JAVA之异常详解

1. 异常的概念与体系结构

1.1 异常的概念

在Java中，将程序执行过程中发生的不正常行为称为异常

1. 算术异常

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(10/0);
    }
}

因为 0 不能当被除数，所以报出了异常，这种异常就叫作算数异常

2. 数组越界异常

public static void main(String[] args) {
        int [ ]array  =  {1,2,3,4};
        System.out.println(array[100]);
    }

3. 空指针异常

public static void main(String[] args) {
        int array[ ] = null;
        System.out.println(array.length);
    }

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

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. 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();
    }
}

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

2. 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

1. LBYL: Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查. 即：事前防御型

        boolean ret = false;
        ret = loginGame();
        if (!ret) {
            //处理登陆游戏错误;
            return;
        }
        ret = startMatch();
        if (!ret) {
            //处理匹配错误;
            return;
        }
        ret = conGame();
        if (!ret) {
            //处理游戏确认错误;
            return;
        }
        ret = choiceChar();
        if (!ret) {
            //处理选择英雄错误;
            return;
        }
        ret = loading();
        if (!ret) {
            //处理载入游戏错误;
            return;
        }

但这样的处理会有一个缺陷：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. 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. 即：事后认错型

        try {
            loginGame();
            startMatch();
            conGame();
            choiceChar();
            loading();
 
        } catch (loginGame异常) {
            //处理登陆游戏错误;
        } catch (startMatch异常) {
            //处理匹配错误;
        } catch (conGame异常) {
            //处理游戏确认错误;
        } catch (choiceChar异常) {
            //处理选择英雄错误;
        } catch (loading异常) {
            //处理载入游戏错误;
        }

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");

    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】

1. throw必须写在方法体内部

2. 抛出的对象必须是Exception 或者 Exception 的子类对象

3. 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

4. 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

5. 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

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...{

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
    }
}

【注意事项】

1. throws必须跟在方法的参数列表之后

2. 声明的异常必须是 Exception 或者 Exception 的子类

3. 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。

4. 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

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

2.3.2 try-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。

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
    }
}

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

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");
    }
}

注意

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，也就不会被处理，继续往外抛，直到JVM收到后中断程序----异常是按照类型来捕获的

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

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

2.3.3 finally

在写程序时，有些特定的代码，不论程序是否发生异常，都需要执行，比如程序中打开的资源：网络连接、数据库连接、IO流等，在程序正常或者异常退出时，必须要对资源进进行回收。另外，因为异常会引发程序的跳转，可能导致有些语句执行不到，finally就是用来解决这个问题的。

语法格式：
try{
// 可能会发生异常的代码
}catch(异常类型 e){
// 对捕获到的异常进行处理
}finally{
// 此处的语句无论是否发生异常，都会被执行到
}
// 如果没有抛出异常，或者异常被捕获处理了，这里的代码也会执行

public static void main(String[] args) {
try{
int[] arr = {1,2,3};
arr[100] = 10;
arr[0] = 10;
}catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e){
System.out.println(e);
}finally {
System.out.println("finally中的代码一定会执行");
}
System.out.println("如果没有抛出异常，或者异常被处理了，try-catch后的代码也会执行");
}

需求：实现getData方法，内部输入一个整形数字，然后将该数字返回，并再main方法中打印

public class TestFinally {
public static int getData(){
Scanner sc = null;
try{
sc = new Scanner(System.in);
int data = sc.nextInt();
return data;
}catch (InputMismatchException e){
e.printStackTrace();
}finally {
System.out.println("finally中代码");
}
System.out.println("try-catch-finally之后代码");
if(null != sc){
sc.close();
}
return 0;
}
public static void main(String[] args) {
int data = getData();
System.out.println(data);
}
}

上述程序，如果正常输入，成功接收输入后程序就返回了，try-catch-finally之后的代码根本就没有执行，即输入流就没有被释放，造成资源泄漏。

注意：finally中的代码一定会执行的，一般在finally中进行一些资源清理的扫尾工作。

【异常处理流程总结】

• 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. 自定义异常类

Java中虽然已经内置了丰富的异常类, 但是并不能完全表示实际开发中所遇到的一些异常，此时就需要维护符合我们实际情况的异常结构，自定义异常通常会继承自 Exception或RunTimeException

具体方式：

自定义异常类，然后继承自Exception 或者 RunTimeException
实现一个带有String类型参数的构造方法，参数含义：出现异常的原因

例如我们实现一个用户登陆功能：

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

class LogIn {
    private String userName = "admin";
    private String password = "123456";
    public static void loginInfo(String userName, String password)
            throws UserNameException,PasswordException{
        if (!userName.equals(userName)) {
            throw new UserNameException("用户名错误！");
        }
        if (!password.equals(password)) {
            throw new PasswordException("用户名错误！");
        }
        System.out.println("登陆成功");
    }
    public static void main(String[] args) {
        try {
            loginInfo("admin", "123456");
        } catch (UserNameException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (PasswordException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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.