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标准Java异常

新特性：更好的NullPointerException报告机制

使用finally执行清理

finally有什么用

在return时使用finally

缺陷：异常丢失

异常的约束

构造器

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本笔记参考自： 《On Java 中文版》

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标准Java异常

        Throwable类描述了任何可能抛出异常的事物，它有两个常用的子类：

• Error：表示编译时错误和系统错误。
• Exception：是一个基本类型，可从任何标准的Java库方法、自定义方法及运行事故中抛出。

        很显然，作为Java程序员，我们会更加关心Exception。

        对异常的理解和处理是较为重要的部分（与了解各种异常相比）。基本的思路是，异常的名字代表着所发生的问题。因此，异常的名字应该是浅显易懂的。

    异常并不全部来自java.lang。有些异常是为不同的库设计的，这一点可以从他们的全限定类名或基类看出。

特例：RuntimeException（非检查型异常）

        有这么一组异常，它们总是会被Java自动抛出，而不需要程序员将它们包含在任何异常说明之中。这种异常都被放在了RuntimeException这一基类之下。

    这就是一个继承的完美示例。

||| RuntimeException：表示编程错误，它包括：

• 无法预料的错误，比如在我们控制之外的null引用。
• 作为程序员，应该在代码中检查的错误（例如ArrayIndexOutOfBoundsException，这表示我们的数组大小可能出现问题）。

        注意：在一个地方发现的异常，往往也可能成为另一个地方的问题。

        正如之前所说，RuntimeException及其子类不需要异常说明，这类异常也被称为“非检查型异常”（它们指出的是bug。若必须检查，代码会变得十分复杂）。不过，尽管我们一般不会捕捉RuntimeException，但我们可以有选择地抛出一个RuntimeException。

        若不捕捉这类异常，RuntimeException就可能逐层返回，知道到达main()方法：

【例子：若不捕捉RuntimeException】

public class NeverCaught {
    static void f() {
        throw new RuntimeException("来自f()");
    }

    static void g() {
        f();
    }

    public static void main(String[] args) {
        g();
    }
}

        程序执行的结果是：

        若一个RuntimeException没有被捕获，关于这个异常的printStackTrace()会在程序结束时被调用。这就体现出了RuntimeException（及其子类）的特殊性，这类异常不会被要求写入异常说明，它们的输出将被报告给System.err。

    只有RuntimeException（及其子类）类型的异常可被忽略，编译器会强制实施对所有检查型异常的处理。

新特性：更好的NullPointerException报告机制

        在JDK 15之前，NullPointerException能够报告的信息并不多。

【例子：NullPointerException的报错】

package exceptions;

class A {
    String s;

    A(String s) {
        this.s = s;
    }
}

class B {
    A a;

    B(A a) {
        this.a = a;
    }
}

class C {
    B b;

    C(B b) {
        this.b = b;
    }
}

public class BetterNullPointerReports {
    public static void main(String[] args) {
        C[] ca = {
                new C(new B(new A(null))),
                new C(new B(null)),
                new C(null),
        };

        for (C c : ca) {
            try {
                System.out.println(c.b.a.s);
            } catch (NullPointerException npe) {
                System.out.println(npe);
            }
        }
    }
}

        若是在JDK 11的环境中运行，会得到如下的结果：

        但若是在JDK 15或更高版本中运行，则会显示：

更多的信息有助于我们理解和处理这些异常。

使用finally执行清理

        我们可能会需要手动进行一些清理操作，这种操作通常是内存恢复之外的动作，因为内存会由垃圾收集器处理。在这种情况下，我们可能会希望：无论try块是否抛出异常，都会有一段代码必须执行。

        为此，可以在所有的异常处理程序的末尾添加一个finally子句：

try {
    // 被守护区域
} catch(A a1) {
    // 情况A的处理程序
} catch(B b1) {
    // 情况B的处理程序
} finally {
    // 不管哪种情况都会执行的活动
}

【例子：添加了finally的异常处理】

class ThreeException extends Exception {
}

public class FinallyWorks {
    static int count = 0;

    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            try {
                if (count++ == 0) // 使用后缀++，第一次的结果就是0
                    throw new ThreeException();
                System.out.println("没有异常");
            } catch (ThreeException e) {
                System.out.println("ThreeException");
            } finally {
                System.out.println("在finally子句中");
                if (count == 2) // 跳出循环
                    break;
            }
        }
    }
}

        程序执行的结果是：

        有输出可知，无论是否抛出异常，finally子句都会执行。并且，Java中的异常不会允许我们回退到异常抛出的地方。

finally有什么用

        若语言没有垃圾收集，并且不会自动调用析构函数，那么finally就需要确保内存的释放。但Java并不需要这一功能。对Java而言，finally主要用于清理内存之外的某些东西。

        为了演示finally的作用，首先创建一个需要使用的组件：

public class PnOffSwitch {
    private static Switch sw = new Switch();

    public static void f()
            throws OnOffException1, OnOffException2 {
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            sw.on();

            // 可能抛出异常的代码...
            f();

            sw.off();
        } catch (OnOffException1 e) {
            System.out.println("OnOffException1");
            sw.off();
        } catch (OnOffException2 e) {
            System.out.println("OnOffException1");
            sw.off();
        }
    }
}

        两个需要使用的异常：

        若不使用finally，一般情况下我们会这样进行异常处理：

public class OnOffSwitch {
    private static Switch sw = new Switch();

    public static void f()
            throws OnOffException1, OnOffException2 {
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            sw.on();

            // 可能抛出异常的代码...
            f();

            sw.off();
        } catch (OnOffException1 e) {
            System.out.println("OnOffException1");
            sw.off();
        } catch (OnOffException2 e) {
            System.out.println("OnOffException1");
            sw.off();
        }
    }
}

        当程序结束时，我们要求sw处于关闭状态。因此每个catch子句的末尾都添加了sw.off()。但程序还有可能抛出某个没有在这里被捕获的异常，这种情况会导致sw.off()被忽略。因此finally就有了用武之地，可以把try块中的清理工作都放在这里：

【例子：finally的清理】

public class WithFinally {
    static Switch sw = new Switch();

    public static void main(String[] args) {
        try {
            sw.on();

            // 可能抛出异常的代码...
            OnOffSwitch.f();
        } catch (OnOffException1 e) {
            System.out.println("OnOffException1");
        } catch (OnOffException2 e) {
            System.out.println("OnOffException2");
        } finally {
            sw.off(); // 无论何种情况都会执行
        }
    }
}

        即使抛出的异常没有在当前这组catch子句中捕获，在异常处理机制向更高一层进行搜索之前，finally也会执行。

【例子：总是执行的finally】

class FourException extends Exception {
}

public class AlwaysFinally {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("进入第一个try块");
        try {
            System.out.println("进入第二个try块");
            try {
                throw new FourException();
            } finally {
                System.out.println("finally在第二个try块中执行");
            }
        } catch (FourException e) {
            System.out.println("在第一个try块的处理程序中捕获异常FourException");
        } finally {
            System.out.println("finally在第一个try块中执行");
        }
    }
}

        程序执行的结果是：

    涉及break或continue语句时，finally也会执行。

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在return时使用finally

        利用finally子句总会执行的特性，我们可以在一个多返回的方法中保证重要的清理工作能够完成：

【例子：在多返回的方法中使用finally】

public class MultipleReturns {
    public static void f(int i) {
        System.out.println("初始化后执行清理");
        try {
            System.out.println("Point 1");
            if (i == 1)
                return;

            System.out.println("Point 2");
            if (i == 2)
                return;

            System.out.println("Point 3");
            if (i == 3)
                return;

            System.out.println("结束");
            return;
        } finally {
            System.out.println("执行清理");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 4; i++){
            f(i);
            System.out.println();
        }
    }
}

        程序执行的结果是：

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缺陷：异常丢失

        在一些特殊的finally子句的使用中，可能发生异常丢失的情况：

【例子：特殊子句中的异常丢失】

class VeryImportantException extends Exception {
    @Override
    public String toString() {
        return "这是一个很重要的异常，它不应该被忽略";
    }
}

class HoHumException extends Exception {
    @Override
    public String toString() {
        return "一个不重要的异常";
    }
}

public class LostMessage {
    void f() throws VeryImportantException {
        throw new VeryImportantException();
    }

    void dispose() throws HoHumException {
        throw new HoHumException();
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            LostMessage lm = new LostMessage();
            try {
                lm.f();
            } finally {
                lm.dispose();
            }
        } catch (VeryImportantException |
                 HoHumException e) {
            System.out.println(e);
        }
    }
}

        程序执行的结果是：

        原本应该被捕获的VeryImportantException被finally子句中的HoHumException取代了。这是十分严重的问题，因为它意味着一个异常可能会完全丢失（并且难以察觉）。

    C++会将在第一个异常处理前抛出第二个异常视为严重的编程错误。

        目前Java还未修复这一问题。为了处理这一麻烦，我们需要将任何可能抛出异常的方法（就是上面的dispose）包在另一个try-catch子句中。

        还有一种会丢失异常的方式，就是在finally子句中执行return：

【例子：另一种异常丢失】

public class ExceptionSilencer {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            throw new RuntimeException();
        }finally {
            return; // 在finally中使用return，会阻止任何的异常报错
        }
    }
}

        若运行程序，会发现并无任何报错。

异常的约束

        存在着这样一个约束：在重写一个方法时，只能抛出 ①该方法的基类版本中说明的异常，或者是 ②以原有异常为基类派生而出的异常。

    这一约束指向一个概念：能够配合基类工作的代码，可以自动配合从这个基类派生出的其他类的对象进行工作，异常也不会例外。

【例子：异常的各种约束】

class BaseballException extends Exception {
}

class Foul extends BaseballException {
}

class Strike extends BaseballException {
}

abstract class Inning {
    Inning() throws BaseballException {
    }

    public void event() throws BaseballException {
    }

    public abstract void atBat() throws Strike, Foul;

    public void walk() { // 该方法没有抛出检查型异常
    }
}

class StormException extends Exception {
}

class RainedOut extends StormException {
}

class PopFoul extends Foul {
}

interface Storm {
    void event() throws RainedOut;

    void rainHard() throws RainedOut;
}

public class StormyInning extends Inning implements Storm {
    // 子类构造器可以有新的异常，但在处理这些异常时还需要考虑基类的异常
    public StormyInning()
            throws RainedOut, BaseballException {
    }

    public StormyInning(String s)
            throws BaseballException {
    }

    // 普通的方法在重写时，必须遵守基类方法的约定
    // 1. 访问权限
    // 2. 不能擅自添加异常
    // void walk() throws PopFoul{}

    // event()方法已经存在于基类当中，接口无法增加其的异常
    // public void event() throws RainedOut {}

    // 若是基类中不存在的方法，则可以自行添加声明：
    @Override
    public void rainHard() throws RainedOut {
    }

    // 即使基类版本会抛出异常，其子类版本也可以选择不进行异常抛出：
    @Override
    public void event() {
    }

    // 若是重写的方法，可以抛出其基类版本所说明的异常的子类：
    @Override
    public void atBat() throws PopFoul { // PopFoul是Foul的子类
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            StormyInning si = new StormyInning();
            si.atBat();
        } catch (PopFoul e) {
            System.out.println("Pop Foul（一次违规的挥棒）");
        } catch (RainedOut e) {
            System.out.println("Rained out（下雨了）");
        } catch (BaseballException e) { // 这里，派生的si.atBat()不会抛出Strike异常
            System.out.println("通用的baseball（棒球）异常");
        }

        try {
            // 若向上转型，情况会有所不同
            Inning i = new StormyInning();
            i.atBat();
            // 此时，就必须捕获来自基类版本的异常
        } catch (Strike e) {
            System.out.println("Strike（发生碰撞）");
        } catch (Foul e) {
            System.out.println("Foul（犯规）");
        } catch (RainedOut e) {
            System.out.println("Rained out（下雨了）");
        } catch (BaseballException e) {
            System.out.println("通用的baseball（棒球）异常");
        }
    }
}

        先观察Inning类：

        该类的构造器和event()方法都有异常列表，这就向编译器说明它们会抛出异常，但实际上并没有。这种做法是合法的，因为编译器会要求用户捕获任何可能在event()的重写版本中添加的异常（这也适用于抽象方法）。

        StormyInning继承了Inning类和Storm接口，其中event()方法即存在于Inning中，也存在于Storm中。注意，这个event()方法不能改变Inning中的event()方法的异常说明：

假设这种语法能够成立，那么在我们使用基类的时候，就难以判断是否捕获了正确的异常。

    构造器由于其多样的调用形式，在异常的约束方面也不同于一般的方法。有上述例子可以发现，构造器可以抛出任何异常。也因此，子类构造器必须在其异常说明中声明基类构造器提到的异常。

        子类构造器不能捕获基类构造器抛出的异常。

        再看StormyInning类中的walk()方法：

这个方法之所以无法编译，就是因为其抛出了一个Inning.walk()没有抛出的异常。

        而从StormyInning类中的event()方法中可以发现：

即使基类方法抛出异常，其子类也可以选择不进行异常抛出。因为这不会破坏基类版本会抛出异常的情况。

        最后需要提一点，在main()中，我们首先定义了一个StormInning对象：

StormyInning si = new StormyInning();

此时，编译器会强制要求我们只处理StormInning类声明会抛出的异常。但是，若我们将其向上转型为Inning：

Inning i = new StormyInning();

则编译器会强制我们捕获基类声明会抛出的异常。

    异常说明不是方法类型的一部分，因此不能依赖方法说明作为重载方法的依据。

        注意：在继承和重写的过程中，“异常说明”可以缩小，但是不能扩大——这就和继承过程中的规则恰恰相反。

构造器

        我们需要常常怀疑：当发生异常时，程序是否正确地进行了清理。

        构造器的存在会使得对象有一个安全的起始状态。但是，构造器可能会执行某些操作，比如打开文件，这种操作需要通过特殊的清理方法处理。若构造器内抛出了异常，这些清理行为可能就不会正确执行了。

        finally可能是一个办法。但是，由于finally每次都会执行清理代码，若构造器半途而废，finally就可能会把构造器还未成功构建的部分也一并清理。

【例子：文件的打开与清理】

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class InputFile {
    private BufferedReader in;

    public InputFile(String fname) throws Exception {
        try {
            in = new BufferedReader(new FileReader(fname));
            // 剩下的部分也可能抛出异常
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("无法打开[" + fname + "]");
            // 因为没有打开，所以不用关闭文件
            throw e;
        } catch (Exception e) {
            // 除上述异常，其他异常情况都需要关闭文件
            try {
                in.close(); // 对于可能抛出异常的close()方法，也需要使用try进行处理
            } catch (IOException e2) {
                System.out.println("in.close() 执行失败");
            }

            throw e; // 重新抛出异常
        } finally {
            // 不应该在这里进行文件关闭
        }
    }

    public String getLine() {
        String s;
        try {
            s = in.readLine();
        } catch (IOException e) { // 在方法内部直接处理异常
            throw new RuntimeException("readline() 失败");
        }
        return s;
    }

    public void dispose() {
        try {
            in.close();
            System.out.println("dispose() 执行成功");
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException("in.close() 失败");
        }
    }
}

        除了捕获FileNotFoundException（文件未发现）的catch子句外，其他catch子句都应该关闭文件（此时文件已经被打开）。

        比较好的做法是，在执行完异常处理后再次抛出异常。因为构造器的调用已经失败，那么我们当然不会希望构造器的调用者认为构造器顺利完成了任务。

        就像之前所说，在构造器中，finally绝对不适合调用close()来进行文件关闭。因为这种做法会导致文件在构造器调用完毕后就被关闭，这很明显与我们的期望相违背。

    上述的代码中，有些方法会抛出异常，而有的方法会在内部直接处理异常。这种对异常处理的设计需要仔细考虑。

        现在必须提醒一点，Java存在着一个缺点：除了内存的清理，其他清理都不会自动发生。这就导致Java必须告诉客户程序员，那些要让他们自己处理。

        下面的例子演示了如何清理可能抛出异常的类：

【例子：嵌套的try块】

public class Cleanup {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            InputFile in = new InputFile("Cleanup.java");
            try {
                String s;
                int i = 1;
                while ((s = in.getLine()) != null)
                    ; // 一行一行进行数据处理
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("在main()中捕获异常");
                e.printStackTrace(System.out);
            } finally {
                in.dispose();
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("InputFile对象构造失败");
        }
    }
}

        程序执行的结果是：

        InputFile对象的构造存在于外层的try块之中。若构造器执行失败，程序不会向下进入下一个try块中，而是直接来到外层的try块对应的catch子句内。

    这里体现了一种清理惯用法：在创建了一个需要清理的对象后，直接跟一个try-finally块。

【例子：清理惯用法】

class NeedsCleanup {
    // 该构造不会失败
    private static long counter = 1;
    private final long id = counter++;

    public void dispose() {
        System.out.println("需要清理 id:" + id);
    }
}

class ConstructionException extends Exception {
}

class NeedsCleanup2 extends NeedsCleanup {
    // 该构造可能失败
    NeedsCleanup2() throws ConstructionException {
    }
}

public class CleanupIdiom {
    public static void main(String[] args) {
        // 直接的处理方式：在需要清理的对象后紧跟一个try-finally块
        NeedsCleanup nc1 = new NeedsCleanup();
        try {
            // ...
        } finally {
            nc1.dispose();
        }

        // 可以将不会失败的构造对象组织在一起：
        NeedsCleanup nc2 = new NeedsCleanup();
        NeedsCleanup nc3 = new NeedsCleanup();
        try {
            // ...
        } finally {
            // 释放顺序与构造顺序相反
            nc3.dispose();
            nc2.dispose();
        }

        // 若构造可能失败，就需要确保每个对象的清理
        try {
            NeedsCleanup2 nc4 = new NeedsCleanup2();
            try {
                NeedsCleanup2 nc5 = new NeedsCleanup2();
                try {
                    // ...
                } finally {
                    nc5.dispose();
                }
            } catch (ConstructionException e) {
                // 处理nc5可能报出的异常
                System.out.println(e);
            } finally {
                nc4.dispose();
            }
        } catch (ConstructionException e) {
            // 处理nc4
            System.out.println(e);
        }
    }
}

        程序执行的结果是：

        在nc4和nc5的构造与处理的过程中，可以发现try-catch导致的麻烦：为了处理每一个对象，我们需要为它们分别设定try-catch的处理。

    为了处理异常，我们需要尽可能考虑所有可能性，并确保它们能被处理。