第8章 异常
学习目标
- 能够辨别程序中异常和错误
- 说出异常的分类
- 说出虚拟机处理异常的方式
- 列出常见的5个运行时异常
- 列出常见的5个编译时异常
- 能够使用try…catch关键字处理异常
- 能够使用throw抛出异常对象
- 能够使用throws关键字处理异常
- 能够自定义异常类
- 能够处理自定义异常类
8.1 异常概述
8.1.1 认识Java的异常
1、什么是异常
在使用计算机语言进行项目开发的过程中，即使程序员把代码写得尽善尽美，在系统的运行过程中仍然会遇到一些问题，因为很多问题不是靠代码能够避免的，比如：客户输入数据的格式问题，读取文件是否存在，网络是否始终保持通畅等等。
- 异常 ：指的是程序在执行过程中，出现的非正常的情况，如果不处理最终会导致JVM的非正常停止。
异常指的并不是语法错误,语法错了,编译不通过,不会产生字节码文件,根本不能运行.
异常也不是指逻辑代码错误而没有得到想要的结果，例如：求a与b的和，你写成了a-b
2、如何对待异常
程序员在编写程序时，就应该充分考虑到各种可能发生的异常和错误，极力预防和避免，实在无法避免的，要编写相应的代码进行异常的检测、异常消息的提示，以及异常的处理。
3、异常的抛出机制
Java中是如何表示不同的异常情况，又是如何让程序员得知，并处理异常的呢？
Java中把不同的异常用不同的类表示，一旦发生某种异常，就通过创建该异常类型的对象，并且抛出，然后程序员可以catch到这个异常对象，并处理，如果无法catch到这个异常对象，那么这个异常对象将会导致程序终止。
运行下面的程序，程序会产生一个数组索引越界异常ArrayIndexOfBoundsException。我们通过图解来解析下异常产生和抛出的过程。
工具类
public class ArrayTools {
// 对给定的数组通过给定的角标获取元素。
public static int getElement(int[] arr, int index) {
int element = arr[index];
return element;
}
}
测试类
public class ExceptionDemo {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = { 34, 12, 67 };
intnum = ArrayTools.getElement(arr, 4)
System.out.println("num=" + num);
System.out.println("over");
}
}
上述程序执行过程图解：
8.1.2 Java异常体系
1、Throwable
java.lang.Throwable 类是 Java 语言中所有错误或异常的超类。
- 只有当对象是此类（或其子类之一）的实例时，才能通过 Java 虚拟机或者 Java 的
throw语句抛出。类似地，只有此类或其子类之一才可以是catch子句中的参数类型。
Throwable中的常用方法：
-
public void printStackTrace()：打印异常的详细信息。包含了异常的类型,异常的原因,还包括异常出现的位置,在开发和调试阶段,都得使用printStackTrace。
-
public String getMessage()：获取发生异常的原因。提示给用户的时候,就提示错误原因。
2、Error和Exception
Throwable有两个直接子类：java.lang.Error与java.lang.Exception，平常所说的异常指java.lang.Exception。
- Error：表示严重错误，一旦发生必须停下来查看问题并解决问题才能继续，无法仅仅通过try…catch解决的错误。（如果拿生病做比喻，就像是突发疾病，而且是危重症，必须立刻停下来治疗而不是靠短暂休息、吃药、打针、或小手术简单解决处理）
- 例如：StackOverflowError（栈内存溢出）和OutOfMemoryError（堆内存溢出，简称OOM）。
- Exception：表示普通异常，其它因编程错误或偶然的外在因素导致的一般性问题，程序员可以通过代码的方式检测、提示和纠正，使程序继续运行，但是只要发生也是必须处理，否则程序也会挂掉。（这就好比普通感冒、阑尾炎、牙疼等，可以通过短暂休息、吃药、打针、或小手术简单解决，但是也不能搁置不处理，不然也会要人命）。
- 例如：空指针访问、试图读取不存在的文件、网络连接中断、数组下标越界等
无论是Error还是Exception，还有很多子类，异常的类型非常丰富。当代码运行出现异常时，特别是我们不熟悉的异常时，不要紧张，把异常的简单类名，拷贝到API中去查去认识它即可。
8.1.3 受检异常和非受检异常
我们平常说的异常就是指Exception，根据代码的编写编译阶段，编译器是否会警示当前代码可能发生xx异常，并督促程序员提前编写处理它的代码为依据，可以将异常分为：
- 编译时期异常（即checked异常、受检异常）：在代码编译阶段，编译器就能明确警示当前代码可能发生（不是一定发生）xx异常，并督促程序员提前编写处理它的代码。如果程序员不听话，没有编写对应的异常处理代码，则编译器就会发威，直接判定编译失败，从而程序无法执行。通常，这类异常的发生不是由程序员的代码引起的，或者不是靠加简单判断就可以避免的，例如：FileNotFoundException（文件找不到异常）。
- 运行时期异常（即runtime异常、unchecked非受检异常）：即在代码编译阶段，编译器完全不做任何检查，无论该异常是否会发生，编译器都不给出任何提示。只有等代码运行起来并确实发生了xx异常，它才能被发现。通常，这类异常是由程序员的代码编写不当引起的，只要稍加判断，或者细心检查就可以避免的。例如：ArrayIndexOutOfBoundsException数组下标越界异常，ClassCastException类型转换异常。
8.1.4 演示常见的错误和异常
1、Error
最常见的就是VirtualMachineError，它有两个经典的子类：StackOverflowError、OutOfMemoryError。
package com.atguigu.exception;
import org.junit.Test;
public class TestStackOverflowError {
@Test
public void test01(){
//StackOverflowError
digui();
}
public void digui(){
digui();
}
}
package com.atguigu.exception;
import org.junit.Test;
public class TestOutOfMemoryError {
@Test
public void test02(){
//OutOfMemoryError
//方式一：
int[] arr = new int[Integer.MAX_VALUE];
}
@Test
public void test03(){
//OutOfMemoryError
//方式二：
StringBuilder s = new StringBuilder();
while(true){
s.append("atguigu");
}
}
}
2、运行时异常
package com.atguigu.exception;
import org.junit.Test;
import java.util.Scanner;
public class TestRuntimeException {
@Test
public void test01(){
//NullPointerException
int[][] arr = new int[3][];
System.out.println(arr[0].length);
}
@Test
public void test02(){
//ClassCastException
Object obj = 15;
String str = (String) obj;
}
@Test
public void test03(){
//ArrayIndexOutOfBoundsException
int[] arr = new int[5];
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
System.out.println(arr[i]);
}
}
@Test
public void test04(){
//InputMismatchException
Scanner input = new Scanner(System.in);
System.out.print("请输入一个整数：");//输入非整数
int num = input.nextInt();
input.close();
}
@Test
public void test05(){
int a = 1;
int b = 0;
//ArithmeticException
System.out.println(a/b);
}
}
3、编译时异常
package com.atguigu.exception;
import org.junit.Test;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
public class TestCheckedException {
@Test
public void test06() throws InterruptedException{
Thread.sleep(1000);//休眠1秒
}
@Test
public void test07() throws FileNotFoundException {
FileInputStream fis = new FileInputStream("Java学习秘籍.txt");
}
@Test
public void test08() throws SQLException {
Connection conn = DriverManager.getConnection("....");
}
}
8.2 异常的处理
Java异常处理的五个关键字：try、catch、finally、throw、throws
8.2.1 捕获异常try…catch
1、try…catch基本格式
捕获异常语法如下：
try{
可能发生xx异常的代码
}catch(异常类型1 e){
处理异常的代码1
}catch(异常类型2 e){
处理异常的代码2
}
....
try{}中编写可能发生xx异常的业务逻辑代码。
catch分支，分为两个部分，catch()中编写异常类型和异常参数名，{}中编写如果发生了这个异常，要做什么处理的代码。如果有多个catch分支，并且多个异常类型有父子类关系，必须保证小的子异常类型在上，大的父异常类型在下。
当某段代码可能发生异常，不管这个异常是编译时异常（受检异常）还是运行时异常（非受检异常），我们都可以使用try块将它括起来，并在try块下面编写catch分支尝试捕获对应的异常对象。
- 如果在程序运行时，try块中的代码没有发生异常，那么catch所有的分支都不执行。
- 如果在程序运行时，try块中的代码发生了异常，根据异常对象的类型，将从上到下选择第一个匹配的catch分支执行。此时try中发生异常的语句下面的代码将不执行，而整个try…catch之后的代码可以继续运行。
- 如果在程序运行时，try块中的代码发生了异常，但是所有catch分支都无法匹配（捕获）这个异常，那么JVM将会终止当前方法的执行，并把异常对象“抛”给调用者。如果调用者不处理，程序就挂了。
示例代码：
package com.atguigu.keyword;
public class TestTryCatch {
public static void main(String[] args) {
try {
int a = Integer.parseInt(args[0]);
int b = Integer.parseInt(args[1]);
int result = a/b;
System.out.println("result = " + result);
} catch (NumberFormatException e) {
System.out.println("数字格式不正确，请输入两个整数");
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e){
System.out.println("数字个数不正确，请输入两个整数");
} catch (ArithmeticException e){
System.out.println("第二个整数不能为0");
}
System.out.println("你输入了" + args.length +"个参数。");
System.out.println("你输入的被除数和除数分别是：");
for (int i = 0; i < args.length; i++) {
System.out.print(args[i]+" ");
}
System.out.println();
}
}
2、JDK1.7try…catch新特性
如果多个catch分支的异常处理代码一致，那么在JDK1.7之后还支持如下写法：
try{
可能发生xx异常的代码
}catch(异常类型1 | 异常类型2 e){
处理异常的代码1
}catch(异常类型3 e){
处理异常的代码2
}
....
示例代码：
package com.atguigu.keyword;
public class TestJDK7 {
public static void main(String[] args) {
try {
int a = Integer.parseInt(args[0]);
int b = Integer.parseInt(args[1]);
int result = a/b;
System.out.println("result = " + result);
} catch (NumberFormatException | ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
System.out.println("数字格式不正确，请输入两个整数");
}catch (ArithmeticException e){
System.out.println("第二个整数不能为0");
}
System.out.println("你输入了" + args.length +"个参数。");
System.out.println("你输入的被除数和除数分别是：");
for (int i = 0; i < args.length; i++) {
System.out.print(args[i]+" ");
}
System.out.println();
}
}
3、在catch分支中获取异常信息
如何获取异常信息，Throwable类中定义了一些查看方法:
-
public String getMessage():获取异常的描述信息,原因(提示给用户的时候,就提示错误原因。 -
public void printStackTrace():打印异常的跟踪栈信息并输出到控制台。
包含了异常的类型,异常的原因,还包括异常出现的位置,在开发和调试阶段,都得使用printStackTrace。
8.2.2 finally块
1、finally块
因为异常会引发程序跳转，从而会导致有些语句执行不到。而程序中有一些特定的代码无论异常是否发生，都需要执行。例如，IO流的关闭，数据库连接的断开等。这样的代码通常就会放到finally块中。
try{
}catch(...){
}finally{
无论try中是否发生异常，也无论catch是否捕获异常，也不管try和catch中是否有return语句，都一定会执行
}
或
try{
}finally{
无论try中是否发生异常，也不管try中是否有return语句，都一定会执行。
}
注意:finally不能单独使用。
当只有在try或者catch中调用退出JVM的相关方法，例如System.exit(0),此时finally才不会执行,否则finally永远会执行。
示例代码：
package com.atguigu.keyword;
import java.util.InputMismatchException;
import java.util.Scanner;
public class TestFinally {
public static void main(String[] args) {
Scanner input = new Scanner(System.in);
try {
System.out.print("请输入第一个整数：");
int a = input.nextInt();
System.out.print("请输入第二个整数：");
int b = input.nextInt();
int result = a/b;
System.out.println(a + "/" + b +"=" + result);
} catch (InputMismatchException e) {
System.out.println("数字格式不正确，请输入两个整数");
}catch (ArithmeticException e){
System.out.println("第二个整数不能为0");
} finally {
System.out.println("程序结束，释放资源");
input.close();
}
}
}
2、finally与return
形式一：从try回来
public class TestReturn {
public static void main(String[] args) {
int result = test("12");
System.out.println(result);
}
public static int test(String str){
try{
Integer.parseInt(str);
return 1;
}catch(NumberFormatException e){
return -1;
}finally{
System.out.println("test结束");
}
}
}
形式二：从catch回来
public class TestReturn {
public static void main(String[] args) {
int result = test("a");
System.out.println(result);
}
public static int test(String str){
try{
Integer.parseInt(str);
return 1;
}catch(NumberFormatException e){
return -1;
}finally{
System.out.println("test结束");
}
}
}
形式三：从finally回来
public class TestReturn {
public static void main(String[] args) {
int result = test("a");
System.out.println(result);
}
public static int test(String str){
try{
Integer.parseInt(str);
return 1;
}catch(NumberFormatException e){
return -1;
}finally{
System.out.println("test结束");
return 0;
}
}
}
8.2.3 转换异常处理位置throws
1、throws编译时异常
如果在编写方法体的代码时，某句代码可能发生某个编译时异常，不处理编译不通过，但是在当前方法体中可能不适合处理或无法给出合理的处理方式，就可以通过throws在方法签名中声明该方法可能会发生xx异常，需要调用者处理。
声明异常格式：
修饰符 返回值类型 方法名(参数) throws 异常类名1,异常类名2…{ }
在throws后面可以写多个异常类型，用逗号隔开。
代码演示：
package com.atguigu.keyword;
public class TestThrowsCheckedException {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("上课.....");
try {
afterClass();//换到这里处理异常
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("准备提前上课");
}
System.out.println("上课.....");
}
public static void afterClass() throws InterruptedException {
for(int i=10; i>=1; i--){
Thread.sleep(1000);//本来应该在这里处理异常
System.out.println("距离上课还有：" + i + "分钟");
}
}
}
2、throws运行时异常
当然，throws后面也可以写运行时异常类型，只是运行时异常类型，写或不写对于编译器和程序执行来说都没有任何区别。如果写了，唯一的区别就是调用者调用该方法后，使用try…catch结构时，IDEA可以获得更多的信息，需要添加什么catch分支。
package com.atguigu.keyword;
import java.util.InputMismatchException;
import java.util.Scanner;
public class TestThrowsRuntimeException {
public static void main(String[] args) {
Scanner input = new Scanner(System.in);
try {
System.out.print("请输入第一个整数：");
int a = input.nextInt();
System.out.print("请输入第二个整数：");
int b = input.nextInt();
int result = divide(a,b);
System.out.println(a + "/" + b +"=" + result);
} catch (ArithmeticException | InputMismatchException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
input.close();
}
}
public static int divide(int a, int b)throws ArithmeticException{
return a/b;
}
}
3、方法重写对于throws要求
方法重写时，对于方法签名是有严格要求的：
（1）方法名必须相同
（2）形参列表必须相同
（3）返回值类型
- 基本数据类型和void：必须相同
- 引用数据类型：<=
（4）权限修饰符：>=，而且要求父类被重写方法在子类中是可见的
（5）不能是static，final修饰的方法
（6）throws异常列表要求
- 如果父类被重写方法的方法签名后面没有 “throws 编译时异常类型”，那么重写方法时，方法签名后面也不能出现“throws 编译时异常类型”。
- 如果父类被重写方法的方法签名后面有 “throws 编译时异常类型”，那么重写方法时，throws的编译时异常类型必须<=被重写方法throws的编译时异常类型。
- 方法重写，对于“throws 运行时异常类型”没有要求。
package com.atguigu.keyword;
import java.io.IOException;
public class TestOverride {
}
class Father{
public void method()throws Exception{
System.out.println("Father.method");
}
}
class Son extends Father{
@Override
public void method() throws IOException,ClassCastException {
System.out.println("Son.method");
}
}
8.2.4 异常throw
Java程序的执行过程中如出现异常，会生成一个异常类对象，该异常对象将被提交给Java运行时系统，这个过程称为抛出(throw)异常。异常对象的生成有两种方式：
- 由虚拟机自动生成：程序运行过程中，虚拟机检测到程序发生了问题，就会在后台自动创建一个对应异常类的实例对象并抛出——自动抛出。
- 由开发人员手动创建：new 异常类型(【实参列表】);，如果创建好的异常对象不抛出对程序没有任何影响，和创建一个普通对象一样，但是一旦throw抛出，就会对程序运行产生影响了。
使用格式：
throw new 异常类名(参数);
throw语句抛出的异常对象，和JVM自动创建和抛出的异常对象一样。
- 如果是编译时异常类型的对象，同样需要使用throws或者try…catch处理，否则编译不通过。
- 如果是运行时异常类型的对象，编译器不提示。
- 但是无论是编译时异常类型的对象，还是运行时异常类型的对象，如果没有被try…catch合理的处理，都会导致程序崩溃。
throw语句会导致程序执行流程被改变，throw语句是明确抛出一个异常对象，因此它下面的代码将不会执行，如果当前方法没有try…catch处理这个异常对象，throw语句就会代替return语句提前终止当前方法的执行，并返回一个异常对象给调用者。
package com.atguigu.keyword;
public class TestThrow {
public static void main(String[] args) {
try {
System.out.println(max());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
try {
System.out.println(max(4));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
try {
System.out.println(max(4,2,31,1));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static int max(int... nums){
if(nums == null || nums.length==0){
throw new IllegalArgumentException("没有传入任何整数，无法获取最大值");
}
int max = nums[0];
for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
if(nums[i] > max){
max = nums[i];
}
}
return max;
}
}
8.3 自定义异常
为什么需要自定义异常类:
我们说了Java中不同的异常类,分别表示着某一种具体的异常情况,那么在开发中总是有些异常情况是核心类库中没有定义好的，此时我们需要根据自己业务的异常情况来定义异常类。例如年龄负数问题，考试成绩负数问题等等。
异常类如何定义:
- 自定义一个编译时异常类型：自定义类 并继承
java.lang.Exception。 - 自定义一个运行时异常类型：自定义类 并继承
java.lang.RuntimeException。
注意自定义的异常只能通过throw抛出。
演示自定义异常：
package com.atguigu.define;
public class NotTriangleException extends Exception{
public NotTriangleException() {
}
public NotTriangleException(String message) {
super(message);
}
}
package com.atguigu.define;
public class Triangle {
private double a;
private double b;
private double c;
public Triangle(double a, double b, double c) throws NotTriangleException {
if(a<=0 || b<=0 || c<=0){
throw new NotTriangleException("三角形的边长必须是正数");
}
if(a+b<=c || b+c<=a || a+c<=b){
throw new NotTriangleException(a+"," + b +"," + c +"不能构造三角形，三角形任意两边之后必须大于第三边");
}
this.a = a;
this.b = b;
this.c = c;
}
public double getA() {
return a;
}
public void setA(double a) throws NotTriangleException{
if(a<=0){
throw new NotTriangleException("三角形的边长必须是正数");
}
if(a+b<=c || b+c<=a || a+c<=b){
throw new NotTriangleException(a+"," + b +"," + c +"不能构造三角形，三角形任意两边之后必须大于第三边");
}
this.a = a;
}
public double getB() {
return b;
}
public void setB(double b) throws NotTriangleException {
if(b<=0){
throw new NotTriangleException("三角形的边长必须是正数");
}
if(a+b<=c || b+c<=a || a+c<=b){
throw new NotTriangleException(a+"," + b +"," + c +"不能构造三角形，三角形任意两边之后必须大于第三边");
}
this.b = b;
}
public double getC() {
return c;
}
public void setC(double c) throws NotTriangleException {
if(c<=0){
throw new NotTriangleException("三角形的边长必须是正数");
}
if(a+b<=c || b+c<=a || a+c<=b){
throw new NotTriangleException(a+"," + b +"," + c +"不能构造三角形，三角形任意两边之后必须大于第三边");
}
this.c = c;
}
@Override
public String toString() {
return "Triangle{" +
"a=" + a +
", b=" + b +
", c=" + c +
'}';
}
}
package com.atguigu.define;
public class TestTriangle {
public static void main(String[] args) {
Triangle t = null;
try {
t = new Triangle(2,2,3);
System.out.println("三角形创建成功：");
System.out.println(t);
} catch (NotTriangleException e) {
System.err.println("三角形创建失败");
e.printStackTrace();
}
try {
if(t != null) {
t.setA(1);
}
System.out.println("三角形边长修改成功");
} catch (NotTriangleException e) {
System.out.println("三角形边长修改失败");
e.printStackTrace();
}
}
}
8.4 感悟
