11.认识异常

本节目标

1.异常概念与体系结构

2.异常的处理方式

3.异常的处理流程

4.自定义异常类

1.异常的概念与体系结构

1.1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,比如:

1.算术异常

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

从上述过程中可以看到,Java中不同类型的异常,都有与其对应的类来进行描述

1.2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内部北湖了一个异常的体系结构

从上图中可以看到:

1.Throwable:是异常体系的顶层类,其派生出两个重要的子类:Error和Exception

2.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。

3.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.

1.3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

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

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 (Unchecked Exception)

RunTimeException 以及其子类对应的异常，都称为运行时异常 。比如： NullPointerException 、

ArrayIndexOutOfBoundsException 、 ArithmeticException 。

注意： 编译时出现的语法性错误，不能称之为异常。例如将 System.out.println 拼写错了 , 写成了

system.out.println. 此时编译过程中就会出错 , 这是 " 编译期 " 出错。而运行时指的是程序已经编译通过得到class 文件了 , 再由 JVM 执行过程中出现的错误

2.异常的处理

2.1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 : Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查 . 即： 事前防御型

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;
}
.....

缺陷：正常流程和错误处理流程代码混在一起 , 代码整体显的比较混乱。

2. 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 . 即： 事后认错型

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 。

注意: 在 Java 中， 异常处理主要的 5 个关键字： throw 、 try 、 catch 、 final 、 throws 。

2.2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");

【需求】：实现一个获取数组中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 ArrayIndexOutOfBounds Exception("传递的数组下标越界");
}

return array[index];
}

publi static void main(String[] args){
  int[] array = {1,2,3};
  getElement(array,3);
}

注意事项:

1.throw必须写在方法体内部.

2.抛出的对象必须是Exception或者Exception的子类对象

3.如果抛出的是RunTimeException或者RunTime Exception的子类,则可以不用处理,直接交给JVM 来处理

4.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

5.异常一旦抛出,其后的代码就不会执行

2.3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.

2.3.1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...{

}

需求：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:

1.throws必须跟在方法的参数列表之后

2.声明的异常必须是Exception后者Exception的子类

3.方法内部如果抛出多个异常,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,则直接声明父类即可.

public class Config {
File file;
// public void OpenConfig(String filename) throws IOException,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(){
}
}

4. 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");
}

将光标放在抛出异常方法上， alt + Insert 快速处理：

2.3.2 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(调用抛出异常的方法的方法)，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,此处的catch捕获异常类型与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,继续执行后续代码
}[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
]}


//后续代码
//当异常被捕获到时,异常就被处理了,这里的后续代码一定会执行
//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果

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：

1.try块内抛出异常位置之后的代码将不会被执行

2.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(Sting[] 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(即抛出的数组下标越界异常)无法被捕获到
   e.printStakTrace();
}


System.out.println("后序代码“);  //因此后续代码并不会执行
}

Exception in thread"main"java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException:3
at day20210917.ArrayOperator.main(ArrayOperator.java:24)

}

※注:因为所抛出的异常(数组下标越界异常)没有相对应的catch来捕获,Java运行时环境(JRE)会认为这是一个未处理的错误情况,因此为了防止程序在错误状态下继续执行并产生不可预测的后果,JRE会终端当前线程.这是一种安全机制,确保程序不会再不稳定或错误的状态下继续运行.所以后序代码并不会执行.

3.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]);   //数组下标越界为空
    System.out.println("after");
}catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){
  System.ouut.println("这是个数组下标越界异常");
   e.printStackTrace();
}catch(Null{ointerException e){
 System.out.println("这个是空指针异常");
  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可以捕获所有的异常
  e.printStackTrace();
}catch(NullPointerException){   //永远都被捕获执行到
  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的所有异常

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

2.3.3 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,可能会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,这里的代码也会被执行

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?

需求:实现getData方法,内部输入一个整型数字,然后将该数字返回,并在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中的代码");
}


System.out.println("try-catch-finally之后的代码");
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是:
100
finally中的代码
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之后代码根本就没有执行,

即输入流就没有被释放,造成资源泄露.

注意:finally中的代码一定会执行,一般在finally中进行一些资源清理的扫除工作.

//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

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中的内容).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.(故结果为B)

一般我们不建议在finally中写return(会被编译当作一个警告).

面试题:

1.throw和thows的区别? throw为手动抛出异常所借助的关键字,而throws为方法声明(异常)

2.finally中的语句一定会执行吗?

2.4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 . 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

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(return)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mian方法也没有合适的代码处理异常,就会交给JVM来进行处理,,此程序就会异常终止

3.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.

例如 , 我们实现一个用户登陆功能 .

public class Logln{


 private String userName = "admin";
 private String password = "123456";

public static void loginInfo(String userName,String password){
  if(!userName.equals(userName)){

}
if(!password.equals(password)){


}
System.out.println("登录成功");
}


public static void main(String[] args){
  loginInfo("admin","123456");
 }
}

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.

具体方式:

1.自定义异常类,然后继承Exception或者RunTime Exception

2.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

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


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

此时我们的login代码可以改成:

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(uerName)){
  throw new UserNameException("用户名错误");
}
if(!password.equals(password)){
  throw new PasswordException("密码错误");
}
System.out.println("登录成功");
}


public static void main(String[] args){
  try{
      loginInfo("admin","123456");
}catch(UserNameException e){
  e.printStackTrace();
}catch(PasswordException e){
  e.printStackTrace();
   }
  }
}

注意事项:

·自定义异常通常会继承自Exception或者RuntimeException

·继承自Exception的异常默认为是受查异常

·继承自RuntimeException的异常默认是非受查异常