Java中的程序异常处理介绍

一、异常处理机制

Java提供了更加优秀的解决办法：异常处理机制。

异常处理机制能让程序在异常发生时，按照代码的预先设定的异常处理逻辑，针对性地处理异常，让程序尽最大可能恢复正常并继续执行，且保持代码的清晰。

Java中的异常可以是函数中的语句执行时引发的，也可以是程序员通过throw 语句手动抛出的，只要在Java程序中产生了异常，就会用一个对应类型的异常对象来封装异常，JRE就会试图寻找异常处理程序来处理异常。

Throwable类是Java异常类型的顶层父类，一个对象只有是 Throwable 类的（直接或者间接）实例，他才是一个异常对象，才能被异常处理机制识别。JDK中内建了一些常用的异常类，我们也可以自定义异常。

二、Java异常的分类和类结构图

在 Java 中，所有的异常都有一个共同的祖先java.lang包中的 Throwable类。Throwable：有两个重要的子类：Exception（异常）和 Error（错误），二者都是 Java 异常处理的重要子类，各自都包含大量子类。

Error（错误）：这种类型的错误是程序无法处理的错误，表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的操作无关，而表示代码运行时 JVM（Java 虚拟机）出现的问题。例如，Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError），当 JVM 不再有继续执行操作所需的内存资源时，将出现 OutOfMemoryError。这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。

Exception（异常）：这种类型的错误是程序本身可以处理的异常。Exception 类有一个重要的子类 RuntimeException。RuntimeException 异常由Java虚拟机抛出。NullPointerException（要访问的变量没有引用任何对象时，抛出该异常）、ArithmeticException（算术运算异常，一个整数除以0时，抛出该异常）和 ArrayIndexOutOfBoundsException （下标越界异常）。

注意：异常和错误的区别：异常能被程序本身可以处理，错误是无法处理。

总体上我们根据Javac对Exception异常的处理要求，将异常类分为2类。

2.1、检查异常（IOException）

检查异常（checked exception）：除了Error 和 RuntimeException的其它异常。javac强制要求程序员为这样的异常做预备处理工作（使用try…catch…finally或者throws）。在方法中要么用try-catch语句捕获它并处理，要么用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。这样的异常一般是由程序的运行环境导致的。因为程序可能被运行在各种未知的环境下，而程序员无法干预用户如何使用他编写的程序，于是程序员就应该为这样的异常时刻准备着。如SQLException , IOException,ClassNotFoundException 等。

2.2、非检查异常（RuntimeException）

非检查异常（unckecked exception）：Error 和 RuntimeException 以及他们的子类。javac在编译时，不会提示和发现这样的异常，不要求在程序处理这些异常。所以如果愿意，我们可以编写代码处理（使用try…catch…finally）这样的异常，也可以不处理。对于这些异常，我们应该修正代码，而不是去通过异常处理器处理。这样的异常发生的原因多半是代码写的有问题。如除0错误ArithmeticException，错误的强制类型转换错误ClassCastException，数组索引越界ArrayIndexOutOfBoundsException，使用了空对象NullPointerException等等。

三、初识异常

下面的代码会演示2个异常类型：ArithmeticException 和 InputMismatchException。前者由于整数除0引发，后者是输入的数据不能被转换为int类型引发。

package com.example;
import java. util .Scanner ;
public class AllDemo{

      public static void main (String [] args ){
            System . out. println( "----欢迎使用命令行除法计算器----" ) ;
            CMDCalculate ();
      }
      
      public static void CMDCalculate () {
            Scanner scan = new Scanner ( System. in );
            int num1 = scan .nextInt () ;
            int num2 = scan .nextInt () ;
            int result = devide (num1 , num2 ) ;
            System . out. println( "result:" + result) ;
            scan .close () ;
      }
      public static int devide (int num1, int num2 ){
            return num1 / num2 ;
      }
}

在控制台输入0，0

----欢迎使用命令行除法计算器----
0
0
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at com.example.java.execption.AllDemoExecption.devide(AllDemoExecption.java:22)
    at com.example.java.execption.AllDemoExecption.CMDCalculate(AllDemoExecption.java:16)
    at com.example.java.execption.AllDemoExecption.main(AllDemoExecption.java:9)

在控制台输入0，z

----欢迎使用命令行除法计算器----
0
z
Exception in thread "main" java.util.InputMismatchException
    at java.util.Scanner.throwFor(Scanner.java:864)
    at java.util.Scanner.next(Scanner.java:1485)
    at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2117)
    at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2076)
    at com.example.java.execption.AllDemoExecption.CMDCalculate(AllDemoExecption.java:15)
    at com.example.java.execption.AllDemoExecption.main(AllDemoExecption.java:9)

异常是在执行某个函数时引发的，而函数又是层级调用，形成调用栈的，因为，只要一个函数发生了异常，那么他的所有的caller都会被异常影响。当这些被影响的函数以异常信息输出时，就形成的了异常追踪栈。

异常最先发生的地方，叫做异常抛出点。

从上面的例子可以看出，当devide函数发生除0异常时，devide函数将抛出ArithmeticException异常，因此调用他的CMDCalculate函数也无法正常完成，因此也发送异常，而CMDCalculate的caller——main 因为CMDCalculate抛出异常，也发生了异常，这样一直向调用栈的栈底回溯。这种行为叫做异常的冒泡，异常的冒泡是为了在当前发生异常的函数或者这个函数的caller中找到最近的异常处理程序。由于这个例子中没有使用任何异常处理机制，因此异常最终由main函数抛给JRE，导致程序终止。

上面的代码不使用异常处理机制，也可以顺利编译，因为2个异常都是非检查异常。但是下面的例子就必须使用异常处理机制，因为异常是检查异常。

代码中我选择使用throws声明异常，让函数的调用者去处理可能发生的异常。但是为什么只throws了IOException呢？因为FileNotFoundException是IOException的子类，在处理范围内。

@Test
public void testException() throws IOException
{
    //FileInputStream的构造函数会抛出FileNotFoundException
    FileInputStream fileIn = new FileInputStream("E:\\a.txt");
 
    int word;
    //read方法会抛出IOException
    while((word =  fileIn.read())!=-1) 
    {
        System.out.print((char)word);
    }
    //close方法会抛出IOException
    fileIn.clos
}

四、异常处理的基本语法

在编写代码处理异常时，对于检查异常，有2种不同的处理方式：使用try…catch…finally语句块处理它。或者，在函数签名中使用throws 声明交给函数调用者caller去解决。

4.1、try…catch…finally语句块

try{
     //try块中放可能发生异常的代码。
     //如果执行完try且不发生异常，则接着去执行finally块和finally后面的代码（如果有的话）。
     //如果发生异常，则尝试去匹配catch块。
 
}catch(SQLException e){
    //每一个catch块用于捕获并处理一个特定的异常，或者这异常类型的子类。Java7中可以将多个异常声明在一个catch中。
    //catch后面的括号定义了异常类型和异常参数。如果异常与之匹配且是最先匹配到的，则虚拟机将使用这个catch块来处理异常。
    //在catch块中可以使用这个块的异常参数来获取异常的相关信息。异常参数是这个catch块中的局部变量，其它块不能访问。
    //如果当前try块中发生的异常在后续的所有catch中都没捕获到，则先去执行finally，然后到这个函数的外部caller中去匹配异常处理器。
    //如果try中没有发生异常，则所有的catch块将被忽略。
 
}catch(Exception exception){
    //...
}finally{
 
    //finally块通常是可选的。
   //无论异常是否发生，异常是否匹配被处理，finally都会执行。
   //一个try至少要有一个catch块，否则， 至少要有1个finally块。但是finally不是用来处理异常的，finally不会捕获异常。
  //finally主要做一些清理工作，如流的关闭，数据库连接的关闭等。 
}

需要注意的地方

try 块：用于捕获异常。其后可接零个或多个catch块，如果没有catch块，则必须跟一个finally块。
catch 块：用于处理try捕获到的异常。
finally 块：无论是否捕获或处理异常，finally块里的语句都会被执行。当在try块或catch块中遇到return语句时，finally语句块将在方法返回之前被执行。

在以下4种特殊情况下，finally块不会被执行：

在finally语句块第一行发生了异常。因为在其他行，finally块还是会得到执行
在前面的代码中用了System.exit(int)已退出程序。 exit是带参函数；若该语* 句在异常语句之后，finally会执行
程序所在的线程死亡。
关闭CPU。

如果try语句里有return，返回的是try语句块中变量值。详细执行过程如下：

如果有返回值，就把返回值保存到局部变量中；
执行jsr指令跳到finally语句里执行；
执行完finally语句后，返回之前保存在局部变量表里的值。
如果try，finally语句里均有return，忽略try的return，而使用finally的return。

4.2、throws 函数声明

throws声明：如果一个方法内部的代码会抛出检查异常（checked exception），而方法自己又没有完全处理掉，则javac保证你必须在方法的签名上使用throws关键字声明这些可能抛出的异常，否则编译不通过。

throws是另一种处理异常的方式，它不同于try…catch…finally，throws仅仅是将函数中可能出现的异常向调用者声明，而自己则不具体处理。

采取这种异常处理的原因可能是：方法本身不知道如何处理这样的异常，或者说让调用者处理更好，调用者需要为可能发生的异常负责。

public void foo() throws ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN{ 
     //foo内部可以抛出 ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN 类的异常，或者他们的子类的异常对象。
}

4.3、finally块

inally块不管异常是否发生，只要对应的try执行了，则它一定也执行。只有一种方法让finally块不执行：System.exit()。因此finally块通常用来做资源释放操作：关闭文件，关闭数据库连接等等。

良好的编程习惯是：在try块中打开资源，在finally块中清理释放这些资源。

需要注意的地方:

1、finally块没有处理异常的能力。处理异常的只能是catch块。

2、在同一try…catch…finally块中，如果try中抛出异常，且有匹配的catch块，则先执行catch块，再执行finally块。如果没有catch块匹配，则先执行finally，然后去外面的调用者中寻找合适的catch块。

3、在同一try…catch…finally块中，try发生异常，且匹配的catch块中处理异常时也抛出异常，那么后面的finally也会执行：首先执行finally块，然后去外围调用者中寻找合适的catch块。

这是正常的情况，但是也有特例。关于finally有很多恶心，偏、怪、难的问题，我在本文最后统一介绍了。

4.4、throw 异常抛出语句

throw exceptionObject

程序员也可以通过throw语句手动显式的抛出一个异常。throw语句的后面必须是一个异常对象。

throw 语句必须写在函数中，执行throw 语句的地方就是一个异常抛出点，它和由JRE自动形成的异常抛出点没有任何差别。

public void save(User user){
      if(user  == null) 
          throw new IllegalArgumentException("User对象为空");
      //......
}

五、自定义异常

如果要自定义异常类，则扩展Exception类即可，因此这样的自定义异常都属于检查异常（checked exception）。如果要自定义非检查异常，则扩展自RuntimeException。

按照国际惯例，自定义的异常应该总是包含如下的构造函数：

一个无参构造函数
一个带有String参数的构造函数，并传递给父类的构造函数。
一个带有String参数和Throwable参数，并都传递给父类构造函数
一个带有Throwable 参数的构造函数，并传递给父类的构造函数。

下面是IOException类的完整源代码，可以借鉴。

public class IOException extends Exception{
    static final long serialVersionUID = 7818375828146090155L;
 
    public IOException(){
        super();
    }
 
    public IOException(String message){
        super(message);
    }
 
    public IOException(String message, Throwable cause){
        super(message, cause);
    }
 
    public IOException(Throwable cause){
        super(cause);
    }
}