1. 异常的概念与体系结构
1.异常的概念
- 异常(Exception)指不期而至的各种状况,异常发生的原因有很多,通常包含以下几大类:
- 用户输入了非法数据。
- 要打开的文件不存在。
- 网络通信时连接中断,或者JVM内存溢出。
- 异常是一个事件,它发生在程序运行期间,干扰了正常的指令流程。
- Java语言在设计的当初就考虑到这些问题,提出异常处理的框架的方案,所有的异常都可以用一个异常类来表示,不同类型的异常对应不同的子类异常(目前我们所说的异常包括错误概念),定义异常处理的规范,在 JDK1.4 版本以后增加了异常链机制,从而便于跟踪异常。
- Java异常是一个描述在代码段中发生异常的对象,当发生异常情况时,一个代表该异常的对象被创建并且在导致该异常的方法中被抛出,而该方法可以选择自己处理异常或者传递该异常。
- Java异常处理本质:抛出异常和捕获异常。
分类:
- **检查性异常:**最具代表的检查性异常是用户错误或问题引起的异常,这是程序员无法预见的。例如要打开一个不存在文件时,一个异常就发生了,这些异常在编译时不能被简单地忽略。
- 运行时异常: 运行时异常是可能被程序员避免的异常。与检查性异常相反,运行时异常可以在编译时被忽略。
- 错误: 错误不是异常,而是脱离程序员控制的问题。错误在代码中通常被忽略。例如,当栈溢出时,一个错误就发生了,它们在编译也检查不到的。
2.异常的体系结构
-
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: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。
-
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。
3.异常的分类
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。
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。
2.异常的处理
- LBYL:在操作之前就做充分的检查. 即:事前防御型
- EAFP:“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
LBYL
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;
}
EAFP
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;
}
......
java异常处理主要的5个关键字:throw、try、catch、final、throws。
1.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");
举例:
在某仓库管理系统中,要求管理员的用户名需要由 8 位以上的字母或者数字组成,不能含有其他的字符。当长度在 8 位以下时拋出异常,并显示异常信息;当字符含有非字母或者数字时,同样拋出异常,显示异常信息。代码如下:
import java.util.Scanner;
public class Test {
public boolean validateUserName(String username) {
boolean con = false;
if (username.length() > 8) {
// 判断用户名长度是否大于8位
for (int i = 0; i < username.length(); i++) {
char ch = username.charAt(i); // 获取每一位字符
if ((ch >= '0' && ch <= '9') || (ch >= 'a' && ch <= 'z') || (ch >= 'A' && ch <= 'Z')) {
con = true;
} else {
con = false;
throw new IllegalArgumentException("用户名只能由字母和数字组成!");
}
}
} else {
throw new IllegalArgumentException("用户名长度必须大于 8 位!");
}
return con;
}
public static void main(String[] args) {
Test05 te = new Test();
Scanner input = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入用户名:");
String username = input.next();
try {
boolean con = te.validateUserName(username);
if (con) {
System.out.println("用户名输入正确!");
}
} catch (IllegalArgumentException e) {
System.out.println(e);
}
}
}
如上述代码,在 validateUserName() 方法中两处拋出了 IllegalArgumentException 异常,即当用户名字符含有非字母或者数字以及长度不够 8 位时。在 main() 方法中,调用了 validateUserName() 方法,并使用 catch 语句捕获该方法可能拋出的异常。
【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.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...{
}
注意要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。
public class Config {
File file;
// public void OpenConfig(String filename) throwsIOException,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");
}
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:
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
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
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。
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。
【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.
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.
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");
}
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。
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).
4.throw 和 throws 的区别?
共同点
两者在抛出异常时,抛出异常的方法并不负责处理,顾名思义,只管抛出,由调用者负责处理。
区别
- throws用于方法头,表示的只是异常的申明,而throw用于方法内部,抛出的是异常对象。
- throws可以一次性抛出多个异常,而throw只能一个。
- throws抛出异常时,它的上级(调用者)也要申明抛出异常或者捕获,不然编译报错。而throw的话,可以不申明或不捕获(这是非常不负责任的方式)但编译器不会报错。
3.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. 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.
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。
【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
如果 Java 提供的内置异常类型不能满足程序设计的需求,这时我们可以自己设计 Java 类库或框架,其中包括异常类型。实现自定义异常类需要继承 Exception 类或其子类,如果自定义运行时异常类需继承 RuntimeException 类或其子类。
自定义异常的语法形式为:
<class><自定义异常名><extends><Exception>
在编码规范上,一般将自定义异常类的类名命名为 XXXException,其中 XXX 用来代表该异常的作用。
自定义异常类一般包含两个构造方法:一个是无参的默认构造方法,另一个构造方法以字符串的形式接收一个定制的异常消息,并将该消息传递给超类的构造方法。
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。
以登录界面举例:
public class Test {
public String name = "wjh";
public String passworld = "123456";
public void login(String name,String passworld) throws UserNameException {
if(!this.name.equals(name)) {
System.out.println("用户名错误!");
throw new UserNameException();
}
if(!this.passworld.equals(passworld)) {
System.out.println("用户密码错误!");
throw new PassWorldException();
}
}
}
此时我们在处理用户名密码错误的时候可能就需要抛出两种异常. 我们可以基于已有的异常类进行扩展(继承), 创建和我们业务相关的异常类.
public class UserNameException extends RuntimeException {public UserNameException() {
super();
}
public UserNameException(String s) {
super(s);
}
}
public class PassWorldException extends RuntimeException {
public PassWorldException() {
super();
}
public PassWorldException(String s) {
super(s);
}
此时我们的 代码可以改成
public class Test {
public String name = "wjh";
public String passworld = "123456";
public void login(String name,String passworld) throws UserNameException {
if(!this.name.equals(name)) {
System.out.println("用户名错误!");
throw new UserNameException("兄弟,你的用户名错了!");
}
if(!this.passworld.equals(passworld)) {
System.out.println("用户密码错误!");
throw new PassWorldException("兄弟,你的用户密码 错了!");
}
}
public static void main(String[] args) {
Test test1 = new Test();
try {
test1.login("wjhw","123456");
} catch (UserNameException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("用户名异常!");
}catch (PassWorldException passWorldException) {
passWorldException.printStackTrace();
System.out.println("用户密码异常!");
}finally {
}
}
}
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。