了解Java中的异常处理机制

昵称70680357 2020-07-01

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认识异常

目录：

一.了解异常的背景
二.掌握异常的基本用法
三.认识Java异常体系
四.学会自定义异常类

一.异常的背景
1.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

语言	方法
4788	OaTGR4nIHO
aZqqL	李亚倩
6460	2010.11.10 22-11-51

代码示例：

public class EX {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(1/0);
    }
}

运行结果：
在这里插入图片描述
数组下标越界
代码示例：

public class EX {
    public static void main(String[] args) {
       int[] array = new int[3];
        System.out.println(array[100]);
    }
}

运行结果：
在这里插入图片描述

访问 null 对象
代码示例：

public class EX {
    int num = 10;
    public static void main(String[] args) {
      EX t = null;
        System.out.println(t.num);
    }
}

运行结果：
在这里插入图片描述

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”
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.
2.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.
3.异常的好处
LBYL 风格的代码(不使用异常)
代码示例：

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)

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;
} 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.

二.异常的基本用法
1.捕获异常
基本语法

try{
    有可能出现异常的语句 ;
}catch (异常类型 异常对象) {
      处理异常
    }finally {
    异常的出口
}

try 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
代码示例：

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

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    at demo02.Test.main(Test.java:10)
after try catch

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.

关于异常的处理方式
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
我们修改了代码, 让代码抛出的是空指针异常.

int[] 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 at demo02.Test.main(Test.java:11)

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.从而after也不能正常输出.

代码示例4 catch 可以有多个

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 at demo02.Test.main(Test.java:12) 
// after try catch

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

catch (ArrayIndexOutOfBoundsException | NullPointerException e) {  
    ... 
}

代码示例5 也可以用一个 catch 捕获所有异常(不推荐）

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    at demo02.Test.main(Test.java:12)
 after try catch

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.

代码示例6 ﬁnally 表示最后的善后工作, 例如释放资源

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();
    } finally {
    System.out.println("finally code");
}
// 执行结果
// before
// java.lang.NullPointerException at demo02.Test.main(Test.java:12)
// finally code

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
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.

try (Scanner sc = new Scanner(System.in)) {   
 int num = sc.nextInt();  
 System.out.println("num = " + num); 
 } catch (Exception e) {   
    e.printStackTrace(); 
 }

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 
// at demo02.Test.func(Test.java:18) 
// at demo02.Test.main(Test.java:9)
// after try catch

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).

public static void main(String[] args) {  
         func();
         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
// at demo02.Test.func(Test.java:14)
// at demo02.Test.main(Test.java:8)

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.

2.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.
3.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) {
        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 
// 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.
4.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.

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;
}

5.关于 ﬁnally 的注意事项
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

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).

三.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:
在这里插入图片描述

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.
显式处理的方式有两种:
a) 使用 try catch 包裹起来
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

四,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.

class UserError extends Exception {   
    public UserError(String message) {    
        super(message);   
    } 
}

class PasswordError extends Exception {  
    public PasswordError(String message) {     
        super(message);   
    } 
}
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