Java入门第三季

一、异常与异常处理

1. 异常简介

在Java中，**异常是程序在执行过程中出现的问题或意外情况，导致程序无法按照预期的流程进行。**异常处理是Java中用于处理程序中出现的异常的一种机制。

Java中的异常可以分为两大类：受检查的异常（Checked Exceptions）和未受检查的异常（Unchecked Exceptions）。

1. 受检查的异常（Checked Exceptions）：这些异常在编译时会被检查，必须显式地处理它们。例如，IOException、ClassNotFoundException等。
如果一个方法可能会抛出受检查的异常，那么该方法要么必须通过try-catch块来捕获并处理该异常，要么必须在方法签名中使用throws关键字来声明该异常。

try {  
    // 可能会抛出IOException的代码  
} catch (IOException e) {  
    // 处理IOException的代码  
}

2. 未受检查的异常（Unchecked Exceptions）：这些异常在编译时不会进行检查，它们通常表示程序中的逻辑错误或运行时错误。例如，NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException等。如果一个方法可能会抛出未受检查的异常，那么该方法不需要在方法签名中使用throws关键字来声明该异常。

try {  
    // 可能会抛出NullPointerException的代码  
} catch (NullPointerException e) {  
    // 处理NullPointerException的代码  
}

除了try-catch块外，Java还提供了其他几种异常处理机制，包括：

throws关键字：用于声明一个方法可能会抛出哪些受检查的异常。
finally块：无论try块中是否发生异常，finally块中的代码都会执行。通常用于资源的清理操作，如关闭文件、数据库连接等。
throw关键字：用于在方法内部手动抛出异常。当程序中发生异常时，可以使用throw关键字抛出异常，然后将其传递给调用该方法的代码进行处理。
Java标准库中提供的多种异常类：Java标准库中提供了许多预定义的异常类，如IOException、SQLException等。这些异常类可以用于表示各种不同的错误情况，并且可以自定义新的异常类来表示应用程序特有的错误情况。

2.异常处理

在Java中，我们使用try-catch-finally语句块来处理异常。
try块包含可能会引发异常的代码，catch块用于捕获并处理特定的异常，而finally块包含的代码无论是否发生异常都会执行。

下面是一个简单的例子：

public class Main {  
    public static void main(String[] args) {  
        try {  
            // 可能会引发异常的代码  
            int result = divide(10, 0);  
            System.out.println("The result is " + result);  
        } catch (ArithmeticException e) {  
            // 处理特定的异常  
            System.out.println("Cannot divide by zero!");  
        } finally {  
            // 无论是否发生异常都会执行的代码  
            System.out.println("This code is executed in every case.");  
        }  
    }  
  
    public static int divide(int a, int b) {  
        if (b == 0) {  
            throw new ArithmeticException("Divisor cannot be zero");  
        }  
        return a / b;  
    }  
}

结论：在这个例子中，我们有一个方法divide，如果除数为0，它会抛出一个ArithmeticException。在main方法中，我们调用divide方法，并使用try-catch-finally语句块来处理可能发生的异常。

如果除数不为0，那么程序会正常执行，并打印出结果。
如果除数为0，那么会触发ArithmeticException，程序会跳到catch块，打印出"Cannot divide by zero!"。
无论是否发生异常，finally块中的代码都会执行，打印出"This code is executed in every case."。

注意：如果可能抛出多个异常类型，你可以添加多个catch块来处理不同的异常。例如：

try {  
    // 可能会引发多种异常的代码  
} catch (ArithmeticException e) {  
    // 处理ArithmeticException  
} catch (NullPointerException e) {  
    // 处理NullPointerException  
} finally {  
    // 无论是否发生异常都会执行的代码  
}

3.异常抛出与自定义异常

在Java中，当一个方法遇到错误条件时，它会抛出一个异常。这是通过使用throw关键字完成的。

public class Main {  
    public static void main(String[] args) {  
        try {  
        	// 创建一个新的Exception异常并抛出
            throw new Exception("自定义异常");  
        }// 捕捉异常 
        catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
}

自定义异常,你也可以创建自定义的异常类，这通常是通过继承Exception类或其子类来完成的。下面是一个自定义异常的例子：在这个例子中，我们创建了一个新的MyException类，它继承了Exception类。然后我们在try-catch块中抛出并捕获这个自定义异常。

class MyException extends Exception {  
    public MyException(String message) {  
        super(message);  
    }  
}  
  
public class Main {  
    public static void main(String[] args) {  
        try {  
            throw new MyException("这是一个自定义异常");  
        } catch (MyException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
}

4. 异常链

在Java中，异常链（Exception chaining）是一种机制，通过它可以将一个异常与导致它的异常（或多个异常）关联起来。

作用：提高了代码的可维护性和可读性。详细如下几点

提供更多的上下文信息：通过将多个异常关联在一起，可以提供关于异常发生时的更多上下文信息。这有助于更准确地诊断和解决问题。
追踪异常来源：通过使用异常链，可以在处理异常时更方便地追踪异常的来源。这有助于确定问题的根本原因，以及如何采取适当的措施来避免或解决该问题。
简化异常处理：异常链使开发人员能够将多个异常处理逻辑集中在一个地方，而不是为每个异常单独编写处理代码。这有助于简化异常处理逻辑，并提高代码的可维护性。
提供更详细的错误报告：通过将多个异常关联在一起，可以提供更详细的错误报告。这有助于开发人员更好地理解问题的性质和范围，从而能够更快地解决问题。

实现：

异常链可以通过Throwable类的initCause(Throwable cause)方法实现。该方法允许在创建新的异常时，将一个已存在的异常作为原因（cause）与它关联起来。
这样，在捕获并处理异常时，我们可以使用Throwable类的getCause()方法获取导致当前异常的原始异常。

public class ExceptionChainExample {  
    public static void main(String[] args) {  
        try {  
            // 引发第一个异常  
            throw new Exception("First exception");  
        } catch (Exception e) {  
            // 在第一个异常的基础上引发第二个异常  
            e = new Exception("Second exception", e);  
            throw e;  
        }  
    }  
}

在上面的代码中，我们首先抛出一个新的Exception对象，然后在捕获该异常时，我们创建一个新的Exception对象，并将原始的异常对象作为第二个参数传递给构造函数。这样，第二个异常就包含了导致它的原始异常。然后我们重新抛出这个新的异常。

当调用getCause()方法时，我们可以获取导致第二个异常的原始异常。

try {  
    // 引发第一个异常  
    throw new Exception("First exception");  
} catch (Exception e) {  
    // 在第一个异常的基础上引发第二个异常  
    e = new Exception("Second exception", e);  
    throw e;  
} catch (Throwable t) {  
    // 获取导致第二个异常的原始异常  
    Throwable cause = t.getCause();  
    System.out.println("Caused by: " + cause.getMessage());  
}

例如在上面的代码中，我们捕获了第二个异常，并使用getCause()方法获取导致该异常的原始异常。然后我们打印出原始异常的消息。输出结果为：“Caused by: First exception”。

二、字符串-String

定义

在Java中，字符串是一种不可变的对象，用于表示文本数据。字符串是由零个或多个字符组成的序列。Java中的字符串通常用双引号括起来，表示该字符串是一个字符串字面值。

不变性

Java中的字符串具有不变性，是因为它们在结构上是不可变的。字符串字面值被编译成字符数组，而这个字符数组被存储在只读内存中。 通过将字符串实现为字符数组，Java可以在内存中高效地操作字符串。

由于字符串是不可变的，当对字符串执行操作时，实际上是创建了一个新的字符串，而不是修改原始字符串。例如，当我们对字符串进行连接、切割或替换操作时，Java会创建新的字符串来保存操作的结果。这种实现方式可以避免因为修改字符串而产生不必要的性能开销。

总的来说，Java中的字符串之所以具有不变性，是因为其底层结构是基于字符数组实现的，并且操作字符串时是通过创建新的字符串来实现的。 这种设计可以提高内存使用效率，并增强字符串的安全性。

常用方法

Java中的字符串类String提供了许多常用的方法，以下是一些常用的方法：

charAt(int index): 返回指定索引位置的字符。
length(): 返回字符串的长度。
substring(int beginIndex, int endIndex): 返回从beginIndex到endIndex之间的子字符串。
indexOf(String substring): 返回子字符串第一次出现的索引，如果未找到则返回-1。
lastIndexOf(String substring): 返回子字符串最后一次出现的索引，如果未找到则返回-1。
equalsIgnoreCase(String anotherString): 比较两个字符串的内容是否相同，不区分大小写。
startsWith(String prefix): 测试字符串是否以指定的前缀开始。
endsWith(String suffix): 测试字符串是否以指定的后缀结束。
replace(char oldChar, char newChar): 替换字符串中的所有指定字符为另一个字符。
replaceAll(String regex, String replacement): 使用正则表达式替换字符串中的所有匹配项。
toLowerCase(): 将字符串转换为小写。
toUpperCase(): 将字符串转换为大写。
trim(): 去除字符串两侧的空白字符和其他预定义的可忽略字符。

除了上述方法，String类还提供了许多其他方法，用于处理字符串的各种操作。另外，如果需要更高效的字符串操作，可以使用StringBuilder或StringBuffer类。

StringBuilder类

创建成功的字符串对象，长度是固定的，内容不能被改变与编译。虽然使用 + 运算符能够达到附加新字符或新字符串的目的，但是 + 运算符是产生一个新的String实例，创建一个新的字符串对象，如果大量的对字符串进行修改，会极大的增加系统开销。

例如：
在这里插入图片描述

StringBuilder类不是字符串，所以要创建StringBuilder类的对象，需要调用其构造方法。
可以传递以下参数进行构造。
在这里插入图片描述

格式：StringBuilder sb=new StringBuilder(参数);

StringBuilder sb=new StringBuilder("123");

如果需要将StringBuilder类值，转换为Stirng类值呢？StringBuilder提供了toString方法，会将StringBuilder对象内的值转换为字符串进行返回。

所以我们可以将需要对字符串进行大量修改的操作转移到StringBuilder内进操作，操作完毕后再将其转换为字符串。这样就节省了大量的内存空间，提高了运行效率。