【Java SE】11.认识异常

目录

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

2.异常的处理

2.1防御式编程

2.2异常的抛出

2.3异常的捕获

2.3.1异常声明throws

2.3.2try-catch捕获并处理

2.3.3finally

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.算术异常

System.out.println(10 / 0);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero

2.数组越界异常

int[] arr = {1, 2, 3};
System.out.println(arr[100]);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100

3.空指针异常

int[] arr = null;
System.out.println(arr.length);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.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：

  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：StackOverflowError和OutofMemoryError，一旦发生回天无力。
  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。
1.3异常的分类

异常可能在编译时发生，也有可能在运行时发生，根据时机发生的不同，可以将异常分化为：

1.编译时异常

在程序编译时发生的异常，称为编译时异常，也称为受检查异常（Checked Exception）

public class Person {
private String name;
private String gender;
int age;
// 想要让该类支持深拷贝，覆写Object类的clone方法即可
@Override
public Person clone() {
return (Person)super.clone();
}
}
编译时报错：
Error:(17, 35) java: 未报告的异常错误java.lang.CloneNotSupportedException; 必须对其进行捕获或声明以便抛出

2.运行时异常

在程序执行期间发生的异常，称为运行时异常，也称为受检查异常。

RunTimeException以及其子类对应的异常，都称为运行时异常。

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通知程序员，主要的方式：

1.LBYL：look Before You Leap.在操作前就做充分的检查，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，代码整体显得比较混乱。

2.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，遇到问题在处理，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，代码更加清晰，容易理解代码。

异常处理的核心就是EAFP。

在Java中，异常处理主要的5个关键字：throw，try，catch，final，throw。

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。具体用法如下：

throw new XXXException("异常产生的原因");

【需求】：实现一个获取数组中任意元素的方法。

public static int getElement(int[] array, int index){
if(null == array){
throw new NullPointerException("传递的数组为null")；
}
if(index < 0 || index >= array.length){
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("传递的数组下标越界");
}
return array[index];
}
public static void main(String[] args) {
int[] array = {1,2,3};
getElement(array, 3);
}

【注意事项】

  1. throw必须写在方法内部
  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，直接交出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将异常抛出给方法的调用者来处理，即当前方法不处理异常，提醒的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...{
}

需求：加载指定的配置文件config.ini

public class Config {
File file;
/*
FileNotFoundException : 编译时异常，表明文件不存在
此处不处理，也没有能力处理，应该将错误信息报告给调用者，让调用者检查文件名字是否给错误了
*/
public void OpenConfig(String filename) throws FileNotFoundException{
if(filename.equals("config.ini")){
throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");
}
// 打开文件
}
public void readConfig(){
}
}

【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。
public class Config {
File file;
// public void OpenConfig(String filename) throws IOException,FileNotFoundException{
// FileNotFoundException 继承自 IOException
public void OpenConfig(String filename) throws IOException{
if(filename.endsWith(".ini")){
throw new IOException("文件不是.ini文件");
}
if(filename.equals("config.ini")){
throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");
}
// 打开文件
}
public void readConfig(){
}
}

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，或者继续处理throws抛出。

public static void main(String[] args) throws IOException {
Config config = new Config();
config.openConfig("config.ini");
}
2.3.2try-catch捕获并处理

throws对异常并没有真正的处理，而是将异常报告给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
// 如果捕获了，由于捕获时类型不对，那就没有捕获到，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

需求：读取配置文件，如果配置文件名字不是指定名字，抛出异常，调用者进行异常处理。

public class Config {
File file;
public void openConfig(String filename) throws FileNotFoundException{
if(!filename.equals("config.ini")){
throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");
}
// 打开文件
}
public void readConfig(){
}
public static void main(String[] args) {
Config config = new Config();
try {
config.openConfig("config.txt");
System.out.println("文件打开成功");
} catch (IOException e) {
// 异常的处理方式
//System.out.println(e.getMessage()); // 只打印异常信息
//System.out.println(e); // 打印异常类型：异常信息
e.printStackTrace(); // 打印信息最全面
}
// 一旦异常被捕获处理了，此处的代码会执行
System.out.println("异常如果被处理了，这里的代码也可以执行");
}
}

【注意事项】

1.try块内抛出异常位置之后的代码将不会被执行。

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) {
try {
int[] array = {1,2,3};
System.out.println(array[3]); // 此处会抛出数组越界异常
}catch (NullPointerException e){ // 捕获时候捕获的是空指针异常--真正的异常无法被捕获到
e.printStackTrace();
}
System.out.println("后序代码");
}
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
at day20210917.ArrayOperator.main(ArrayOperator.java:24)

3.try中可能会抛出多个不同的异常对象，则必须用多个catch来获取——即多种异常，多次捕获。

public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1, 2, 3};
try {
System.out.println("before");
// arr = null;
System.out.println(arr[100]);
System.out.println("after");
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
System.out.println("这是个数组下标越界异常");
e.printStackTrace();
} catch (NullPointerException e) {
System.out.println("这是个空指针异常");
e.printStackTrace();
}
System.out.println("after try catch");
}

如果多个异常的处理方式是完全相同，也可以写成这样：

catch (ArrayIndexOutOfBoundsException | NullPointerException e) {
...
}

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：

public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1, 2, 3};
try {
System.out.println("before");
arr = null;
System.out.println(arr[100]);
System.out.println("after");
} catch (Exception e) { // Exception可以捕获到所有异常
e.printStackTrace();
}catch (NullPointerException e){ // 永远都捕获执行到
e.printStackTrace();
}
System.out.println("after try catch");
}
Error:(33, 10) java: 已捕获到异常错误java.lang.NullPointerException

4.可以通过一个catch捕获所有的异常，即多个异常，一次捕获

public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1, 2, 3};
try {
System.out.println("before");
arr = null;
System.out.println(arr[100]);
System.out.println("after");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("after try catch");
}
2.3.3finally

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

语法格式：
try{
// 可能会发生异常的代码
}catch(异常类型 e){
// 对捕获到的异常进行处理
}finally{
// 此处的语句无论是否发生异常，都会被执行到
}
// 如果没有抛出异常，或者异常被捕获处理了，这里的代码也会执行

public static void main(String[] args) {
try{
int[] arr = {1,2,3};
arr[100] = 10;
arr[0] = 10;
}catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e){
System.out.println(e);
}finally {
System.out.println("finally中的代码一定会执行");
}
System.out.println("如果没有抛出异常，或者异常被处理了，try-catch后的代码也会执行");
}

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

需求：实现getData方法，内部输入一个整形数字，将该数字返回，并用main方法打印。

public class TestFinally {
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");
if(null != sc){
sc.close();
}
return 0;
}
public static void main(String[] args) {
int data = getData();
System.out.println(data);
}
}
// 正常输入时程序运行结果：
100
finally中代码
100

注意：finally中的代码一定会执行的，一般在finally中进行一些资源清理的归属工作。

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)

【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中的代码就会被执行到（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，此时程序就会程序终止。

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录功能。

public class LogIn {
private String userName = "admin";
private String password = "123456";
public static void loginInfo(String userName, String password) {
if (!userName.equals(userName)) {
}
if (!password.equals(password)) {
}
System.out.println("登陆成功");
}
public static void main(String[] args) {
loginInfo("admin", "123456");
}
}

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。
class UserNameException extends Exception {
public UserNameException(String message) {
super(message);
}
}
class PasswordException extends Exception {
public PasswordException(String message) {
super(message);
}
}

此时我们的login代码可以改成

public class LogIn {
private String userName = "admin";
private String password = "123456";
public static void loginInfo(String userName, String password)
throws UserNameException,PasswordException{
if (!userName.equals(userName)) {
throw new UserNameException("用户名错误！");
}
if (!password.equals(password)) {
throw new PasswordException("用户名错误！");
}
System.out.println("登陆成功");
}
public static void main(String[] args) {
try {
loginInfo("admin", "123456");
} catch (UserNameException e) {
e.printStackTrace();
} catch (PasswordException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

【注意事项】

  • 自定义异常通常会继承自Exception或者RunTimeException。
  • 继承自Exception的异常默认是受查异常。
  • 继承自RunTimeException的异常默认是非受查异常。

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