Java异常你还没有了解吗？

🤷‍♀️🤷‍♀️🤷‍♀️ 今天和大家一起学习一下Java中的异常！

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一、异常的概念与体系结构

1.1异常的概念

1.1.1算术异常

1.1.2数组越界异常

1.1.3空指针异常

1.2异常的体系结构

1.3异常的分类

1.3.1编译时异常

1.3.2运行时异常

二、异常的处理

2.1防御式编程

2.1.1 LBYL事前防御型

2.1.2EAFP:事后认错型

2.2异常的抛出

2.3异常的捕获

2.3.1异常声明throws

2.3.2try-catch捕获并处理

一、异常的概念与体系结构

1.1异常的概念

在生活中，一个人表情痛苦，出于关心，可能会问：你是不是生病了，需要我陪你去看医生吗？

在程序中也是一样，程序猿是一帮办事严谨、追求完美的高科技人才。在日常开发中，绞尽脑汁将代码写的尽善尽美，在程序运行过程中，难免会出现一些奇奇怪怪的问题。有时通过代码很难去控制，比如：数据格式不对、网络不通畅、内存报警等。

在Java中，将程序执行过程中发生的不正常行为称为异常。比如下面的代码：

1.1.1算术异常

System.out.println(10 / 0);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero

1.1.2数组越界异常

int[] arr = {1, 2, 3};
System.out.println(arr[100]);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100

1.1.3空指针异常

int[] arr = null;
System.out.println(arr.length);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException

从上述过程中可以看到，java中不同类型的异常，都有与其对应的类来进行描述。

1.2异常的体系结构

异常种类繁多，为了对不同异常或者错误进行很好的分类管理， Java 内部维护了一个异常的体系结构：

从上图中可以看到：

1. Throwable：是异常体系的顶层类，其派生出两个重要的子类, Error和Exception。

2. Error：指的是Java虚拟机无法解决的严重问题，比如：JVM的内部错误、资源耗尽等，典型代表：StackOverflowError和OutOfMemoryError，一旦发生回力乏术。

3. Exception：异常产生后程序员可以通过代码进行处理，使程序继续执行。比如：感冒、发烧。我们平时所说的异常就是Exception。

1.3异常的分类

异常可能在编译时发生，也可能在程序运行时发生，根据发生的时机不同，可以将异常分为：

1.3.1编译时异常

在程序编译期间发生的异常，称为编译时异常，也称为受检查异常 (Checked Exception)。

public class Person {
    private String name;
    private String gender;
    int age;
    // 想要让该类支持深拷贝，覆写Object类的clone方法即可
    @Override
    public Person clone() {
    return (Person)super.clone();
   }
}
编译时报错：
Error:(17, 35) java: 未报告的异常错误java.lang.CloneNotSupportedException; 必须对其进行捕获或声明以便抛出

因为在定义Person类时，并没有实现克隆接口，因此会抛出不支持克隆异常。

1.3.2运行时异常

在程序执行期间发生的异常，称为运行时异常，也称为非受检查异常 (Unchecked Exception)

RunTimeException以及其子类对应的异常，都称为运行时异常。比如： NullPointerException、

ArrayIndexOutOfBoundsException、 ArithmeticException。

注意：编译时出现的语法性错误，不能称之为异常。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。

二、异常的处理

2.1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 .。

主要的方式：

2.1.1 LBYL事前防御型

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;
}
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;
}
......

缺陷：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。

2.1.2EAFP:事后认错型

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;
}
....

优势：正常流程和错误流程是分离开的, 程序员更关注正常流程，代码更清晰，容易理解代码

异常处理的核心思想就是 EAFP。

在Java中， 异常处理主要的 5 个关键字： throw 、 try 、 catch 、 final 、 throws 。

2.2异常的抛出

在编写程序时，如果程序中出现错误，此时就需要将错误的信息告知给调用者，比如：参数检测。在Java 中，可以借助 throw 关键字，抛出一个指定的异常对象，将错误信息告知给调用者。具体语法如下：

throw new XXXException("异常产生的原因");

下面是一个抛出异常的实例代码：

public static int getElement(int[] array, int index){
    if(null == array){
         throw new NullPointerException("传递的数组为null");
      }
    if(index < 0 || index >= array.length){
         throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("传递的数组下标越界");
      }
     return array[index];
}
public static void main(String[] args) {
      int[] array = {1,2,3};
      getElement(array, 3);
}

注意事项：

throw必须写在方法体内部
抛出的对象必须是Exception 或者 Exception 的子类对象
如果抛出的是 RunTimeException 或者 RunTimeException 的子类，则可以不用处理，直接交给JVM来处理
如果抛出的是编译时异常，用户必须处理，否则无法通过编译
异常一旦抛出，其后的代码就不会执行

2.3异常的捕获

异常的捕获，也就是异常的具体处理方式，主要有两种：异常声明 throws 以及 try-catch 捕获处理。

2.3.1异常声明throws

处在方法声明时参数列表之后，当方法中抛出编译时异常，用户不想处理该异常，此时就可以借助 throws 将异常抛给方法的调用者来处理。即当前方法不处理异常，提醒方法的调用者处理异常。

语法格式：
修饰符 返回值类型 方法名(参数列表) throws 异常类型1，异常类型2...{
}

下面看一个实例代码：

需求：加载指定的配置文件 config.ini

  public class Config {
     File file;
  /*
   FileNotFoundException : 编译时异常，表明文件不存在
   此处不处理，也没有能力处理，应该将错误信息报告给调用者，让调用者检查文件名字是否给错误了
  */
  public void OpenConfig(String filename) throws FileNotFoundException{
     if(filename.equals("config.ini")){
            throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");
         }
      // 打开文件
     }
  public void readConfig(){
    }
}

注意事项：

throws必须跟在方法的参数列表之后
声明的异常必须是 Exception 或者 Exception 的子类
方法内部如果抛出了多个异常，throws之后必须跟多个异常类型，之间用逗号隔开，如果抛出多个异常类型具有父子关系，直接声明父类即可。

下面是实例代码：

 public class Config {
      File file;
      // public void OpenConfig(String filename) throws IOException,FileNotFoundException{
      // FileNotFoundException 继承自 IOException
  public void OpenConfig(String filename) throws IOException{
      if(filename.endsWith(".ini")){
           throw new IOException("文件不是.ini文件");
       }
      if(filename.equals("config.ini")){
           throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");
       }
       // 打开文件
   }
   public void readConfig(){
   }
}

调用声明抛出异常的方法时，调用者必须对该异常进行处理，或者继续使用throws抛出

public static void main(String[] args) throws IOException {
    Config config = new Config();
    config.openConfig("config.ini");
}

将光标放在抛出异常方法上，alt + Insert 快速处理：

2.3.2try-catch捕获并处理

throws 对异常并没有真正处理，而是将异常报告给抛出异常方法的调用者，由调用者处理。如果真正要对异常进行处理，就需要try-catch 。

语法格式：
try{
   // 将可能出现异常的代码放在这里
  }catch(要捕获的异常类型 e){
   // 如果try中的代码抛出异常了，此处catch捕获时异常类型与try中抛出的异常类型一致时，或者是try中 
     抛出异常的基类时，就会被捕获到
    // 对异常就可以正常处理，处理完成后，跳出try-catch结构，继续执行后序代码
  }[catch(异常类型 e){
   // 对异常进行处理
  }finally{
     // 此处代码一定会被执行到
   }]
   // 后序代码
   // 当异常被捕获到时，异常就被处理了，这里的后序代码一定会执行
   // 如果捕获了，由于捕获时类型不对，那就没有捕获到，这里的代码就不会被执行
注意：
1. []中表示可选项，可以添加，也可以不用添加
2. try中的代码可能会抛出异常，也可能不会

下面是一个实例代码：

需求：读取配置文件，如果配置文件名字不是指定名字，抛出异常，调用者进行异常处理

public class Config {
    File file;
    public void openConfig(String filename) throws FileNotFoundException{
           if(!filename.equals("config.ini")){
                   throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");
            }
    // 打开文件
     }
    public void readConfig(){
     }
    public static void main(String[] args) {
                   Config config = new Config();
     try {
          config.openConfig("config.txt");
          System.out.println("文件打开成功");
         } catch (IOException e) {
            // 异常的处理方式
            //System.out.println(e.getMessage()); // 只打印异常信息
            //System.out.println(e); // 打印异常类型：异常信息
              e.printStackTrace(); // 打印信息最全面
        }
      // 一旦异常被捕获处理了，此处的代码会执行
          System.out.println("异常如果被处理了，这里的代码也可以执行");
    }
}

关于异常的处理方式：

1.异常的种类有很多, 我们要根据不同的业务场景来决定。

2.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。

3.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。

4.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。

5.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。

注意事项：

try块内抛出异常位置之后的代码将不会被执行
如果抛出异常类型与catch时异常类型不匹配，即异常不会被成功捕获，也不会被处理，继续往外抛，直到JVM收到中断程序----异常是按照类型来捕获的

比如下面的代码：

public static void main(String[] args) {
   try {
        int[] array = {1,2,3};
        System.out.println(array[3]); // 此处会抛出数组越界异常
   }catch (NullPointerException e){ // 捕获时候捕获的是空指针异常--真正的异常无法被捕获到
           e.printStackTrace();
        }
      System.out.println("后序代码");
   }
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3 at day20210917.ArrayOperator.main(ArrayOperator.java:24)

try中可能会抛出多个不同的异常对象，则必须用多个catch来捕获----即多种异常，多次捕获

例如：

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

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) {
...
}

如果异常之间具有父子关系，一定是子类异常在前catch，父类异常在后catch，否则语法错误：

public static void main(String[] args) {
     int[] arr = {1, 2, 3};
     try {
            System.out.println("before");
            arr = null;
            System.out.println(arr[100]);
            System.out.println("after");
         } catch (Exception e) { // Exception可以捕获到所有异常
            e.printStackTrace();
         } catch (NullPointerException e){ // 永远都捕获执行到
            e.printStackTrace();
         }
         System.out.println("after try catch");
}
Error:(33, 10) java: 已捕获到异常错误java.lang.NullPointerException

可以通过一个catch捕获所有的异常，即多个异常，一次捕获(不推荐)

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

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。

注意：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。