Java语言-异常

1.异常的概念与体系结构

1.1 异常的概念

1.2 异常的体系结构

1.3 异常的分类

1.3.1 编译时异常(受查异常)

1.3.2 运行时异常(非受查异常)

2.异常的处理

2.1 防御式编程

2.1.1 LBYL

2.1.2 EAFP

2.2 异常的抛出

2.3 异常的捕获

2.3.1 异常声明throws

2.3.2 try-catch捕获并处理

2.3.3 finally

2.4 异常的处理流程

3. 自定义异常类

1.异常的概念与体系结构

1.1 异常的概念

在生活中，一个人表情痛苦，出于关心，可能会问：你是不是生病了，需要我陪你去看医生吗？

在程序中也是一样，程序猿是一帮办事严谨、追求完美的高科技人才。在日常开发中，绞尽脑汁将代码写的尽善尽美，在程序运行过程中，难免会出现一些奇奇怪怪的问题。有时通过代码很难去控制，比如：数据格式不对、网络不通畅、内存报警等。

在 Java 中，将程序执行过程中发生的不正常行为称为异常 。比如之前写代码时经常遇到的：

1.算数异常

    public static void main(String[] args) {System.out.println(10/0);}

2. 数组越界异常

    public static void main(String[] args) {int[] arr={1,2,3};System.out.println(arr[100]);}

3. 空指针异常

    public static void main(String[] args) {int[] arr=null;System.out.println(arr.length);}

算数异常： ArithmeticException

数组越界异常： ArrayIndexOutOfBoundsException

空指针异常： 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 内部维护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： StackOverflflowError 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。比如：感冒、发烧。我们平时所说的异常就是Exception 。

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（受查异常）

2.运行时异常（非受查异常）

1.3.1 编译时异常(受查异常)

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)

class Person{private String name;private int age;@Overrideprotected Object clone(){return super.clone();}
}

1.3.2 运行时异常(非受查异常)

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 . 主要的方式有以下两种：

1.LBYL

2.EAFP

2.1.1 LBYL

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。

2.1.2 EAFP

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 。

在 Java 中， 异常处理主要的 5 个关键字： throw 、 try 、 catch 、 fifinal 、 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 " );

案例：

这是一个获取数组中任意位置元素的方法

public static int getElem(int[] Array,int index){if(Array==null){throw new NullPointerException("传递的数组为null");}if(index<0||index>=Array.length){throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("数组越界");}return Array[index];}

若传入的数组为null：

    public static void main(String[] args) {int[] arr=null;getElem(arr,3);}

若传入的参数数组越界：

    public static void main(String[] args) {int[] arr={1,2};getElem(arr,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 RunTimeException 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 ...{

}

案例：

现有一个方法，该方法对外声明会抛出 CloneNotSupportedException 异常：

此时如果在main方法内调用该方法，就会编译报错：

解决方案：

1.继续将该异常往上抛（继续使用throws）

2.使用try-catch捕获并处理

       public static void function() throws CloneNotSupportedException{}   public static void main(String[] args){try {function();System.out.println("调用了方法...");} catch (CloneNotSupportedException e) {System.out.println("捕获了异常，处理异常...");}System.out.println("程序继续执行...");}

执行代码：

出现以上以上执行结果是因为function实际并没有抛出CloneNotSupportedException异常，若function方法抛出了异常：

    public static void function() throws CloneNotSupportedException{throw new CloneNotSupportedException();}

【 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 或者 Exception 的子类

3. 方法内部如果抛出了多个异常， 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，直接声明父类即可。

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

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，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 catch 捕获时异常类型与 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，继续执行后序代码

}[ 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

}]

// 后序代码

// 当异常被捕获到时，异常就被处理了，这里的后序代码一定会执行

// 如果没有捕获到，这里的代码就不会被执行

注意：

1. [] 中表示可选项，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

案例：

1. try块内抛出异常位置之后的代码将不会被执行

    public static void main(String[] args) {int[] arr={1,2,3};try{System.out.println("捕获到异常之前...");arr=null;System.out.println(arr.length);//抛出空指针异常System.out.println("捕获到异常之后...");}catch (NullPointerException e){System.out.println("捕获到空指针异常并处理...");}System.out.println("After...");}

使用 e.printStackTrace() 方法可以打印出异常信息，方便追踪定位异常。

catch (NullPointerException e){System.out.println("捕获到空指针异常并处理...");e.printStackTrace();}

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(String[] args) {int[] arr={1,2,3};try{System.out.println("捕获到异常之前...");System.out.println(arr[100]);//抛出数组越界异常System.out.println("捕获到异常之后...");}catch (NullPointerException e){System.out.println("捕获到空指针异常并处理...");e.printStackTrace();}System.out.println("After...");}

因为抛出的异常是 ArrayIndexOutOfBoundsException 而捕获到的异常是 NullPointerException ，所以并不会处理该异常，而是继续往外抛（抛给JVM），抛给JVM就会报错：

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("捕获到异常之前...");//arr=null;System.out.println(arr[100]);//抛出数组越界异常//System.out.println(arr.length);//抛出空指针异常System.out.println("捕获到异常之后...");}catch (NullPointerException e){System.out.println("捕获到空指针异常...");e.printStackTrace();}catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e){System.out.println("捕获到数组越界异常...");e.printStackTrace();}System.out.println("After...");}

同样地，代码也可以这样简写：

    public static void main(String[] args) {int[] arr={1,2,3};try{System.out.println("捕获到异常之前...");//arr=null;System.out.println(arr[100]);//抛出数组越界异常//System.out.println(arr.length);//抛出空指针异常System.out.println("捕获到异常之后...");}catch (NullPointerException | ArrayIndexOutOfBoundsException e){System.out.println("捕获到NullPointerException | ArrayIndexOutOfBoundsException e...");e.printStackTrace();}System.out.println("After...");}

但是实际上并不推荐这种写法，因为这种写法不够具体，就比如上面的案例，程序员看到日志之后只知道抛出了 NullPointerException 异常或者 ArrayIndexOutOfBoundsException 异常，并不知道具体是哪一个。

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：

上文提到过：NullPointerException是Exception的子类。

若在子类异常之前就把父类异常捕获了，那么该子类异常就没有意义了，因此会产生一个语法错误。

4. 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("捕获到异常之前...");System.out.println(arr[100]);//抛出数组越界异常System.out.println("捕获到异常之后...");}catch (Exception e){System.out.println("捕获到Exceptoin异常...");e.printStackTrace();}System.out.println("After...");}

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：

但是实际上并不推荐这样做，原因与第3点所述的一致：

程序员看到日志之后只知道抛出了 Exception 异常，并不知道具体是哪一个异常。

但是Exception可以用来兜底：

捕获到了异常后再用printStackTrace追踪捕获到的异常，就可以发现抛出的是什么异常。

2.3.3 finally

案例：

    public static void main(String[] args) {int[] arr={1,2,3};try{System.out.println("捕获到异常之前...");System.out.println(arr[100]);//抛出数组越界异常System.out.println("捕获到异常之后...");}catch (NullPointerException e){System.out.println("捕获到NullPointerException异常...");e.printStackTrace();}finally {System.out.println("finally的代码一定会被执行...");}System.out.println("After...");}

finally内的代码不论是否捕获到异常都一定会被执行。

没有捕获到异常：

捕获到了异常：

问题：既然 fifinally 和 try-catch-fifinally 后的代码都会执行，那为什么还要有 finally 呢？

答：

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，必须要对资源进进行回收 。另外，因为 异常会引发程序的跳转，可能 导致有些语句执行不到 ， finally 就是用来解决这个问题的。

例如：

    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中代码");}System.out.println("try-catch-finally之后代码");//关闭输入流if (null != sc) {sc.close();}return 0;}public static void main(String[] args) {int data=getData();System.out.println(data);}

上述代码如果输入一个数字，在try部分就会直接返回data，不会执行到try-catch-finally之后代码，即不会执行到关闭输入流的代码：

将关闭输入流的代码写入finally内：

还有更简化的写法：

一般我们不建议在 fifinally 中写 return

案例：

    public static int ret(){try{return 10;}finally {return 20;}}public static void main(String[] args) {System.out.println(ret());}

问：以上代码会输出什么？10，还是20。

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 ). 但是如果finally 中也存在 return 语句, 那么就会执行 fifinally 中的 return, 从而不会执行到 try 中原有的 return.

因此一般我们不建议在 finally 中写 return (被编译器当做一个警告).

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 main 方法也没有合适的代码处理异常 , 就会交给 JVM 来进行处理 , 此时程序就会异常终止 .

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 LogIn {

private String userName = "admin" ;

private String password = "123456" ;

public void loginInfo ( String userName , String password ) {

if ( !this. userName . equals ( userName )) {

}

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

}

System . out . println ( " 登陆成功 " );

}

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，然后继承自Exception 或者 RunTimeException

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

【案例】

当自定义异常类继承RuntimeException：

以下是两个自定义异常类：

用户名错误异常：

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

密码错误异常：

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

以下是main方法：

public class Login {public String userName;public String passWord;public void setUserName(String userName) {this.userName = userName;}public void setPassWord(String passWord) {this.passWord = passWord;}public void loginInfo(String userName,String passWord){System.out.println("登陆...");if(!this.userName.equals(userName)){throw new UserNameException("用户名不正确...");}if(!this.passWord.equals(passWord)){throw new PasswordException("密码不正确...");}System.out.println("登陆成功...");}public static void main(String[] args) {Login login =new Login();login.setUserName("zhangsan");login.setPassWord("123456");try{login.loginInfo("zhangsan","123456");}catch (UserNameException e){e.printStackTrace();}catch (PasswordException e){e.printStackTrace();}}
}

当用户名输入错误：

当密码输入错误时：

当自定义异常类继承Exception：

抛出异常的时候就会有报错警告（红波浪线）：

原因：

当自定义类继承Exception时会被认为是编译时异常（或者叫受查异常），反之当自定义类继承RuntimeException时会被认为是非受查异常（运行时异常）。

编译时异常会在编译期间就报错，因此上述自定义异常类会有报错警告。

继承RuntimeException的自定义异常类不会有警告也是同理...

解决方案有两种：

方案一：