7.0 异常处理

1. 异常概述

1.1. 异常的概念

Java中的异常是指Java程序在运行时可能出现的错误或非正常情况，比如在程序中试图打开一个根本不存在的文件，在程序中除0等。异常是否出现，通常取决于程序的输入、程序中对象的当前状态以及程序所处的运行环境。程序抛出异常之后，会对异常进行处理。异常处理将会改变程序的控制流程，出于安全性考虑，同时避免异常程序影响到其他正常程序的运行，操作系统通常将出现异常的程序强行中止，并弹出系统错误提示。

下面通过一个案例认识一下什么是异常，在本案例中，计算以0为除数的表达式，运行程序并观察程序的运行结果。

public class TestDemo {@Testpublic void test() {int result = divide(4, 0);    // 调用divide()方法，第2个参数为0System.out.println(result);}/*** 下面的方法实现了两个整数相除* @param x* @param y* @return*/public int divide(int x, int y) {int result = x / y;             //定义一个变量result记录两个数相除的结果return result;                  //将结果返回}
}

运行代码，控制台显示的运行结果如下图所示。

由上图可知，程序发生了算术异常（ArithmeticException），提示运算时出现了被0除的情况。异常发生后，程序会立即结束，无法继续向下执行。

1.2. 异常类

Java提供了大量的异常类，每一个异常类都表示一种预定义的异常，这些异常类都继承自java.lang包下的Throwable类。Throwable类的继承体系图如下所示。

由上图中可知，Throwable类是所有异常类的父类，它有两个直接子类Error类和Exception类，其中，Error类代表程序中产生的错误，Exception类代表程序中产生的异常。

（1）Error类

Error类称为错误类，它表示Java程序运行时产生的系统内部错误或资源耗尽的错误，这类错误比较严重，仅靠修改程序本身是不能恢复执行的。例如，使用java命令去运行一个不存在的类就会出现Error错误。

（2）Exception类

Exception类称为异常类，它表示程序本身可以处理的错误，在Java程序中进行的异常处理，都是针对Exception类及其子类的。在Exception类的众多子类中有一个特殊的子类—RuntimeException类，RuntimeException类及其子类用于表示运行时异常。 Exception类的其他子类都用于表示编译时异常。

（3）Throwable类的常用方法

Throwable类中的常用方法，具体如下。

方法声明	功能描述
String getMessage()	返回异常的消息字符串
String toString()	返回异常的简单信息描述
void printStackTrace()	获取异常类名和异常信息，以及异常出现在程序中的位置，把信息输出在控制台。

2. 运行时异常与编译时异常

2.1. 编译时异常

在实际开发中，经常会在程序编译时产生异常，这些异常必须要进行处理，否则程序无法正常运行，这种异常被称为编译时异常，也称为checked异常。在Exception类中，除了RuntimeException类及其子类，Exception的其他子类都是编译时异常。编译时异常的特点是Java编译器会对异常进行检查，如果出现异常就必须对异常进行处理，否则程序无法通过编译。

处理编译时期的异常有两种方式，具体如下：

使用try…catch语句对异常进行捕获处理。
使用throws关键字声明抛出异常，调用者对异常进行处理。

2.2. 运行时异常

另一种异常是在程序运行时产生的，这种异常即使不编写异常处理代码，依然可以通过编译，因此被称为运行时异常，也称为unchecked异常。RuntimeException类及其子类都是运行时异常。运行时异常的特点是在程序运行时由Java虚拟机自动进行捕获处理的，Java编译器不会对异常进行检查。也就是说，当程序中出现这类异常时，即使没有使用try…catch语句捕获或使用throws关键字声明抛出，程序也能编译通过，只是程序在运行过程中可能报错。

在Java中，常见的运行时异常有多种，具体如下所示。

方法声明	功能描述
ArithmeticException	算术异常
IndexOutOfBoundsException	索引越界异常
ClassCastException	类型转换异常
NullPointerException	空指针异常
NumberFormatException	数字格式化异常

运行时异常一般是由程序中的逻辑错误引起的，在程序运行时无法恢复。例如，通过数组的索引访问数组的元素时，如果索引超过了数组范围，就会发生索引越界异常，代码如下所示：

int[] arr=new int[5]; System.out.println(arr[6]);

在上面的代码中，由于数组arr的length为5，最大索引应为4，当使用arr[6]访问数组中的元素就会发生数组索引越界的异常。

2.3. 运行时异常案例

（1）算术异常

ArithmeticException，算术异常，在做整数的除法或整数求余运算时可能产生的异常，它是在除数为零时产生的异常。

public class TestDemo {@Testpublic void test() {int num = 1 / 0;}
}

（2）数组下标越界异常

ArrayIndexOutOfBoundsException，数组下标越界异常，当引用数组元素的下标超出范围时产生的异常。

public class TestDemo {@Testpublic void test() {int []num = new int[5];System.out.println(num[5]);}
}

（3）类型转换异常

public class TestDemo {@Testpublic void test() {ArrayList list = new ArrayList();list.add("1111");Integer num = (Integer) list.get(0);}
}

（4）空指针异常

NullPointerException，空指针异常，即当某个对象的引用为null时调用该对象的方法或使用对象会产生该异类。

public class TestDemo {@Testpublic void test() {String name = null;System.out.println(name.length());}
}

（5）数字格式错误异常

NumberFormatException，数字格式错误异常，在将字符串转换为数值时，如果字符串不能正确转换成数值则产生该异常。

public class TestDemo {@Testpublic void test() {Double d = Double.parseDouble("1.2m1");}
}

3. 异常处理

在Java中，通过try、catch、finally、throw、throws这5个关键字进行异常对象的处理。具体说明如下所示。

关键字	功能描述
try	里面放置可能引发异常的代码
catch	后面对应异常类型和一个代码块，该关键字表明catch块是用于处理这种类型的代码块
finally	主要用于回收在try代码块里打开的物理资源，如数据库连接、网络连接和磁盘文件。异常机制保证finally块总是被执行
throw	用于抛出一个实际的异常。它可以单独作为语句来抛出一个具体的异常对象
throws	用在方法签名中，用于声明该方法可能抛出的异常

3.1. try...catch语句

为了使发生异常后的程序代码正常执行，程序需要捕获异常并进行处理，Java提供了try…catch语句用于捕获并处理异常。try…catch语句的语法格式如下所示：

try{代码块
}catch(ExceptionType e){代码块
}

（1）try...catch语句编写注意事项

try代码块是必需的。
catch代码块和finally代码块都是可选的，但catch代码块和finally代码块至少要出现一个。
catch代码块可以有多个，但捕获父类异常的catch代码块必须位于捕获子类异常的catch代码块后面。
catch代码块必须位于try代码块之后。

（2）try...catch语句异常处理流程

由上图可知，程序通过try语句捕获可能出现的异常，如果try语句没有捕获到异常，则直接跳出try…catch语句块执行其他程序；如果在try语句中捕获到了异常，则程序会自动跳转到catch语句中找到匹配的异常类型进行相应的处理。异常处理完毕，最后执行其他程序语句。

（3）try...catch语句异常处理案例

public class TestDemo {@Testpublic void test() {try {int result = divide(4, 0);    //调用divide()方法System.out.println(result);} catch (Exception e) {                 //对异常进行处理System.out.println("捕获的异常信息为：" + e.getMessage());}System.out.println("程序继续向下执行...");}/*** 下面的方法实现了两个整数相除* @param x* @param y* @return*/public int divide(int x, int y) {int result = x / y;             //定义一个变量result记录两个数相除的结果return result;                 //将结果返回}
}

3.2. finally语句

在程序中，有时候会希望一些语句无论程序是否发生异常都要执行，这时就可以在try…catch语句后，加一个finally代码块。finally语句的语法格式如下所示：

try{代码块
} catch(ExceptionType e){代码块
}  finally{代码块
}

注意：finally代码块必须位于所有catch代码块之后。

（1）try…catch…finally语句的异常处理流程

由上图可知，在try…catch…finally语句中，不管程序是否发生异常，finally代码块中的代码都会被执行。需要注意的是，如果程序发生异常但是没有被捕获到，在执行完finally代码块中的代码之后，程序会中断执行。

（2）try…catch…finally语句的异常处理案例

public class TestDemo {@Testpublic void test() {//下面的代码定义了一个try…catch…finally语句用于捕获异常try {int result = divide(4, 0);       //调用divide()方法System.out.println(result);} catch (Exception e) {               //对捕获到的异常进行处理System.out.println("捕获的异常信息为：" + e.getMessage());return;                          //用于结束当前语句} finally {System.out.println("进入finally代码块");}System.out.println("程序继续向下…");}/*** 下面的方法实现了两个整数相除** @param x* @param y* @return*/public int divide(int x, int y) {int result = x / y;             //定义一个变量result记录两个数相除的结果return result;                  //将结果返回}
}

注意：如果在try...catch中执行了System.exit(0)语句，finally代码块不再执行。System.exit(0)表示退出当前的Java虚拟机，Java虚拟机停止了，任何代码都不能再执行了。

4. 抛出异常

方法运行过程中如果产生了异常，在这个方法中就生成一个代表该异常类的对象，并把它交给运行时系统，运行时系统寻找相应的代码来处理该异常。这个过程称为抛出异常。

4.1. throws关键字

有时方法中产生的异常不需要在该方法中处理，可能需要由该方法的调用方法处理，这时可以在声明方法时用throws子句声明抛出异常，将异常传递给调用该方法的方法处理，调用者在调用方法时，就明确地知道该方法有异常，并且必须在程序中对异常进行处理，否则编译无法通过。

使用throws关键字抛出异常的语法格式如下所示：

修饰符 返回值类型 方法名(参数) throws 异常类1,异常类2...{方法体
}

（1）使用throws关键字抛出异常案例

可以使用try…catch语句处理divide()方法抛出异常，也可以继续使用throws关键字将Exception抛出。

public class TestDemo {@Testpublic void test(){//下面的代码定义了一个try…catch语句用于捕获异常try {int result = divide(4, 2);   //调用divide()方法System.out.println(result);} catch (Exception e) {                 //对捕获到的异常进行处理e.printStackTrace();   //打印捕获的异常信息}}/*** 下面的方法实现了两个整数相除，并使用throws关键字声明抛出异常* @param x* @param y* @return* @throws Exception*/public int divide(int x, int y) throws Exception {int result = x / y;     //定义一个变量result记录两个数相除的结果return result;         //将结果返回}
}

4.2. throw关键字

在Java程序中，除了throws关键字，还可以使用throw关键字抛出异常。与throws关键字不同的是，throw关键字用于方法体内，抛出的是一个异常实例，并且每次只能抛出一个异常实例。

使用throw关键字抛出异常的语法格式如下所示：

throw ExceptionInstance;

（1）使用throw关键字抛出异常案例

public class TestDemo {@Testpublic void test(){// 下面的代码定义了一个try…catch语句用于捕获异常int age = -1;try {printAge(age);} catch (Exception e) {  // 对捕获到的异常进行处理System.out.println("捕获的异常信息为：" + e.getMessage());}}/*** 定义printAge()输出年龄* @param age* @throws Exception*/public void printAge(int age) throws Exception {if(age <= 0){// 对业务逻辑进行判断，当输入年龄为负数时抛出异常throw new Exception("输入的年龄有误，必须是正整数！");}else {System.out.println("此人年龄为："+age);}}
}

5. 异常处理综合案例

网页前端输入学生学号、年龄、姓名信息，进行保存。输入信息需满足，学号长度为4位、年龄大于0才可以保存成功，否则提示保存失败及失败原因。

Student类

public class Student {private String no;private String name;private int age;public String getNo() {return no;}public void setNo(String no) {this.no = no;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "Student{" +"no='" + no + '\'' +", name='" + name + '\'' +", age=" + age +'}';}
}

StudentController

public class StudentController {/*** 接收前端输入信息* @param student*/public void addStudent(Student student) throws Exception{StudentService service = new StudentService();service.saveStudent(student);}}

StudentService

public class StudentService {/*** 保存学生信息* @param student* @throws Exception*/public void saveStudent(Student student) throws Exception {//校验学号是否正确，学号为4位if(student.getNo() == null || student.getNo().length() != 4){throw new Exception("学号信息错误：" + student.getNo());}//校验学生年龄if(student.getAge() <= 0){throw new Exception("年龄信息错误：" + student.getAge());}System.out.println("保存学生信息成功，保存的学生信息是：" + student);}}

测试类

public class TestDemo {/*** 模拟前端输入学生信息保存*/@Testpublic void test(){Student student = new Student();student.setNo("1001");student.setName("张三");student.setAge(20);StudentController controller = new StudentController();try{controller.addStudent(student);}catch (Exception e){System.out.println("保存学生信息失败，失败原因是：" + e.getMessage());}}}