Java提高篇——Java 异常处理

阅读目录

异常的概念
异常的体系结构
Java 异常的处理机制
异常处理的基本语法
异常链
自定义异常
总结

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异常的概念

异常是程序中的一些错误，但并不是所有的错误都是异常，并且错误有时候是可以避免的。

比如说，你的代码少了一个分号，那么运行出来结果是提示是错误java.lang.Error；如果你用System.out.println(11/0)，那么你是因为你用0做了除数，会抛出java.lang.ArithmeticException的异常。

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。

这些异常有的是因为用户错误引起，有的是程序错误引起的，还有其它一些是因为物理错误引起的。-

要理解Java异常处理是如何工作的，你需要掌握以下三种类型的异常：

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。

异常指不期而至的各种状况，如：文件找不到、网络连接失败、除0操作、非法参数等。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。

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异常的体系结构

Java把异常当作对象来处理，并定义一个基类java.lang.Throwable作为所有异常的超类。

在Java API中已经定义了许多异常类，这些异常类分为两大类，错误Error和异常Exception。

Java异常层次结构图如下图所示：

从图中可以看出所有异常类型都是内置类Throwable的子类，因而Throwable在异常类的层次结构的顶层。

接下来Throwable分成了两个不同的分支，一个分支是Error，它表示不希望被程序捕获或者是程序无法处理的错误。另一个分支是Exception，它表示用户程序可能捕捉的异常情况或者说是程序可以处理的异常。其中异常类Exception又分为运行时异常(RuntimeException)和非运行时异常。

Java异常又可以分为不受检查异常（Unchecked Exception）和检查异常（Checked Exception）。

下面将详细讲述这些异常之间的区别与联系：

Error：Error类对象由 Java 虚拟机生成并抛出，大多数错误与代码编写者所执行的操作无关。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；还有发生在虚拟机试图执行应用时，如类定义错误（NoClassDefFoundError）、链接错误（LinkageError）。这些错误是不可查的，因为它们在应用程序的控制和处理能力之外，而且绝大多数是程序运行时不允许出现的状况。对于设计合理的应用程序来说，即使确实发生了错误，本质上也不应该试图去处理它所引起的异常状况。在Java中，错误通常是使用Error的子类描述。
Exception：在Exception分支中有一个重要的子类RuntimeException（运行时异常），该类型的异常自动为你所编写的程序定义ArrayIndexOutOfBoundsException（数组下标越界）、NullPointerException（空指针异常）、ArithmeticException（算术异常）、MissingResourceException（丢失资源）、ClassNotFoundException（找不到类）等异常，这些异常是不检查异常，程序中可以选择捕获处理，也可以不处理。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生；而RuntimeException之外的异常我们统称为非运行时异常，类型上属于Exception类及其子类，从程序语法角度讲是必须进行处理的异常，如果不处理，程序就不能编译通过。如IOException、SQLException等以及用户自定义的Exception异常，一般情况下不自定义检查异常。

注意

Error和Exception的区别：Error通常是灾难性的致命的错误，是程序无法控制和处理的，当出现这些异常时，Java虚拟机（JVM）一般会选择终止线程；Exception通常情况下是可以被程序处理的，并且在程序中应该尽可能的去处理这些异常。

检查异常：在正确的程序运行过程中，很容易出现的、情理可容的异常状况，在一定程度上这种异常的发生是可以预测的，并且一旦发生该种异常，就必须采取某种方式进行处理。

♠提示

除了RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类都属于检查异常，当程序中可能出现这类异常，要么使用try-catch语句进行捕获，要么用throws子句抛出，否则编译无法通过。

不受检查异常：包括RuntimeException及其子类和Error。

♠提示

不受检查异常为编译器不要求强制处理的异常，检查异常则是编译器要求必须处置的异常。

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Java 异常的处理机制

Java的异常处理本质上是抛出异常和捕获异常。

抛出异常：要理解抛出异常，首先要明白什么是异常情形（exception condition），它是指阻止当前方法或作用域继续执行的问题。其次把异常情形和普通问题相区分，普通问题是指在当前环境下能得到足够的信息，总能处理这个错误。对于异常情形，已经无法继续下去了，因为在当前环境下无法获得必要的信息来解决问题，你所能做的就是从当前环境中跳出，并把问题提交给上一级环境，这就是抛出异常时所发生的事情。抛出异常后，会有几件事随之发生。首先，是像创建普通的java对象一样将使用new在堆上创建一个异常对象；然后，当前的执行路径（已经无法继续下去了）被终止，并且从当前环境中弹出对异常对象的引用。此时，异常处理机制接管程序，并开始寻找一个恰当的地方继续执行程序，这个恰当的地方就是异常处理程序或者异常处理器，它的任务是将程序从错误状态中恢复，以使程序要么换一种方式运行，要么继续运行下去。

举个简单的例子，假使我们创建了一个学生对象Student的一个引用stu,在调用的时候可能还没有初始化。所以在使用这个对象引用调用其他方法之前，要先对它进行检查，可以创建一个代表错误信息的对象，并且将它从当前环境中抛出，这样就把错误信息传播到更大的环境中。

if(stu == null){
    throw new NullPointerException();
}

这就抛出了异常，它将在其他的地方得到执行或者处理，具体是哪个地方后面将很快介绍，代码中出现的 throw 是一个关键字，暂时先不做过多讲解，后面会详细讲解。

捕获异常：在方法抛出异常之后，运行时系统将转为寻找合适的异常处理器（exception handler）。潜在的异常处理器是异常发生时依次存留在调用栈中的方法的集合。当异常处理器所能处理的异常类型与方法抛出的异常类型相符时，即为合适的异常处理器。运行时系统从发生异常的方法开始，依次回查调用栈中的方法，直至找到含有合适异常处理器的方法并执行。当运行时系统遍历调用栈而未找到合适的异常处理器，则运行时系统终止。同时，意味着Java程序的终止。

提示

对于运行时异常、错误和检查异常，Java技术所要求的异常处理方式有所不同。

由于运行时异常及其子类的不可查性，为了更合理、更容易地实现应用程序，Java规定，运行时异常将由Java运行时系统自动抛出，允许应用程序忽略运行时异常。

对于方法运行中可能出现的Error，当运行方法不欲捕捉时，Java允许该方法不做任何抛出声明。因为，大多数Error异常属于永远不能被允许发生的状况，也属于合理的应用程序不该捕捉的异常。

对于所有的检查异常，Java规定：一个方法必须捕捉，或者声明抛出方法之外。也就是说，当一个方法选择不捕捉检查异常时，它必须声明将抛出异常。

Java异常处理涉及到五个关键字，分别是：try、catch、finally、throw、throws。下面将骤一介绍，通过认识这五个关键字，掌握基本异常处理知识。

　　• try   -- 用于监听。将要被监听的代码(可能抛出异常的代码)放在try语句块之内，当try语句块内发生异常时，异常就被抛出。
　　• catch   -- 用于捕获异常。catch用来捕获try语句块中发生的异常。
　　• finally  -- finally语句块总是会被执行。它主要用于回收在try块里打开的物力资源(如数据库连接、网络连接和磁盘文件)。只有finally块，执行完成之后，才会回来执行try或者catch块中的return或者throw语句，如果finally中使用了return或者throw等终止方法的语句，则就不会跳回执行，直接停止。
　　• throw   -- 用于抛出异常。
　　• throws -- 用在方法签名中，用于声明该方法可能抛出的异常。

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异常处理的基本语法

1. try-catch

try{
    //code that might generate exceptions    
}catch(Exception e){
    //the code of handling exception1
}catch(Exception e){
    //the code of handling exception2
}

要明白异常捕获，还要理解监控区域（guarded region）的概念。它是一段可能产生异常的代码，并且后面跟着处理这些异常的代码。

因而可知，上述try-catch所描述的即是监控区域，关键词try后的一对大括号将一块可能发生异常的代码包起来，即为监控区域。Java方法在运行过程中发生了异常，则创建异常对象。将异常抛出监控区域之外，由Java运行时系统负责寻找匹配的catch子句来捕获异常。若有一个catch语句匹配到了，则执行该catch块中的异常处理代码，就不再尝试匹配别的catch块了。

匹配的原则是：如果抛出的异常对象属于catch子句的异常类，或者属于该异常类的子类，则认为生成的异常对象与catch块捕获的异常类型相匹配。

举个例子算术异常：

public class TestException {  
    public static void main(String[] args) {  
        int a = 1;  
        int b = 0;  
        try { // try监控区域               
            if (b == 0) throw new ArithmeticException(); // 通过throw语句抛出异常  
            System.out.println("a/b的值是：" + a / b);  
            System.out.println("this will not be printed!");
        }  
        catch (ArithmeticException e) { // catch捕捉异常  
            System.out.println("程序出现异常，变量b不能为0！");  
        }  
        System.out.println("程序正常结束。");  
    }  
}

运行结果：

D:\java>java TestException
 
程序出现异常，变量b不能为0！

程序正常结束。

显示一个异常的描述，Throwable重载了toString()方法（由Object定义），所以它将返回一个包含异常描述的字符串。例如，将前面的catch块重写成：
catch (ArithmeticException e) { // catch捕捉异常  
    System.out.println("程序出现异常"+e);  
} 
结果：
D:\java>java TestException

程序出现异常java.lang.ArithmeticException

程序正常结束。

根据前面讲述的，算术异常属于运行时异常，因而实际上该异常不需要程序抛出，运行时系统自动抛出，将例子改为如下：

public class TestException {  
    public static void main(String[] args) {  
        int a = 1;  
        int b = 0;    
        System.out.println("a/b的值是：" + a / b);
        System.out.println("this will not be printed!");
    }  
}

结果：

D:\java>java TestException

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at TestException.main(TestException.java:7)

使用多重的catch语句：很多情况下，由单个的代码段可能引起多个异常。处理这种情况，我们需要定义两个或者更多的catch子句，每个子句捕获一种类型的异常，当异常被引发时，每个catch子句被依次检查，第一个匹配异常类型的子句执行，当一个catch子句执行以后，其他的子句将被旁路。

编写多重catch语句块注意事项：

　　顺序问题：先小后大，即先子类后父类

Java通过异常类描述异常类型。对于有多个catch子句的异常程序而言，应该尽量将捕获底层异常类的catch子句放在前面，同时尽量将捕获相对高层的异常类的catch子句放在后面。否则，捕获底层异常类的catch子句将可能会被屏蔽。

RuntimeException异常类包括运行时各种常见的异常，ArithmeticException类和ArrayIndexOutOfBoundsException类都是它的子类。因此，RuntimeException异常类的catch子句应该放在最后面，否则可能会屏蔽其后的特定异常处理或引起编译错误。

嵌套try语句：try语句可以被嵌套。也就是说，一个try语句可以在另一个try块的内部。每次进入try语句，异常的前后关系都会被推入堆栈。如果一个内部的try语句不含特殊异常的catch处理程序，堆栈将弹出，下一个try语句的catch处理程序将检查是否与之匹配。这个过程将继续直到一个catch语句被匹配成功，或者是直到所有的嵌套try语句被检查完毕。如果没有catch语句匹配，Java运行时系统将处理这个异常。

例如：

class NestTry{
    public static void main(String[] args){
        try{
            int a = args.length;
            int b = 42 / a;
            System.out.println("a = "+ a);
            try{
                if(a == 1){
                a = a/(a-a);
                }
                if(a == 2){
                    int c[] = {1};
                    c[42] =99;
                }
            }catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){
                System.out.println("ArrayIndexOutOfBounds :"+e);
            }    
        }catch(ArithmeticException e){
            System.out.println("Divide by 0"+ e);
        }
    }
}

正如程序中所显示的，该程序在一个try块中嵌套了另一个try块。程序工作如下：当你在没有命令行参数的情况下执行该程序，外面的try块将产生一个被0除的异常。程序在有一个命令行参数条件下执行，由嵌套的try块产生一个被0除的异常，由于内部的catch块不匹配这个异常，它将把异常传给外部的try块，在外部异常被处理。如果你在具有两个命令行参数的条件下执行该程序，将由内部try块产生一个数组边界异常。

结果：

D:\java>javac estTry.java

D:\java>>java NestTry

Divide by 0 java.lang.ArithmeticExceptio: / by zero

D:\java>java NestTry one

a = 1

Divide by 0java.lang.ArithmeticException: / by zero

D:\java>java NestTry one two

a = 2

ArrayIndexOutOfBounds :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 42

注意：当有方法调用时，try语句的嵌套可以很隐蔽的发生。例如，我们可以将对方法的调用放在一个try块中。在该方法的内部，有另一个try语句。在这种情况下，方法内部的try仍然是嵌套在外部调用该方法的try块中的。下面我们将对上述例子进行修改，嵌套的try块移到方法nesttry()的内部：

class NestTry{
    static void nesttry(int a){
        try{
            if(a == 1){
                a = a/(a-a);
            }
            if(a == 2){
                int c[] = {1};
                c[42] =99;
            }
        }catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){
            System.out.println("ArrayIndexOutOfBounds :"+e);
        }    
    }
    public static void main(String[] args){
        try{
            int a = args.length;
            int b = 42 / a;
            System.out.println("a = "+ a);
            nesttry(a);
        }catch(ArithmeticException e){
            System.out.println("Divide by 0"+ e);
        }
    }
}

结果输出与前面例子一致：

D:\java>javac NestTry.java

D:\java>java NestTry

Divide by 0java.lang.ArithmeticException: / by zero

D:\java>java NestTry one

a = 1

Divide by 0java.lang.ArithmeticException: / by zero

D:\java>java NestTry one two

a = 2

ArrayIndexOutOfBounds :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 42

2. throw

到目前为止，我们只是获取了被Java运行时系统引发的异常。然而，我们还可以用throw语句抛出明确的异常。Throw的语法形式如下：

throw ThrowableInstance;

这里的ThrowableInstance一定是Throwable类类型或者Throwable子类类型的一个对象。简单的数据类型，例如int，char,以及非Throwable类，例如String或Object，不能用作异常。有两种方法可以获取Throwable对象：在catch子句中使用参数或者使用new操作符创建。

程序执行完throw语句之后立即停止；throw后面的任何语句不被执行，最邻近的try块用来检查它是否含有一个与异常类型匹配的catch语句。如果发现了匹配的块，控制转向该语句；如果没有发现，次包围的try块来检查，以此类推。如果没有发现匹配的catch块，默认异常处理程序中断程序的执行并且打印堆栈轨迹。

例如：

class TestThrow{
    static void proc(){
        try{
            throw new NullPointerException("demo");
        }catch(NullPointerException e){
            System.out.println("Caught inside proc");
            throw e;
        }
    }

    public static void main(String [] args){
        try{
            proc();
        }catch(NullPointerException e){
            System.out.println("Recaught: "+e);
        }
    }
}

结果：

D:\java>java TestThrow

Caught inside proc

Recaught: java.lang.NullPointerException: demo

https://blog.csdn.net/weixin_54217348/article/details/136772215?spm=1001.2100.3001.7377&utm_medium=distribute.pc_feed_blog_category.none-task-blog-classify_tag-2-136772215-null-null.nonecase&depth_1-utm_source=distribute.pc_feed_blog_category.none-task-blog-classify_tag-2-136772215-null-null.nonecase