1. Java异常概述与异常体系结构

在使用计算机语言进行项目开发的过程中，即使程序员把代码斜的尽善尽美，在系统运行过程中仍然会遇到一些问题，因为很多问题不是靠代码能够避免的，比如：客户输入数据的格式、读取文件是否存在、网络是否保持通畅等。

异常：在Java语言中，将程序执行中发生的不正常情况称为“异常”但注意开发中的语法错误和逻辑错误不是异常。Java在执行过程中所发生的异常分为两类：

  • Error：Java虚拟机无法解决的严重问题。如：JVM系统内部错误、资源耗尽等严重情况。比如：StackOverflow和OOM。一般不编写针对性的代码进行处理。

  • Exception：其它因为编程错误或偶然的外在因素导致的一般性问题，可以使用针对性的代码进行处理。例如：

    • 空指针访问
    • 试图读取不存在的文件
    • 网络连接中断
    • 数组角标越界

栈溢出：

public class ErrorTest {
    public static void main(String[] args) {
        main(args);// 栈溢出StackOverflowError
    }
}

堆溢出：

public class ErrorTest {
    public static void main(String[] args) {
        Integer[] arr = new Integer[1024 * 1024 * 1024];// OOM:OutOfMemoryError
    }
}
  • 对于这些错误，一般有两种解决办法：一是遇到错误就终止程序的运行。另一种方法是由程序员在编写程序时，就考虑到错误的检测、错误消息的提示，以及错误的处理。

  • 捕获错误最理想的是在编译期间，但有的错误只在运行时才会发生。比如：除数为0，数组下标越界等

    • 编译时异常
    • 运行时异常

Java中定义的异常体系

图中：蓝色代表“非受检异常”，即编译过程中就可发现，红色代表“受检异常”，即运行时才会发生

2. 常见异常举例

2.1 空指针异常

public void test1() {
    int[] arr = null;
    System.out.println(arr[3]);
  
  
    String str = "abc";
    str = null;
    System.out.println(str.charAt(0));
    
}
NullPointerException往往由于直接引用了值为null的变量

2.2 角标越界

public void test2() {
    int[] arr = new int[10];
    System.out.println(arr[10]);// ArrayIndexOutOfbounds
        String str = "abc";
    System.out.println(str.charAt(5));// StringIndexOutOfbounds
}
角标越界异常分为ArrayIndexOutOfbounds和StringIndexOutOfbounds，分别代表使用数组和字符串时使用了超出索引范围的元素后产生的异常。

2.3 类型转换异常

public void test3() {
    Object obj = new Date();
    String str = (String) obj;
}
ClassCastException往往发生在强制类型转换时

2.4 数值转换异常

public void test4() {
    String str = "abc";
    int a = Integer.parseInt(str);// NumberFormatException
}
使用基本数据类型包装类将字符串转换为对应基本数据类型时，若字符串中包含非法字符，则会产生NumberFormatException异常

2.5 输入不匹配异常

public void test5() {
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    int score = scanner.nextInt();// 输入字符串后会产生InputMismatchException异常
    System.out.println(score);
}
当需要从键盘输入信息时，若输入信息与当前读取的信息不匹配，则会产生InputMismatchException异常

3. 异常处理机制

在编写程序时，经常要在可能出现错误的地方加上检测的代码，如进行x/y运算时，要检测分母为0，数据为空。输入的不是数据而是字符等。过多的if-else分支会导致程序的代码加长、臃肿、可读性差，因此采用异常处理机制。

3.1 Java异常处理

Java采用的异常处理机制，是将异常处理的程序代码集中在一起，与正常的程序代码分开，使得程序简介、优雅并易于维护。

  • Java采用了抓抛模型进行异常处理

    • 抓：可以理解为异常的处理方式：try-catch-finally、throws
    • 抛：程序在执行过程中，一旦出现异常，就会在异常代码处生成一个对应异常类的对象，并将此对象抛出，一旦抛出对象以后，其后代吗就不再执行。
  • Java程序的执行过程中如果出现异常，会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，这个过程称为抛出（throw）异常。

  • 异常对象的生成

    • 由虚拟机自动生成：程序运行过程中，虚拟机检测到程序发生了问题，如果在当前代码中没有找到相应的处理程序，就会在后台自动创建一个对应异常类的实例对象并抛出——自动抛出
    • 由开发人员手动创建：Exception exception - new ClassCastException();，创建好的异常对象不抛出对程序没有任何影响，和创建一个普通对象一样。

3.2 try-catch-finally的使用

基本格式：

try{
    //可能出现异常的代码
} catch (异常类型1 变量名1) {
    // 处理异常的方式1
} catch (异常类型2 变量名2) {
    // 处理异常的方式2
} catch (异常类型3 变量名3) {
    // 处理异常的方式3
} catch (异常类型4 变量名4) {
    // 处理异常的方式4
}
......
finally{
    // 一定会执行的代码
}

说明：

  • finally是可选的
  • 使用try将可能出现异常的代码包装起来，一旦出现异常，就会生成对应的一场对象，根据此对象的类型，去catch中进行匹配
  • 一旦try中的异常对象匹配到某一个catch时，就进入catch中进行异常处理，一旦处理完成，就跳出当前try-catch结构（在没有finally的情况下），继续执行其后的代码。
  • catch中的异常类型如果没有子父类关系，则声明的前后顺序无所谓，如果满足父子类关系，则要求子类异常一定要声明在父类只上，否则会报错

  • 常用的异常对象处理方式：

    • getMessage();
    • printStackTrace()
  • 在try结构中声明的变量，出了try结构后不能调用，解决办法为声明放在外面，在try中进行使用
public class ExceptionTest1 {
    @Test
    public void test1() {
        String str = "abc";
        try {
            int a = Integer.parseInt(str);// NumberFormatException
            System.out.println("异常发生后的代码1");
        } catch (NumberFormatException e) {
            System.out.println("出现数值转换异常");
        }
        System.out.println("异常发生后的代码2");
    }
}

运行结果：

出现数值转换异常
异常发生后的代码2

finally的使用：

  • finally中声明的是一定会被执行的代码，即使catch中又出现异常时、try中有return语句、catch中有return语句等情况。
  • 像数据库连接、输入输出流、网络编程Socket等资源，JVM是不能自动回收的，我们需要自己手动进行资源释放、此时的资源释放代码就要放在finally中
    public void test1() {
        try {
            int a = 10;
            int b = 0;
            System.out.println(a / b);
        } catch (ArithmeticException e) {
            int[] arr = new int[10];
            System.out.println(arr[10]);// 此处出现其他异常
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println("这是一定会执行的代码");
        }
    }

运行结果：

这是一定会执行的代码

即使catch中又出现异常、try中有return语句、catch中有return语句，finally中的代码仍然会执行

public void test2(){
    FileInputStream fis = null;
    try {
        File file = new File("hello1.txt");
        fis = new FileInputStream(file);
  
        int data = fis.read();
        while(data != -1){
            System.out.print((char)data);
            data = fis.read();
        }
    } catch (FileNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }finally{
        try {
            if(fis != null)
                fis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

此处在finally中对IO进行了关闭操作，同时要注意关闭操作时要防止产生空指针异常

注意点：

  • 使用try-catch-finally结构处理编译时异常，使得程序在编译时不再报错，但是运行时仍然可能报错，相当于我们使用该结构将一个编译时可能出现的异常延迟到运行时出现
  • 由于运行时异常比较常见，所以我们通常不针对运行时异常编写try-catch-finally，针对编译时异常，则一定要考虑异常处理。

3.3 throws的使用

基本格式：throws 异常类型

说明：

  • throws 异常类型写法在方法的声明处指明此方法在执行时可能抛出的异常类型，一旦方法体执行时出现异常，仍会在异常代码处生成一个异常类的对象，此对象满足throws后的异常类型时，就会被抛出。
  • try-catch-finally方式才是真正处理了异常，而throws只是把异常抛给了调用者，并没有真正处理异常。
  • 子类重写的方法抛出的异常类型不大于父类被重写的方法抛出的异常类型
public class ExceptionTest2 {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            method2();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
  
        method3();
    }
  
    public static void method3() {
        try {
            method2();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void method2() throws FileNotFoundException, IOException {
        method1();
    }

    public static void method1() throws FileNotFoundException, IOException {
        File file = new File("hello.txt");
        FileInputStream fis = new FileInputStream(file);

        int data = fis.read();
        while (data != -1) {
            System.out.println((char) data);
            data = fis.read();
        }

        fis.close();
    }
}

3.4 如何选择异常处理方式

  • 如果父类中被重写的方法没有抛出异常，则子类重写的方法也不能抛出异常，意味着必须使用try-catch-finally的方式处理
  • 执行的方法中先后调用了其它方法，这些方法是递进关系，那么建议这几个方法使用throws的方式进行处理，而执行这些方法的方法可以考虑使用try-catch-finally方式进行

4. 手动抛出异常

上文中讲到的都是系统自动产生异常对象，而Java还提供了throw方式供我们手动生成并抛出异常对象。

public class StudentTest {
    public static void main(String[] args) {
        Student s = new Student();
        try {
            s.regist(-1001);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class Student {
    int id;

    public void regist(int id) throws Exception{
        if(id > 0) {
            this.id = id;
        }else {
            // 手动抛出异常对象
            throw new Exception("您输入的数据非法!");
        }
    }
}
一般我们会手动抛出Exception或RunTimeException，抛出Exception后，需要在调用出对异常进行处理

5. 自定义异常

自定义过程：

  1. 继承于现有异常类：RuntimeException、Exception
  2. 提供一个全局静态常量serialVersionUID，用于唯一标识此类
  3. 提供构造方法
public class MyException extends RuntimeException {
    static final long serialVersionUID = -7034897190745766939L;

    public MyException() {

    }

    public MyException(String msg) {
        super(msg);
    }
}
自定义异常的使用和其他异常一样，如果需要手动产生，当自定义异常直接继承自Exception时，调用者需要进行异常处理，如果继承自RuntimeException，则可以选择性处理。
最后修改：2021 年 03 月 18 日
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