Java异常处理机制

Java异常处理机制

  • 一、异常概述与异常体系结构
    • 异常概述
    • Error示例代码:
    • Exception示例代码:
    • 异常体系结构
    • Error和Exception的区别:
    • 异常分类
    • 检查异常
    • 非检查异常
      • Why:为什么有非检查异常?
      • Where:非检查异常有哪些?
      • Exception异常划分
        • 运行时异常:
        • 编译期异常:
  • 二、初识异常与常见异常
    • 初识异常

一、异常概述与异常体系结构

异常概述

在使用计算机语言进行项目开发的过程中,即使程序员把代码写得尽善尽美,在系统的运行过程中仍然会遇到一些问题,因为很多问题不是靠代码能够避免的,比如:客户输入数据的格式,读取文件是否存在,网络是否始终保持通畅等等。
程序运行时,发生的不被期望的事件,它阻止了程序按照程序员的预期正常执行,这就是异常(开发过程中的语法错误和逻辑错误不是异常)。
Java程序在执行过程中所发生的异常事件可分为两类:
Error:Java虚拟机无法解决的严重问题。如:JVM系统内部错误、资源耗尽等严重情况。比如:StackOverflowError(栈溢出)和OOM(内存溢出)。一般不编写针对性的代码进行处理。
Exception: 其它因编程错误或偶然的外在因素导致的一般性问题,可以使用针对性的代码进行处理。例如:
空指针访问
试图读取不存在的文件
网络连接中断
数组角标越界

Error示例代码:

public class ErrorTest {public static void main(String[] args) {/** 1、栈溢出:java.lang.StackOverflowError*   原因 : 函数调用栈太深了,注意代码中是否有了循环调用方法而无法退出的情况*   StackOverflowError 是一个java中常出现的错误:在jvm运行时的数据区域中有一个java虚拟机栈,当执行java方法时会进行压栈弹栈的操作。在栈中会保存局部变量,操作数栈,方法出口等等。jvm规定了栈的最大深度,当执行时栈的深度大于了规定的深度,就会抛出StackOverflowError错误。* */main(args);/** 2、堆溢出:java.lang.OutOfMemoryError*   原因:Java中所有的对象都存储在堆中,通常如果JVM无法再分配新的内存,内存耗尽,垃圾回收无法及时回收内存,就会抛出OutOfMemoryError。* */Integer[] arr = new Integer[1024 * 1024 * 1024];}
}

Exception示例代码:

import java.io.FileInputStream;public class ExceptionTest {public static void main(String[] args) {/** 1、运行时异常:java.lang.ArithmeticException*  原因:ArithmeticException* */int a = 10;int b = 0;System.out.println(a / b);/** 2、编译期异常:java.io.FileNotFoundException*   原因:文件找不到异常通常是两种情况:1、系统找不到指定的路径 2、拒绝访问(指定的是目录时,就会报拒绝访问异常)* */FileInputStream fis = new FileInputStream("a.txt");}
}

异常发生时,是任程序自生自灭,立刻退出终止,还是输出错误给用户?或者用C语言风格:用函数返回值作为执行状态?

Java提供了更加优秀的解决办法:异常处理机制。异常处理机制能让程序在异常发生时,按照代码的预先设定的异常处理逻辑,针对性地处理异常,让程序尽最大可能恢复正常并继续执行,且保持代码的清晰。

Java中的异常可以是函数中的语句执行时引发的,也可以是程序员通过throw 语句手动抛出的,只要在Java程序中产生了异常,就会用一个对应类型的异常对象来封装异常,JRE就会试图寻找异常处理程序来处理异常。

Throwable类是Java异常类型的顶层父类,一个对象只有是 Throwable 类的(直接或者间接)实例,他才是一个异常对象,才能被异常处理机制识别。JDK中内建了一些常用的异常类,我们也可以自定义异常。

异常体系结构

Java标准库内建了一些通用的异常,这些类以Throwable为顶层父类。
Throwable又派生出Error类和Exception类。

错误:Error类以及它的子类的实例,代表了JVM本身的错误。错误不能被程序员通过代码处理,Error很少出现。因此,程序员应该关注Exception为父类的分支下的各种异常类。

异常:Exception以及它的子类,代表程序运行时发生的各种不期望发生的事件。可以被Java异常处理机制使用,是异常处理的核心。

Error和Exception的区别:

Error和Exception都有一个共同的根类是Throwable类。

Error是系统中的错误,程序员是不能改变的和处理的,一般是指与虚拟机相关的问题,如系统崩溃,虚拟机错误,内存空间不足,方法调用栈溢等。对于这类错误的导致的应用程序中断,仅靠程序本身无法恢复和和预防,遇到这样的错误,建议让程序终止。因此我们编写程序时不需要关心这类错误。
Exception,也就是我们经常见到的一些异常情况,表示程序可以处理的异常,可以捕获且可能恢复。遇到这类异常,应该尽可能处理异常,使程序恢复运行,而不应该随意终止异常。

异常分类

总体上我们根据Javac对异常的处理要求,将异常类分为2类。

我们常说的异常是狭义上的:就是指Exception及其子类,但是广义上的异常是包括Exception和Error;

Java的异常(包括Exception和Error)从广义上分为检查异常(checked exceptions)和非检查的异常(unchecked exceptions)。

其中根据Exception异常进行划分,可分为运行时异常和非运行时异常。
需要明确的是:检查和非检查是对于javac来说的,这样就很好理解和区分了。

在这里插入图片描述

检查异常

What:什么是检查异常(checked exception)?

就是编译器要求你必须处置的异常。不知道你编程的时候有没有遇到过,你写的某段代码,编译器要求你必须要对这段代码try…catch,或者throws exception,如果你遇见过,没错,这就是检查异常,也就是说,你代码还没运行呢,编译器就会检查你的代码,会不会出现异常,要求你对可能出现的异常必须做出相应的处理。

javac强制要求程序员为这样的异常做预备处理工作(使用try…catch…finally或者throws)。在方法中要么用try-catch语句捕获它并处理,要么用throws子句声明抛出它,否则编译不会通过。这样的异常一般是由程序的运行环境导致的。因为程序可能被运行在各种未知的环境下,而程序员无法干预用户如何使用他编写的程序,于是程序员就应该为这样的异常时刻准备着。如SQLException , IOException,ClassNotFoundException 等。

比如:我们调用日期格式化类解析字符串的时候;

How:怎样处理检查异常(checked exception)?

1、继续抛出,消极的方法,一直可以抛到java虚拟机来处理,就是通过throws Exception抛出。

2、用try…catch捕获

注意,对于检查的异常必须处理,或者必须捕获或者必须抛出

Where:检查异常有哪些呢?

除了RuntimeException与其子类,以及错误(Error),其他的都是检查异常(绝对的大家族)。

非检查异常

What:什么是非检查异常(unchecked exceptions)?

编译器不要求强制处置的异常,虽然你有可能出现错误,但是编译器不会在编译的时候检查,没必要,也不可能。

javac在编译时,不会提示和发现这样的异常,不要求在程序处理这些异常。所以如果愿意,我们可以编写代码处理(使用try…catch…finally)这样的异常,也可以不处理。

对于这些异常,我们应该修正代码,而不是去通过异常处理器处理。这样的异常发生的原因多半是代码写的有问题。如除0错误ArithmeticException,错误的强制类型转换错误ClassCastException,数组索引越界ArrayIndexOutOfBoundsException,使用了空对象NullPointerException等等。

How:对非检查的异常(unchecked exception )怎样处理?

    1、用try...catch捕获2、继续抛出3、不处理4、通过代码处理一般我们是通过代码处理的,因为你很难判断会出什么问题,而且有些异常你也无法运行时处理,比如空指针,需要人手动的去查找。而且,捕捉异常并处理的代价远远大于直接抛出。

Why:为什么有非检查异常?

    你想想非检查异常都有哪些?NullPointerException,IndexOutOfBoundsException,VirtualMachineError等,这些异常你编译的时候检查吗?再说了,明明可以运行时检查,都在编译的时候检查,你写的代码还能看吗?而且有些异常只能在运行时才能检查出来,比如空指针,堆溢出等。

Where:非检查异常有哪些?

    RuntimeException与其子类,以及错误(Error)。

Exception异常划分

    Exception异常进行划分,它可分为运行时异常和编译期异常。
运行时异常:

是RuntimeException类及其子类异常,如NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)等,这些异常是非检查异常,程序中可以选择捕获处理,也可以不处理。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的,程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。

运行时异常的特点是Java编译器不会检查它,也就是说,当程序中可能出现这类异常,即使没有用try-catch语句捕获它,也没有用throws子句声明抛出它,也会编译通过。

编译期异常:

是RuntimeException以外的异常,类型上都属于Exception类及其子类。从程序语法角度讲是必须进行处理的异常,如果不处理,程序就不能编译通过。如IOException、SQLException等以及用户自定义的Exception异常,一般情况下不要自定义检查异常。

二、初识异常与常见异常

初识异常

下面的代码会演示2个异常类型:ArithmeticException 和 InputMismatchException。
前者由于整数除0引发,后者是输入的数据不能被转换为int类型引发。

import java.util.Scanner;public class AllDemo {public static void main(String[] args) {System.out.println("----欢迎使用命令行除法计算器----");CMDCalculate();}public static void CMDCalculate() {Scanner scan = new Scanner(System.in);int num1 = scan.nextInt();int num2 = scan.nextInt();int result = devide(num1, num2);System.out.println("result:" + result);scan.close();}public static int devide(int num1, int num2) {return num1 / num2;}
}/*****************************************
----欢迎使用命令行除法计算器----
2
0
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zeroat AllDemo.devide(AllDemo.java:19)at AllDemo.CMDCalculate(AllDemo.java:13)at AllDemo.main(AllDemo.java:6)
----欢迎使用命令行除法计算器----
----欢迎使用命令行除法计算器----
1
r
Exception in thread "main" java.util.InputMismatchExceptionat java.util.Scanner.throwFor(Scanner.java:864)at java.util.Scanner.next(Scanner.java:1485)at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2117)at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2076)at AllDemo.CMDCalculate(AllDemo.java:12)at AllDemo.main(AllDemo.java:6)
*****************************************/

异常是在执行某个函数时引发的,而函数又是层级调用,形成调用栈的,因为,只要一个函数发生了异常,那么他的所有的caller都会被异常影响。当这些被影响的函数以异常信息输出时,就形成的了异常追踪栈。

异常最先发生的地方,叫做异常抛出点。
从上面的例子可以看出,当devide函数发生除0异常时,devide函数将抛出ArithmeticException异常,因此调用它的CMDCalculate函数也无法正常完成,因此也发送异常,而CMDCalculate的caller——main 因为CMDCalculate抛出异常,也发生了异常,这样一直向调用栈的栈底回溯。这种行为叫做异常的冒泡,异常的冒泡是为了在当前发生异常的函数或者这个函数的caller中找到最近的异常处理程序。由于这个例子中没有使用任何异常处理机制,因此异常最终由main函数抛给JRE,导致程序终止。

上面的代码不使用异常处理机制,也可以顺利编译,因为2个异常都是非检查异常。但是下面的例子就必须使用异常处理机制,因为异常是检查异常。

代码中我选择使用throws声明异常,让函数的调用者去处理可能发生的异常。但是为什么只throws了IOException呢?因为FileNotFoundException是IOException的子类,在处理范围内。

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;public class ExceptionTest {public void testException() throws IOException {//FileInputStream的构造函数会抛出FileNotFoundExceptionFileInputStream fileIn = new FileInputStream("E:\\a.txt");int word;//read方法会抛出IOExceptionwhile ((word = fileIn.read()) != -1) {System.out.print((char) word);}//close方法会抛出IOExceptionfileIn.close();}
}

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