JavaSE语法之十五：异常（超全！！！）

文章目录

- 一、异常的概念与体系
- - 1. 异常的概念
  - 2. 异常的体系结构
  - 3. 异常的分类
- 二、异常的处理方式
- - 1. 防御式编程
  - - （1）LBYL 事前防御型
    - （2）EAFP 时候认错型
  - 2. 异常的抛出
  - 3. 异常的捕获
  - - （1）异常声明的 throws
    - （2）try-catch 捕获并处理
    - （3）finally
  - 4. 异常的处理流程
- 三、自定义异常类

一、异常的概念与体系

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。
抛出的异常实际上是一个类，有继承关系。

1. 算数异常

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

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

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

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：
在这里插入图片描述
其中：

Throwable：是异常体系的顶层类，其派生出两个重要的子类, Error 和 Exception 。
Error：错误，继承于Throwable，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：StackOverflowErrorOutOfMemoryError，一旦发生回力乏术。
Exception：异常，继承于Throwable，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。
上述图中从第三层开始，红色的是 编译时异常 ；蓝色的是 运行时异常 且运行时异常都继承了RuntimeException类。

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/受查异常
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

2. 运行时异常/非受查异常
在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)。

【注意】
编译时出现的语法性错误，不能称之为异常。
如：将输出语句拼错了，此时是“编译期”出错。
而运行时值得是程序已经编译通过得到class文件了，再由JVM执行过程种出现的错误。

二、异常的处理方式

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 事前防御型

LBYL（Look Before You Leap）：在操作之前就做充分的检查。

boolean ret = false;
ret = 登陆游戏();  //登录游戏
if (!ret) {  //确认登录成功了吗
	处理登陆游戏错误;  
	return;
}
ret = 开始匹配(); //匹配
if (!ret) {  //确认是否匹配成功
	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;
}
......

每做一步，都会进行检查。在做下一步操作的时候，必须保证上一步是成功的。

（2）EAFP 时候认错型

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。（常用！！！）

先操作，如果哪一步出现问题了，就去处理这个问题。

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. 异常的抛出

处理异常的前提是有异常，所以要去触发、抛出异常！那么如何抛出异常？
① 代码自己执行的过程中触发异常；
② 自己手动抛出异常，可借助throw关键字。

【语法】

throw new XXXException(“异常产生的原因”);

【需求】
实现一个获取数组任意位置元素的方法。

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);
}

//输出结果
Exception in thread "main" java.lang.CloneNotSupportedException
	at practice.Demo8.test1(Demo8.java:10)
	at practice.Demo8.main(Demo8.java:15)

【注意事项】

throw必须写在方法体的内部；
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。

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。

（1）异常声明的 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。就是：谁调用这个方法谁处理！

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…{
}

public class Demo8 {
    public static void test1(int[] a) throws CloneNotSupportedException {
        if (a == null) {
            throw new CloneNotSupportedException(); //被中断了
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        test1(null);
        System.out.println("hahah");
    }
}

当我们没有解决这个异常的时候，我们就会把这个异常交给JVM处理，一旦交给JVM程序就崩溃了。

【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；
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。

（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。

【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】

[]中表示可选项，可以添加，也可以不用添加；
try中的代码可能会抛出异常，也可能不会。

如：

 public static void test1(int[] a) throws CloneNotSupportedException {
        if (a == null) {
            throw new CloneNotSupportedException();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
       try {
           //存放可能抛出异常的代码
           test1(null);
       }catch (CloneNotSupportedException e) {
           System.out.println("捕捉到了CloneNotSupportedException异常，进行处理异常的逻辑");

       }
        System.out.println("正常的逻辑");
    }

//输出结果
捕捉到了CloneNotSupportedException异常，进行处理异常的逻辑
正常的逻辑

如果想出异常的红字，就在catch代码快内部加 e.printStackTrace();此时正常的逻辑会向下执行，并且也没有交给JVM。

public static void test1(int[] a) throws CloneNotSupportedException {
        if (a == null) {
            throw new CloneNotSupportedException();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
       try {
           //存放可能抛出异常的代码
           test1(null);
       }catch (CloneNotSupportedException e) {
           e.printStackTrace();//打印栈上的信息
           System.out.println("捕捉到了CloneNotSupportedException异常，进行处理异常的逻辑");

       }
        System.out.println("正常的逻辑");
    }

//执行结果
java.lang.CloneNotSupportedException
	at practice.Demo8.test1(Demo8.java:10)
	at practice.Demo8.main(Demo8.java:17)
捕捉到了CloneNotSupportedException异常，进行处理异常的逻辑
正常的逻辑

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。
①对于比较严重的问题（例如和算钱相关的场景），应该让程序崩溃，防止造成更严重的后果；
②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；
③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，就很快速的让我们找到出现异常的位置，以后在实际工作中，我们会采取更晚辈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，代码将不会被执行；
如果抛出异常类型型与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");
}

//执行结果
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；
注意：在同一时间，只会抛出一个异常，不会有同时抛出两个及以上异常的情况。

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，一定是子类在异常在前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");
}

//输出结果
Error:(33, 10) java: 已捕获到异常错误java.lang.NullPointerException

在这里插入图片描述
4. 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）
一劳永逸的做法是不可取的！

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类是所有异常类的服了，因此可以用这个类型表示捕捉所有异常。

注：catch进行类型匹配时，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。

当try中存在异常的时候，从上往下执行，谁先抛出异常就捕获哪个异常；catch中程序的书写或者异常的捕获不影响。

（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

【例】

 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");
}

finally一般用用于资源的释放。

问题：既然finally和try-catch-finally 后的代码都会执行，那为什么还要有finally呢？
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);
}
}

// 正常输入时程序运行结果：
100
finally中代码
100

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。

// 下面程序输出什么？
public static void main(String[] args) {
	System.out.println(func());
	}
	
	public static int func() {
		try {
			return 10;
		} finally {
			return 20;
	}
}

A: 10 B: 20 C: 30 D: 编译失败

答案是20，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（被编译器当作一个警告）。

【面试题】
①throw和throws的区别？
throw用来抛出一个异常，throws声明一个异常。
②finally中的语句一定会执行吗？
一定会执行。

4. 异常的处理流程

【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。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，我们就使用e.printStackTrace();的方法查看出现异常代码的调用栈。

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

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。

【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。

三、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。

具体实现方式：

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

【例】实现一个用户登录功能

public 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();
		}
	}
}

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