解析Java异常机制：捕获编程中的错误，保障代码稳定性

工作中，程序遇到的情况不可能完美。比如：程序要打开某个文件，这个文件可能不存在或者文件格式不对；程序在运行着，但是内存或硬盘可能满了等等。

软件程序在运行过程中，非常可能遇到刚刚提到的这些问题，我们称之为异常，英文是：Exception，意思是例外。遇到这些例外情况，或者叫异常，我们怎么让写的程序做出合理的处理，安全的退出，而不至于程序崩溃呢？下面我就来介绍一下：

- ⭐ 异常机制
- ⭐ 异常（Exception）的概念
- ⭐ 异常分类
- ⭐ CheckedException 已检查异常
- ⭐ 异常的处理方式之一：捕获异常
- ⭐ 异常的处理方式之二：声明异常（throws 子句）
- ⭐ 如何利用百度解决异常问题
- ⭐ IDEA 调试 debug

⭐ 异常机制

如果我们要拷贝一个文件，在没有异常机制的情况下，我们需要考虑各种异常情况，伪
代码如下：

【示例】伪代码：使用 if 处理程序中可能出现的各种情况
在这里插入图片描述
这种方式，有两个坏处：

逻辑代码和错误处理代码放一起！
程序员本身需要考虑的例外情况较复杂，对程序员本身要求较高！
如上情况，如果是用 Java 的异常机制来处理，对比如下：
```
 异常机制本质
 当程序出现异常，程序安全的退出、处理完后继续执行的机制
```

⭐ 异常（Exception）的概念

异常指程序运行过程中出现的非正常现象，例如除数为零、需要处理的文件不存在、数组下标越界等。

在 Java 的异常处理机制中，引进了很多用来描述和处理异常的类，称为异常类。异常类定义中包含了该类异常的信息和对异常进行处理的方法。

我们开始看我们的第一个异常对象，并分析一下异常机制是如何工作的。

【示例】异常的分析

public class Test {
 public static void main(String[] args) {
 System.out.println("111");
 int a = 1/0;
 System.out.println("222");
 }
}

执行结果如下所示：
在这里插入图片描述

根据结果，我们可以看到执行“1/0”时发生了异常，程序终止了，没有执行后面的打印“222”的动作。

如果我们使用 try-catch 来处理，程序遇到异常可以正常的处理，处理完成后，程序继续往下执行：

public class Test {
 public static void main(String[] args) {
 System.out.println("111");
 try {
 int a = 1/0;
 } catch (Exception e) {
 e.printStackTrace();
 }
 System.out.println("222");
 }
}

执行结果如下：
在这里插入图片描述

程序在执行“1/0”仍然遇到异常，然后进行 try-catch 处理。处理完毕后，程序继续往下执行，打印了“222”内容。

Java 是采用面向对象的方式来处理异常的。处理过程：

⭐	抛出异常：在执行一个方法时，如果发生异常，则这个方法生成代表该异常的一个对象，停止当前执行路径，并把异常对象提交给 JRE。
⭐	捕获异常：JRE 得到该异常后，寻找相应的代码来处理该异常。JRE 在方法的调用栈中查找，从生成异常的方法开始回溯，直到找到相应的异常处理代码为止。

⭐ 异常分类

Java 中定义了很多异常类，这些类对应了各种各样可能出现的异常事件，所有异常对象都是派生于 Throwable 类的一个实例。如果内置的异常类不能够满足需要，还可以创建自己的异常类。

Java 对异常进行了分类，不同类型的异常分别用不同的 Java 类表示，所有异常的根类为 java.lang.Throwable，Throwable 下面又派生了两个子类：Error 和Exception。Java异常类的层次结构如图所示：
在这里插入图片描述

Error

Error 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。

Error 表明系统 JVM 已经处于不可恢复的崩溃状态中。
在这里插入图片描述

Error 与 Exception 的区别
⭐	我开着车走在路上，一头猪冲在路中间，我刹车。这叫一个异常。
⭐	我开着车在路上，发动机坏了，我停车，这叫错误。系统处于不可恢复的崩溃状态。发动机什么时候坏？我们普通司机能管吗？不能。发动机什么时候坏是汽车厂发动机制造商的事。

Exception

Exception 是程序本身能够处理的异常。

Exception 类是所有异常类的父类，其子类对应了各种各样可能出现的异常事件。通常 Java 的异常可分为：

⭐	RuntimeException 运行时异常
⭐	CheckedException 已检查异常

RuntimeException 运行时异常

派生于 RuntimeException 的异常，如被 0 除、数组下标越界、空指针等，其产生比较频繁，处理麻烦，如果显式的声明或捕获将会对程序可读性和运行效率影响很大。因此由系统自动检测并将它们交给缺省的异常处理程序。

编译器不处理 RuntimeException, 程序员需要增加“逻辑处理来避免这些异常”。

【示例】ArithmeticException 异常：试图除以 0

public class Test3 {
	public static void main(String[ ] args) {
	int b=0;
	System.out.println(1/b);
	}
}

执行结果如下所示：
在这里插入图片描述

解决如上异常需要修改代码：

public class Test3 {
	public static void main(String[ ] args) {
		int b=0;
		if(b!=0){
		System.out.println(1/b);
		}
	}
}

【示例】NullPointerException 异常

public class Test4 {
	public static void main(String[ ] args) {
		String str=null;
		System.out.println(str.charAt(0));
	}
}

执行结果如下所示：
在这里插入图片描述

解决空指针异常，通常是增加非空判断：

public class Test4 {
	public static void main(String[ ] args) {
		String str=null;
		if(str!=null){
		System.out.println(str.charAt(0));
		}
	}
}

【示例】ClassCastException 异常

class Animal{
}
class Dog extends Animal{
}
class Cat extends Animal{
}
public class Test5 {
	public static void main(String[ ] args) {
		Animal a=new Dog();
		Cat c=(Cat)a;
	}
}

执行结果如下所示：
在这里插入图片描述

解决 ClassCastException 的典型方式：

public class Test5 {
	public static void main(String[ ] args) {
		Animal a = new Dog();
		if (a instanceof Cat) {
		Cat c = (Cat) a;
		}
	}
}

【示例】ArrayIndexOutOfBoundsException 异常

public class Test6 {
	public static void main(String[ ] args) {
		int[ ] arr = new int[5];
		System.out.println(arr[5]);
	}
}

执行结果如下所示：
在这里插入图片描述

解决数组索引越界异常的方式，增加关于边界的判断：

	public class Test6 {
		public static void main(String[ ] args) {
			int[ ] arr = new int[5];
			int a = 5;
			if (a < arr.length) {
			System.out.println(arr[a]);
		}
	}
}

【示例】NumberFormatException 异常

	public class Test7 {
		public static void main(String[ ] args) {
		String str = "1234abcf";
		System.out.println(Integer.parseInt(str));
	}
}

执行结果如下所示：
在这里插入图片描述

数字格式化异常的解决，可以引入正则表达式判断是否为数字：

import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;
	public class Test7 {
		public static void main(String[ ] args) {
			String str = "1234abcf";
			Pattern p = Pattern.compile("^\\d+$");
			Matcher m = p.matcher(str);
			if (m.matches()) { // 如果 str 匹配代表数字的正则表达式,才会转换
			System.out.println(Integer.parseInt(str));
		}
	}
}

⭐ CheckedException 已检查异常

在这里插入图片描述

CheckedException 异常在编译时就必须处理，否则无法通过编译。如图所示。
在这里插入图片描述

CheckedException 异常的处理方式有两种：

⭐	使用“try/catch”捕获异常
⭐	使用“throws”声明异常。

⭐ 异常的处理方式之一：捕获异常

在这里插入图片描述

try：

try 语句指定了一段代码，该段代码就是异常捕获并处理的范围。在执行过程中，当任意一条语句产生异常时，就会跳过该条语句中后面的代码。代码中可能会产生并抛出一种或几种类型的异常对象，它后面的 catch 语句要分别对这些异常做相应的处理。

一个 try 语句必须带有至少一个 catch 语句块或一个 finally 语句块。

注意事项
⭐	当异常处理的代码执行结束以后，不会回到 try 语句去执行尚未执行的代码。

catch：

⭐	每个 try 语句块可以伴随一个或多个 catch 语句，用于处理可能产生的不同类型的异常对象。
⭐	catch 捕获异常时的捕获顺序：
⭐	如果异常类之间有继承关系，先捕获子类异常再捕获父类异常。

finally：

⭐	不管是否发生了异常，都必须要执行。
⭐	通常在 finally 中关闭已打开的资源，比如：关闭文件流、释放数据库连接等。

try-catch-finally 语句块的执行过程详细分析：

程序首先执行可能发生异常的 try 语句块。如果 try 语句没有出现异常则执行完后跳至finally 语句块执行；如果 try 语句出现异常，则中断执行并根据发生的异常类型跳至相应的catch 语句块执行处理。catch 语句块可以有多个，分别捕获不同类型的异常。catch 语句块执行完后程序会继续执行 finally 语句块。finally 语句是可选的，如果有的话，则不管是否发生异常，finally 语句都会被执行。

【示例】异常处理的典型代码(捕获异常)

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class Test8 {
	public static void main(String[ ] args) {
		FileReader reader = null;
		try {
		reader = new FileReader("d:/a.txt");
		char c = (char) reader.read();
		char c2 = (char) reader.read();
	System.out.println("" + c + c2);
		} catch (FileNotFoundException e) {
		e.printStackTrace();
		} catch (IOException e) {
		e.printStackTrace();
		} finally {
		try {
		if (reader != null) {
		reader.close();
			}
		} catch (Exception e) {
		e.printStackTrace();
			}
		}
	}
}

常用开发环境中，自动增加 try-catch 代码块的快捷键：

⭐	将需要处理异常的代码选中。
⭐	IDEA 中，使用：ctrl+alt+t
⭐	eclipse 中，使用：ctrl+shift+z

⭐ 异常的处理方式之二：声明异常（throws 子句）

在这里插入图片描述

⭐	CheckedException 产生时，不一定立刻处理它，可以把异常 throws，由调用者处理。
⭐	一个方法抛出多个已检查异常，就必须在方法的首部列出所有的异常。

【示例】异常处理的典型代码（声明异常抛出 throws）

package oldwang;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class Test9 {
 public static void main(String[ ] args) {
 try {
 readFile("joke.txt");
 } catch (FileNotFoundException e) {
 System.out.println("所需文件不存在！");
 } catch (IOException e) {
 System.out.println("文件读写错误！");
 }
 }
 public static void readFile(String fileName) throws FileNotFoundException,IOException {
 FileReader in = new FileReader(fileName);
 int tem = 0;
 try {
 tem = in.read();
 while (tem != -1) {
 System.out.print((char) tem);
 tem = in.read();
 }
 } finally {
 if(in!=null) {
 in.close();
 }
 }
 }
}

注意事项

⭐	方法重写中声明异常原则：子类重写父类方法时，如果父类方法有声明异常，那么子类声明的异常范围不能超过父类声明的范围。

try-with-resource 自动关闭 AutoClosable 接口的资源

JAVA 中，JVM 的垃圾回收机制可以对内部资源实现自动回收，给开发者带来了极大的便利。但是 JVM 对外部资源(调用了底层操作系统的资源)的引用却无法自动回收，例如数据库连接，网络连接以及输入输出 IO 流等。这些连接就需要我们手动去关闭，不然会导致外部资源泄露，连接池溢出以及文件被异常占用等。

JDK7 之后，新增了“ try-with-resource”。它可以自动关闭实现了AutoClosable 接口的类，实现类需要实现 close()方法。”try-with-resources
声明”，将 try-catch-finally 简化为 try-catch，这其实是一种语法糖，在编译时仍然会进行转化为 try-catch-finally 语句。

package oldwang;
import java.io.FileReader;
public class Test8 {
 public static void main(String[ ] args) {
 try(FileReader reader = new FileReader("d:/a.txt");) {
 char c = (char) reader.read();
 char c2 = (char) reader.read();
 System.out.println("" + c + c2);
 } catch (Exception e) {
 e.printStackTrace();
 }
 }
}

自定义异常

⭐	在程序中，可能会遇到 JDK 提供的任何标准异常类都无法充分描述清楚我们想要表达的问题，这种情况下可以创建自己的异常类，即自定义异常类。
⭐	自定义异常类只需从 Exception 类或者它的子类派生一个子类即可。
⭐	自定义异常类如果继承 Exception 类，则为 CheckedException 异常，必须对其进行处理；如果不想处理，可以让自定义异常类继承运行时异常RuntimeException 类。
⭐	习惯上，自定义异常类应该包含 2 个构造器：一个是默认的构造器，另一个是带有详细信息的构造器。

【示例】自定义异常类

/**IllegalAgeException：非法年龄异常，继承 Exception 类*/
public class IllegalAgeException extends Exception {
//默认构造器
public IllegalAgeException() {
}
//带有详细信息的构造器，信息存储在 message 中
public IllegalAgeException(String message) {
super(message);
}
}

【示例】自定义异常类的使用

class Person {
private String name;
private int age;
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public void setAge(int age) throws IllegalAgeException {
if (age < 0) {
throw new IllegalAgeException("人的年龄不应该为负数");
 }
this.age = age;
}
public String toString() {
return "name is " + name + " and age is " + age;
}
}
public class TestMyException {
public static void main(String[ ] args) {
Person p = new Person();
try {
p.setName("Lincoln");
p.setAge(-1);
} catch (IllegalAgeException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(p);
}
}

执行结果如下所示：
在这里插入图片描述

使用异常机制的建议

⭐	要避免使用异常处理代替错误处理，这样会降低程序的清晰性，并且效率低下。
⭐	处理异常不可以代替简单测试---只在异常情况下使用异常机制。
⭐	不要进行小粒度的异常处理---应该将整个任务包装在一个 try 语句块中。
⭐	异常往往在高层处理 。

⭐ 如何利用百度解决异常问题

在这里插入图片描述

正常学习和开发中，我们经常会遇到各种异常。遇到异常时，需要遵循下面四步来解决：

⭐	细心查看异常信息，确定异常种类和相关 Java 代码行号
⭐	确定上下文相关的一些关键词信息（疑难问题，需要）。拷贝异常信息到百度，查看相关帖子，寻找解决思路；
⭐	前两步无法搞定，再问同学/老师或同事；
⭐	前三步无法搞定，请示领导。

很多同学碰到异常一下就慌了，立刻开始请教别人搬救兵，殊不知这样做有两大坏处。第一、太不尊重别人，把别人当苦力。第二、失去提高自我的机会，自己解决一个异常，就意味着有能力解决一类异常。解决一类异常能大大提高自身能力。
不要怕花时间在解决问题上，不要觉得解决问题是耽误时间。解决问题的过程中，本身你也在思考。

百度超级搜索：

百度/Google 搜索用好的关键是：关键词的确认，正确的提问。

⭐	寻找问题本身的关键词（名词）
⭐	寻找问题上下文的关键词（名词）
⭐	尽量细致的描述问题，开始搜索
⭐	如果没找到，慢慢减少关键词，扩大搜索范围。

⭐ IDEA 调试 debug

在这里插入图片描述

调试的核心是断点。程序执行到断点时，暂时挂起，停止执行。就像看视频按下停止一样，我们可以详细的观看停止处的每一个细节。

断点 breakpoint

程序运行到此处，暂时挂起，停止执行。我们可以详细在此时观察程序的运行情况，方便做出进一步的判断。

设置断点：
(1) 在行号后面单击即可增加断点

(2) 在断点上再单击即可取消断点

进入调试视图

我们通过如下三种方式都可以进入调试视图：
(1) 单击工具栏上的按钮：在这里插入图片描述

(2) 右键单击编辑区，点击：debug

进入调试视图后，布局如下：
在这里插入图片描述

左侧为“浏览帧”：
调试器列出断点处，当前线程正在运行的方法，每个方法对应一个“栈帧”。最上面的是当前断点所处的方法。

变量值观察区：

调试器列出了断点处所在方法相关的变量值。我们可以通过它，查看变量的值的变化。

调试操作区
在这里插入图片描述

我们通过上图中的按钮进行调试操作，它们的含义如下：
在这里插入图片描述