1, 2, 3};
   System.out.println(arr[100]);
}
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100

异常说明

我们在处理异常的时候 , 通常希望知道这段代码中究竟会出现哪些可能的异常 .

我们可以使用 throws 关键字 , 把可能抛出的异常显式的标注在方法定义的位置 . 从而提醒调用者要注意捕获这些异常 .

at demo02.Test.func(Test.java:14)
at demo02.Test.main(Test.java:8)
public static int divide(int x, int y) throws ArithmeticException {
if (y == 0) {
throw new ArithmeticException("抛出除 0 异常");
}
return x / y;
}finally 中的代码保证一定会执行到. 这也会带来一些麻烦.
public static void main(String[] args) {
System.out.println(func());
}
public static int func() {
try {
return 10;
} finally {
return 20;
}
}
// 执行结果
20

关于 finally 的注意事项

注意 :

finally 执行的时机是在方法返回之前 (try 或者 catch 中如果有 return 会在这个 return 之前执行 finally). 但是如果

finally 中也存在 return 语句 , 那么就会执行 finally 中的 return, 从而不会执行到 try 中原有的 return.

一般我们不建议在 finally 中写 return ( 被编译器当做一个警告 ).

3. Java 异常体系

Java 内置了丰富的异常体系 , 用来表示不同情况下的异常 .

下图表示 Java 内置的异常类之间的继承关系 :

顶层类 Throwable 派生出两个重要的子类 , Error 和 Exception

其中 Error 指的是 Java 运行时内部错误和资源耗尽错误 . 应用程序不抛出此类异常 . 这种内部错误一旦出现，

除了告知用户并使程序终止之外 , 再无能无力 . 这种情况很少出现 .

Exception 是我们程序猿所使用的异常类的父类 .

其中 Exception 有一个子类称为 RuntimeException , 这里面又派生出很多我们常见的异常类

NullPointerException , IndexOutOfBoundsException 等 .

Java 语言规范将派生于 Error 类或 RuntimeException 类的所有异常称为 非受查异常 , 所有的其他异常称为 受查 异常 .

如果一段代码可能抛出 受查异常 , 那么必须显式进行处理 .

public static void main(String[] args) {
System.out.println(readFile());
}
public static String readFile() {
// 尝试打开文件, 并读其中的一行.
File file = new File("d:/test.txt");
// 使用文件对象构造 Scanner 对象.
Scanner sc = new Scanner(file);
return sc.nextLine();
}
// 编译出错
Error:(13, 22) java: 未报告的异常错误java.io.FileNotFoundException; 必须对其进行捕获或声明以便抛出
查看 Scanner 的构造方法可以发现, 存在 FileNotFoundException 这样的异常说明.
public Scanner(File source) throws FileNotFoundException {
...
}

如 FileNotFoundException 这样的异常就是受查异常 . 如果不显式处理 , 编译无法通过 .

显式处理的方式有两种 :

a) 使用 try catch 包裹起来

public static void main(String[] args) {
System.out.println(readFile());
}
public static String readFile() {
File file = new File("d:/test.txt");
Scanner sc = null;
try {
sc = new Scanner(file);
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
return sc.nextLine();
}

b) 在方法上加上异常说明 , 相当于将处理动作交给上级调用者

public static void main(String[] args) {
try {
System.out.println(readFile());
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static String readFile() throws FileNotFoundException {
File file = new File("d:/test.txt");
Scanner sc = new Scanner(file);
return sc.nextLine();
}

别忘了 IDEA 神奇的 alt + enter, 能够快速修正代码 .

4. 自定义异常类

Java 中虽然已经内置了丰富的异常类 , 但是我们实际场景中可能还有一些情况需要我们对异常类进行扩展 , 创建符合我

们实际情况的异常 .

例如 , 我们实现一个用户登陆功能 .

public class Test {
private static String userName = "admin";
private static String password = "123456";
public static void main(String[] args) {
login("admin", "123456");
}
public static void login(String userName, String password) {
if (!Test.userName.equals(userName)) {
// TODO 处理用户名错误
}
if (!Test.password.equals(password)) {
// TODO 处理密码错误
}
System.out.println("登陆成功");
}
}

此时我们在处理用户名密码错误的时候可能就需要抛出两种异常 . 我们可以基于已有的异常类进行扩展 ( 继承 ), 创建和

我们业务相关的异常类 .

class UserError extends Exception {
public UserError(String message) {
super(message);
}
}
class PasswordError extends Exception {
public PasswordError(String message) {
super(message);
}
}
此时我们的 login 代码可以改成
public static void main(String[] args) {
try {
login("admin", "123456");
} catch (UserError userError) {
userError.printStackTrace();
} catch (PasswordError passwordError) {
passwordError.printStackTrace();
}
}
public static void login(String userName, String password) throws UserError,
PasswordError {
if (!Test.userName.equals(userName)) {
throw new UserError("用户名错误");
}
if (!Test.password.equals(password)) {
throw new PasswordError("密码错误");
}
System.out.println("登陆成功");
}

注意事项

自定义异常通常会继承自 Exception 或者 RuntimeException

继承自 Exception 的异常默认是受查异常

继承自 RuntimeException 的异常默认是非受查异常 .