05-异常,线程

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【异常、线程】

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文章目录

  • 【异常、线程】
    • 主要内容
    • 教学目标
  • 第一章 异常
    • 1.1 异常概念
    • 1.2 异常体系
    • 1.3 异常分类
    • 1.4 异常的产生过程解析
  • 第二章 异常的处理
    • 2.1 抛出异常throw
    • 2.2 Objects非空判断
    • 2.3 声明异常throws
    • 2.4 捕获异常try…catch
    • 2.4 finally 代码块
    • 2.5 异常注意事项
  • 第三章 自定义异常
    • 3.1 概述
    • 3.2 自定义异常的练习
  • 第四章 多线程
    • 4.1 并发与并行
    • 4.2 线程与进程
    • 4.3 创建线程类

主要内容

  • 异常、线程

教学目标

  • 能够辨别程序中异常和错误的区别
  • 说出异常的分类
  • 说出虚拟机处理异常的方式
  • 列举出常见的三个运行期异常
  • 能够使用try…catch关键字处理异常
  • 能够使用throws关键字处理异常
  • 能够自定义异常类
  • 能够处理自定义异常类
  • 说出进程的概念
  • 说出线程的概念
  • 能够理解并发与并行的区别
  • 能够开启新线程

第一章 异常

1.1 异常概念

异常,就是不正常的意思。在生活中:医生说,你的身体某个部位有异常,该部位和正常相比有点不同,该部位的功能将受影响.在程序中的意思就是:

  • 异常 :指的是程序在执行过程中,出现的非正常的情况,最终会导致JVM的非正常停止。

在Java等面向对象的编程语言中,异常本身是一个类,产生异常就是创建异常对象并抛出了一个异常对象。Java处理异常的方式是中断处理。

异常指的并不是语法错误,语法错了,编译不通过,不会产生字节码文件,根本不能运行.

1.2 异常体系

异常机制其实是帮助我们找到程序中的问题,异常的根类是java.lang.Throwable,其下有两个子类:java.lang.Errorjava.lang.Exception,平常所说的异常指java.lang.Exception

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Throwable体系:

  • Error:严重错误Error,无法通过处理的错误,只能事先避免,好比绝症。
  • Exception:表示异常,异常产生后程序员可以通过代码的方式纠正,使程序继续运行,是必须要处理的。好比感冒、阑尾炎。

Throwable中的常用方法:

  • public void printStackTrace():打印异常的详细信息。

    包含了异常的类型,异常的原因,还包括异常出现的位置,在开发和调试阶段,都得使用printStackTrace。

  • public String getMessage():获取发生异常的原因。

    提示给用户的时候,就提示错误原因。

  • public String toString():获取异常的类型和异常描述信息(不用)。

出现异常,不要紧张,把异常的简单类名,拷贝到API中去查。

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1.3 异常分类

我们平常说的异常就是指Exception,因为这类异常一旦出现,我们就要对代码进行更正,修复程序。

异常(Exception)的分类:根据在编译时期还是运行时期去检查异常?

  • 编译时期异常:checked异常。在编译时期,就会检查,如果没有处理异常,则编译失败。(如日期格式化异常)
  • 运行时期异常:runtime异常。在运行时期,检查异常.在编译时期,运行异常不会编译器检测(不报错)。(如数学异常)

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1.4 异常的产生过程解析

先运行下面的程序,程序会产生一个数组索引越界异常ArrayIndexOfBoundsException。我们通过图解来解析下异常产生的过程。

工具类

public class ArrayTools {// 对给定的数组通过给定的角标获取元素。public static int getElement(int[] arr, int index) {int element = arr[index];return element;}
}

测试类

public class ExceptionDemo {public static void main(String[] args) {int[] arr = { 34, 12, 67 };intnum = ArrayTools.getElement(arr, 4)System.out.println("num=" + num);System.out.println("over");}
}

上述程序执行过程图解:

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第二章 异常的处理

Java异常处理的五个关键字:try、catch、finally、throw、throws

2.1 抛出异常throw

在编写程序时,我们必须要考虑程序出现问题的情况。比如,在定义方法时,方法需要接受参数。那么,当调用方法使用接受到的参数时,首先需要先对参数数据进行合法的判断,数据若不合法,就应该告诉调用者,传递合法的数据进来。这时需要使用抛出异常的方式来告诉调用者。

在java中,提供了一个throw关键字,它用来抛出一个指定的异常对象。那么,抛出一个异常具体如何操作呢?

  1. 创建一个异常对象。封装一些提示信息(信息可以自己编写)。

  2. 需要将这个异常对象告知给调用者。怎么告知呢?怎么将这个异常对象传递到调用者处呢?通过关键字throw就可以完成。throw 异常对象。

    throw用在方法内,用来抛出一个异常对象,将这个异常对象传递到调用者处,并结束当前方法的执行。

使用格式:

throw new 异常类名(参数);

例如:

throw new NullPointerException("要访问的arr数组不存在");throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("该索引在数组中不存在,已超出范围");

学习完抛出异常的格式后,我们通过下面程序演示下throw的使用。

public class ThrowDemo {public static void main(String[] args) {//创建一个数组 int[] arr = {2,4,52,2};//根据索引找对应的元素 int index = 4;int element = getElement(arr, index);System.out.println(element);System.out.println("over");}/** 根据 索引找到数组中对应的元素*/public static int getElement(int[] arr,int index){ //判断  索引是否越界if(index<0 || index>arr.length-1){/*判断条件如果满足,当执行完throw抛出异常对象后,方法已经无法继续运算。这时就会结束当前方法的执行,并将异常告知给调用者。这时就需要通过异常来解决。 */throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("哥们,角标越界了~~~");}int element = arr[index];return element;}
}

注意:如果产生了问题,我们就会throw将问题描述类即异常进行抛出,也就是将问题返回给该方法的调用者。

那么对于调用者来说,该怎么处理呢?一种是进行捕获处理,另一种就是继续讲问题声明出去,使用throws声明处理。

2.2 Objects非空判断

还记得我们学习过一个类Objects吗,曾经提到过它由一些静态的实用方法组成,这些方法是null-save(空指针安全的)或null-tolerant(容忍空指针的),那么在它的源码中,对对象为null的值进行了抛出异常操作。

  • public static <T> T requireNonNull(T obj):查看指定引用对象不是null。

查看源码发现这里对为null的进行了抛出异常操作:

public static <T> T requireNonNull(T obj) {if (obj == null)throw new NullPointerException();return obj;
}

2.3 声明异常throws

声明异常:将问题标识出来,报告给调用者。如果方法内通过throw抛出了编译时异常,而没有捕获处理(稍后讲解该方式),那么必须通过throws进行声明,让调用者去处理。

关键字throws运用于方法声明之上,用于表示当前方法不处理异常,而是提醒该方法的调用者来处理异常(抛出异常).

声明异常格式:

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

声明异常的代码演示:

public class ThrowsDemo {public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {read("a.txt");}// 如果定义功能时有问题发生需要报告给调用者。可以通过在方法上使用throws关键字进行声明public static void read(String path) throws FileNotFoundException {if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt这个文件 // 我假设  如果不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常  throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}}
}

throws用于进行异常类的声明,若该方法可能有多种异常情况产生,那么在throws后面可以写多个异常类,用逗号隔开。

public class ThrowsDemo2 {public static void main(String[] args) throws IOException {read("a.txt");}public static void read(String path)throws FileNotFoundException, IOException {if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt这个文件 // 我假设  如果不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常  throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}if (!path.equals("b.txt")) {throw new IOException();}}
}

完整代码示例:

package com.itheima.demo01.Exception;import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;/*throws关键字:异常处理的第一种方式,交给别人处理作用:当方法内部抛出异常对象的时候,那么我们就必须处理这个异常对象可以使用throws关键字处理异常对象,会把异常对象声明抛出给方法的调用者处理(自己不处理,给别人处理),最终交给JVM处理-->中断处理使用格式:在方法声明时使用修饰符 返回值类型 方法名(参数列表) throws AAAExcepiton,BBBExcepiton...{throw new AAAExcepiton("产生原因");throw new BBBExcepiton("产生原因");...}注意:1.throws关键字必须写在方法声明处2.throws关键字后边声明的异常必须是Exception或者是Exception的子类3.方法内部如果抛出了多个异常对象,那么throws后边必须也声明多个异常如果抛出的多个异常对象有子父类关系,那么直接声明父类异常即可4.调用了一个声明抛出异常的方法,我们就必须的处理声明的异常要么继续使用throws声明抛出,交给方法的调用者处理,最终交给JVM要么try...catch自己处理异常*/
public class Demo05Throws {/*FileNotFoundException extends IOException extends Excepiton如果抛出的多个异常对象有子父类关系,那么直接声明父类异常即可*///public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException,IOException {//public static void main(String[] args) throws IOException {public static void main(String[] args) throws Exception {readFile("c:\\a.tx");System.out.println("后续代码");}/*定义一个方法,对传递的文件路径进行合法性判断如果路径不是"c:\\a.txt",那么我们就抛出文件找不到异常对象,告知方法的调用者注意:FileNotFoundException是编译异常,抛出了编译异常,就必须处理这个异常可以使用throws继续声明抛出FileNotFoundException这个异常对象,让方法的调用者处理*/public static void readFile(String fileName) throws FileNotFoundException,IOException{if(!fileName.equals("c:\\a.txt")){throw new FileNotFoundException("传递的文件路径不是c:\\a.txt");}/*如果传递的路径,不是.txt结尾那么我们就抛出IO异常对象,告知方法的调用者,文件的后缀名不对*/if(!fileName.endsWith(".txt")){throw new IOException("文件的后缀名不对");}System.out.println("路径没有问题,读取文件");}
}

2.4 捕获异常try…catch

如果异常出现的话,会立刻终止程序,所以我们得处理异常:

  1. 该方法不处理,而是声明抛出,由该方法的调用者来处理(throws)。
  2. 在方法中使用try-catch的语句块来处理异常。

try-catch的方式就是捕获异常。

  • 捕获异常:Java中对异常有针对性的语句进行捕获,可以对出现的异常进行指定方式的处理。

捕获异常语法如下:

try{编写可能会出现异常的代码
}catch(异常类型  e){处理异常的代码//记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
}

**try:**该代码块中编写可能产生异常的代码。

**catch:**用来进行某种异常的捕获,实现对捕获到的异常进行处理。

注意:try和catch都不能单独使用,必须连用。

演示如下:

public class TryCatchDemo {public static void main(String[] args) {try {// 当产生异常时,必须有处理方式。要么捕获,要么声明。read("b.txt");} catch (FileNotFoundException e) {// 括号中需要定义什么呢?//try中抛出的是什么异常,在括号中就定义什么异常类型System.out.println(e);}System.out.println("over");}/*** 我们 当前的这个方法中 有异常  有编译期异常*/public static void read(String path) throws FileNotFoundException {if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt这个文件 // 我假设  如果不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常  throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}}
}

如何获取异常信息:

Throwable类中定义了一些查看方法:

  • public String getMessage():获取异常的描述信息,原因(提示给用户的时候,就提示错误原因。

  • public String toString():获取异常的类型和异常描述信息(不用)。

  • public void printStackTrace():打印异常的跟踪栈信息并输出到控制台。

包含了异常的类型,异常的原因,还包括异常出现的位置,在开发和调试阶段,都得使用printStackTrace。

2.4 finally 代码块

finally:有一些特定的代码无论异常是否发生,都需要执行。另外,因为异常会引发程序跳转,导致有些语句执行不到。而finally就是解决这个问题的,在finally代码块中存放的代码都是一定会被执行的。

什么时候的代码必须最终执行?

当我们在try语句块中打开了一些物理资源(磁盘文件/网络连接/数据库连接等),我们都得在使用完之后,最终关闭打开的资源。

finally的语法:

try…catch…finally:自身需要处理异常,最终还得关闭资源。

注意:finally不能单独使用。

比如在我们之后学习的IO流中,当打开了一个关联文件的资源,最后程序不管结果如何,都需要把这个资源关闭掉。

finally代码参考如下:

public class TryCatchDemo4 {public static void main(String[] args) {try {read("a.txt");} catch (FileNotFoundException e) {//抓取到的是编译期异常  抛出去的是运行期 throw new RuntimeException(e);} finally {System.out.println("不管程序怎样,这里都将会被执行。");}System.out.println("over");}/*** 我们 当前的这个方法中 有异常  有编译期异常*/public static void read(String path) throws FileNotFoundException {if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt这个文件 // 我假设  如果不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常  throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}}
}

当只有在try或者catch中调用退出JVM的相关方法,此时finally才不会执行,否则finally永远会执行。

2.5 异常注意事项

  • 多个异常使用捕获又该如何处理呢?

    1. 多个异常分别处理。
    2. 多个异常一次捕获,多次处理。
    3. 多个异常一次捕获一次处理。

    一般我们是使用一次捕获多次处理方式,格式如下:

    try{编写可能会出现异常的代码
    }catch(异常类型A  e){try中出现A类型异常,就用该catch来捕获.处理异常的代码//记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
    }catch(异常类型B  e){try中出现B类型异常,就用该catch来捕获.处理异常的代码//记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
    }
    

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注意:这种异常处理方式,要求多个catch中的异常不能相同,并且若catch中的多个异常之间有子父类异常的关系,那么子类异常要求在上面的catch处理,父类异常在下面的catch处理。

  • 运行时异常被抛出可以不处理。即不捕获也不声明抛出。

  • 如果finally有return语句,永远返回finally中的结果,避免该情况.

  • 如果父类抛出了多个异常,子类重写父类方法时,抛出和父类相同的异常或者是父类异常的子类或者不抛出异常。

  • 父类方法没有抛出异常,子类重写父类该方法时也不可抛出异常。此时子类产生该异常,只能捕获处理,不能声明抛出

第三章 自定义异常

3.1 概述

为什么需要自定义异常类:

我们说了Java中不同的异常类,分别表示着某一种具体的异常情况,那么在开发中总是有些异常情况是SUN没有定义好的,此时我们根据自己业务的异常情况来定义异常类。例如年龄负数问题,考试成绩负数问题等等。

在上述代码中,发现这些异常都是JDK内部定义好的,但是实际开发中也会出现很多异常,这些异常很可能在JDK中没有定义过,例如年龄负数问题,考试成绩负数问题.那么能不能自己定义异常呢?

什么是自定义异常类:

在开发中根据自己业务的异常情况来定义异常类.

自定义一个业务逻辑异常: RegisterException。一个注册异常类。

异常类如何定义:

  1. 自定义一个编译期异常: 自定义类 并继承于java.lang.Exception
  2. 自定义一个运行时期的异常类:自定义类 并继承于java.lang.RuntimeException

3.2 自定义异常的练习

要求:我们模拟注册操作,如果用户名已存在,则抛出异常并提示:亲,该用户名已经被注册。

首先定义一个登陆异常类RegisterException:

// 业务逻辑异常
public class RegisterException extends Exception {/*** 空参构造*/public RegisterException() {}/**** @param message 表示异常提示*/public RegisterException(String message) {super(message);}
}

模拟登陆操作,使用数组模拟数据库中存储的数据,并提供当前注册账号是否存在方法用于判断。

public class Demo {// 模拟数据库中已存在账号private static String[] names = {"bill","hill","jill"};public static void main(String[] args) {     //调用方法try{// 可能出现异常的代码checkUsername("nill");System.out.println("注册成功");//如果没有异常就是注册成功}catch(RegisterException e){//处理异常e.printStackTrace();}}//判断当前注册账号是否存在//因为是编译期异常,又想调用者去处理 所以声明该异常public static boolean checkUsername(String uname) throws LoginException{for (String name : names) {if(name.equals(uname)){//如果名字在这里面 就抛出登陆异常throw new RegisterException("亲"+name+"已经被注册了!");}}return true;}
}

第四章 多线程

我们在之前,学习的程序在没有跳转语句的前提下,都是由上至下依次执行,那现在想要设计一个程序,边打游戏边听歌,怎么设计?

要解决上述问题,咱们得使用多进程或者多线程来解决.

4.1 并发与并行

  • 并发:指两个或多个事件在同一个时间段内发生。
  • 并行:指两个或多个事件在同一时刻发生(同时发生)。
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在操作系统中,安装了多个程序,并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行,这在单 CPU 系统中,每一时刻只能有一道程序执行,即微观上这些程序是分时的交替运行,只不过是给人的感觉是同时运行,那是因为分时交替运行的时间是非常短的。

而在多个 CPU 系统中,则这些可以并发执行的程序便可以分配到多个处理器上(CPU),实现多任务并行执行,即利用每个处理器来处理一个可以并发执行的程序,这样多个程序便可以同时执行。目前电脑市场上说的多核 CPU,便是多核处理器,核 越多,并行处理的程序越多,能大大的提高电脑运行的效率。

注意:单核处理器的计算机肯定是不能并行的处理多个任务的,只能是多个任务在单个CPU上并发运行。同理,线程也是一样的,从宏观角度上理解线程是并行运行的,但是从微观角度上分析却是串行运行的,即一个线程一个线程的去运行,当系统只有一个CPU时,线程会以某种顺序执行多个线程,我们把这种情况称之为线程调度。

4.2 线程与进程

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  • 进程:是指一个内存中运行的应用程序,每个进程都有一个独立的内存空间,一个应用程序可以同时运行多个进程;进程也是程序的一次执行过程,是系统运行程序的基本单位;系统运行一个程序即是一个进程从创建、运行到消亡的过程。

  • 线程:线程是进程中的一个执行单元,负责当前进程中程序的执行,一个进程中至少有一个线程。一个进程中是可以有多个线程的,这个应用程序也可以称之为多线程程序。

    简而言之:一个程序运行后至少有一个进程,一个进程中可以包含多个线程

我们可以再电脑底部任务栏,右键----->打开任务管理器,可以查看当前任务的进程:

进程

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线程

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线程调度:

  • 分时调度

    所有线程轮流使用 CPU 的使用权,平均分配每个线程占用 CPU 的时间。

  • 抢占式调度

    优先让优先级高的线程使用 CPU,如果线程的优先级相同,那么会随机选择一个(线程随机性),Java使用的为抢占式调度。

    • 设置线程的优先级
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    • 抢占式调度详解

    大部分操作系统都支持多进程并发运行,现在的操作系统几乎都支持同时运行多个程序。比如:现在我们上课一边使用编辑器,一边使用录屏软件,同时还开着画图板,dos窗口等软件。此时,这些程序是在同时运行,”感觉这些软件好像在同一时刻运行着“。

    实际上,CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核而言,某个时刻,只能执行一个线程,而 CPU的在多个线程间切换速度相对我们的感觉要快,看上去就是在同一时刻运行。
    其实,多线程程序并不能提高程序的运行速度,但能够提高程序运行效率,让CPU的使用率更高。

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4.3 创建线程类

Java使用java.lang.Thread类代表线程,所有的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每个线程的作用是完成一定的任务,实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来代表这段程序流。Java中通过继承Thread类来创建启动多线程的步骤如下:

  1. 定义Thread类的子类,并重写该类的run()方法,该run()方法的方法体就代表了线程需要完成的任务,因此把run()方法称为线程执行体。
  2. 创建Thread子类的实例,即创建了线程对象
  3. 调用线程对象的start()方法来启动该线程

代码如下:

测试类:

public class Demo01 {public static void main(String[] args) {//创建自定义线程对象MyThread mt = new MyThread("新的线程!");//开启新线程mt.start();//在主方法中执行for循环for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println("main线程!"+i);}}
}

自定义线程类:

public class MyThread extends Thread {//定义指定线程名称的构造方法public MyThread(String name) {//调用父类的String参数的构造方法,指定线程的名称super(name);}/*** 重写run方法,完成该线程执行的逻辑*/@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println(getName()+":正在执行!"+i);}}
}

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参考资料&#xff1a;http://www.cnblogs.com/hustcat/archive/2009/10/28/1591648.html ———————————— 全文&#xff1a; 写在前面&#xff1a;索引对查询的速度有着至关重要的影响&#xff0c;理解索引也是进行数据库性能调优的起点。考虑如下情况&#xff0c;假设…