05 JavaSE-- 异常、IOStream、多线程、反射、Annotation、泛型、序列化

Exception 异常

• 异常也是对象，也有自己的体系，在这个体系中，所有异常对象的根类是 throwable 接口。
• 异常和 error 错误是不同的概念。
  错误是严重的 JVM 系统问题，一般不期待程序员去捕获、处理这些错误，同时，也不应期待程序不会从错误中恢复。
  当发生错误时，通常意味着应用程序已经无法正常执行，最好的做法是记录错误信息然后终止程序。
  
• Java 提供了以下关键字和类来支持异常处理：
  • try：用于包裹可能会抛出异常的代码块。
  • catch：用于捕获异常并处理异常的代码块。
  • finally：用于包含无论是否发生异常都需要执行的代码块。
  • throw：用于手动抛出异常。
  • throws：用于在方法声明中指定方法可能抛出的异常。
  • Exception 类：是所有异常类的父类，它提供了一些方法来获取异常信息，如 getMessage()、printStackTrace() 等。
• 在 Java 中，异常分为两种：
  • Checked Exceptions 检查（强制）性异常：必须提前在代码中处理的异常，如果不处理编译器报错。
  • Unchecked / RunTime Exceptions 非检查性(运行时)异常：可以在代码中选择性处理的异常，即使不处理也能不报错编译通过

1. Checked Exceptions 检查性/强制性/编译时异常

• 强制性异常是由编译器检查到的异常
• 强制性异常必须提前在程序中写好代码处理。要么通过 try-catch语句捕获，要么通过方法签名声明抛出。
• 强制性异常通常是由外部因素引起的，例如文件不存在、网络连接中断等。
• 强制性异常必须在代码中显式处理，要么通过 try-catch 块捕获并处理，要么通过在方法签名中使用 throws 关键字声明该异常，以通知调用者处理。

try {// 可能会抛出 IOException 的代码
} catch (IOException e) {// 处理 IOException
}

public void readFile() throws IOException {// 可能会抛出IOException的代码
}

2. Unchecked / RunTime Exceptions 非检查性(运行时)异常

• 运行时异常是在运行时抛出的异常
• 运行时异常无需提前在程序中设置捕获语句进行处理。
• 运行时异常通常是由程序内部错误引起的，例如空指针引用、数组越界等。
• 运行时异常通常是由程序员在编写代码时可以避免的，因此也称为“非强制性”异常。

3. 处理异常

• 异常的处理包括两种方式：
  • 声明异常：类似于推卸责任的处理方式
    在方法定义时使用 throws 关键字声明异常，告知调用者，调用这个方法可能会出现异常，但自身并不处理。这种处理方式的态度是：如果出现了异常则会抛给调用者来处理。
  • 捕获异常：真正的处理
    在可能出现异常的代码上使用 try-catch 进行捕获处理。这种处理方式的态度是：把异常抓住。

4. 手动抛出异常 throw

• 程序在运行中检测到错误后，可以创建一个合适类型的异常实例并抛出它
• 在同一方法内先用 throw 抛出异常，再用 try-catch 捕获没有任何作用。正确的做法是调用该方法的方法内，用try-catch 捕获
• 手动抛出的异常有两种, 分别为运行时异常和编译时异常.、
  • 抛出运行时异常时，可以不用处理抛出的这个异常.
  • 抛出编译时异常时，必须要处理抛出的这个异常，否则编译不能通过

/** divide 方法内部检查了除数是否为 0，如果是，则使用 throw 关键字抛出一个 ArithmeticException。- 调用这个方法的代码块通过 try-catch 捕获了这个异常，并在 catch 块中处理了这个错误情况*/ public static double divide(double chushu, double beichushu) throws ArithmeticException {// 事实上,即使不手动抛出,JVM 也会检测到该运行时异常,自动抛出// 因此下面三行代码有没有,输出结果都一样if (beichushu == 0) {throw new ArithmeticException("除数不能为零");}return beichushu / chushu;}public static void main(String[] args) {try {double result = divide(10, 0);System.out.println("结果是: " + result);} catch (ArithmeticException e) {System.err.println("发生错误: " + e.getMessage());}}

public class ThrowEx {// 手动抛出运行时异常，可以不处理public void setAge(int age) {if (age < 0) {throw new NullPointerException("输入的年龄小于0");}}// 手动抛出编译时异常，调用该方法者必须要处理这个异常public void setAge2(int age) throws FileNotFoundException {if (age < 0) {throw new FileNotFoundException("输入的年龄小于0");}}public static void main(String[] args) {ThrowEx throwEx = new ThrowEx();// 首先明确,尽管方法 1, 2 都抛出了异常,但在调用方法种,并没有处理抛出的异常//方法 1 指定的异常是运行时异常,调用者不是必须处理这个异常,编译也能通过//方法 2 指定的异常是编译时异常,由于调用者没有处理,因此无法编译通过throwEx.setAge(-5);//throwEx.setAge2(-5);}

调用方法 1 时，正常编译构建，并送出错误提示

调用方法 2 时，无法通过编译构建

同时调用方法1，2时，依然无法通过编译构建，这验证了之前说过的话：抛出编译时异常时，必须要处理抛出的这个异常，否则编译不能通过。

5. 自动捕获异常 try-catch-finally

• 使用 try-catch-finally 处理编译时异常，是让程序在编译时就不再报错，但是运行时仍然有可能报错。相当于我们使用 try-catch 将一个编译时可能出现的异常，延迟到运行时出现。
• 在开发中，运行时异常比较常见，此时一般不用 try-catch 去处理，因为处理和不处理都是一个报错，最好办法是去修改代码。
• try 和 catch 必须配对使用，finally 则没有强制要求
• try 语句块中：放的是可能出现问题的代码，尽量不要把不相关的代码放入到里面，否则会出现截断的问题。
• catch 括号中，声明想要捕获的异常类型；语句块中，放置捕获指定异常后处理问题的代码，如果问题在 try 语句块中没有出现，则 catch 不会运行。
• finally 语句块中：放的是不管问题异常是否产生，都要执行的代码。

/**Integer.parseInt(str)方法将 str 转换为整数。但由于str的内容不是有效的整数（它包含字母而非数字），- 这个操作将会抛出一个 NumberFormatException。- catch 括号中声明本次捕获目标是 NumberFormatException,如果发生此异常，将执行该块中的代码，即 e.printStackTrace()。- 第二个 catch 括号中声明本次捕获目标是 Exception,由于 Exception 本就是所有异常的根类- 因此第二个 catch 可以捕获除 NumberFormatException 之外的所有异常类型（前提是这些异常没有在第一个 catch 块中被捕获）。- 这里，如果捕获到任何其他异常，程序将输出e.getMessage()，即异常的描述信息。- finally块：无论是否发生异常，finally块中的代码都会被执行。*/public static void main(String[] args) {String str = "avocado";try {int i = Integer.parseInt(str);} catch (NumberFormatException e) {e.printStackTrace();} catch (Exception e) {System.out.println(e.getMessage());} finally {System.out.println("运行完毕");}}

6. 声明异常 throws

• 在 Java 中，当前执行的语句必属于某个方法。
• 每个方法都必须声明它可能抛出的强制性异常的类型。
• 声明的方式是：在方法头使用 throws 关键字

public void myMethod throws Exceptionl, Exception2,… ，ExceptionN

• throws 一般用于方法中可能存在异常时，需要将异常情况向方法之上的层级抛出，由抛出方法的上一级来解决这个问题，如果方法的上一级无法解决的会就会再将异常向上抛出，最终会抛给 main 方法，这样一来 main 方法中调用了这个方法的时候，就需要解决这个可能出现的异常.
  当然 main 方法也可以不解决异常，将异常往上抛给 JVM ，如果 JVM 也无法解决的话,那么 JVM 就 over 了
• try-catch-fianlly 真正将异常给处理掉了。throws 只是将异常抛给了方法的调用者，并没有真正将异常处理掉。
• 之前所述，子类重写父类方法时，不可以抛出新的强制性异常，或者比父类方法声明的更广泛的强制性异常。

7. 如何选择 try-catch-finally 和 throws

什么时候捕捉？什么时候声明？
如果异常发生后需要调用者来处理的，需要调用者知道的，则采用声明方式。否则采用捕捉。

• 同一方法内， try-catch 和 throws 不要同时使用。因为只要 try-catch 就已经将异常处理掉了，再 throws 没有任何意义
• 放眼整个程序，try-catch 和 throws 应当联合使用。

例如，在方法标签通过 throws 抛出异常，让调用者决定如何处理。而调用者使用 try-catch 捕获并处理这些异常。

• 如果父类的方法没有声明抛出任何检查型异常（Checked Exception），则子类在重写这个方法时也不能声明抛出检查型异常。因此，如果子类重写的方法中需要处理异常，必须在方法内部使用 try-catch-finally 进行处理。

如果父类的方法没有使用 throws 声明任何检查型异常，意味着该方法不抛出任何需要强制处理的检查型异常。

• 在一个复杂的调用链中，建议在较底层的方法中使用 throws 抛出异常，而在较高层的方法中使用 try-catch-finally 来处理这些异常。

假设我们有以下方法调用链：
方法 a 调用 方法 b
方法 b 调用 方法 c

在较底层的方法 b、c ，使用 throws 声明这些方法可能抛出的异常，而不在这些方法内部进行异常捕获和处理。这种做法有以下优点：

异常传播：将异常传递给调用者，让调用者决定如何处理。
简化代码：底层方法专注于核心逻辑，不必处理异常，从而简化代码。

public class Example {public static void methodC() throws Exception {if (someCondition) {throw new Exception("Method C exception");}// 方法 C 的其他逻辑}public static void methodB() throws Exception {methodC();// 方法 B 的其他逻辑}public static void methodA() {try {methodB();} catch (Exception e) {System.err.println("发生错误: " + e.getMessage());} finally {System.out.println("清理操作");}}public static void main(String[] args) {methodA();}
}

高层方法使用 try-catch-finally 处理异常

在较高层的方法 a ，使用 try-catch-finally 捕获和处理所有底层方法抛出的异常。这种做法有以下优点：

集中处理：所有异常都在一个地方处理，便于管理和维护。
保证执行：即使发生异常，也可以确保 finally 块中的清理操作能够执行。

为什么要这样做
数据返回问题：如果在方法 b 中使用 try-catch 捕获并处理异常，方法 a 可能无法获得所需的数据。这是因为异常处理可能会中断正常的数据流。
异常聚合：将异常传递到高层方法，允许高层方法集中处理所有可能的异常，提高了代码的可读性和可维护性。

8. 自定义异常类

Java 中允许自定义异常（类）

• 所有异常都必须是 Throwable 的子类。
• 如果目标是写一个强制性异常类，则需要继承 Exception 类。
• 如果目标是写一个运行时异常类，则需要继承 RuntimeException 类。
• 一个异常类和其它任何类一样，包含有变量和方法。

8.1 自定义异常处理-- 支付余额不足

// 自定义异常类:余额不足
// 继承 Exception 类，该自定义异常是强制性异常，必须在编译之前,由 try-catch 捕获
public class InsufficientFundsException extends Exception
{//balanceShortage 储存当出现异常（取出钱多于余额时）所缺乏的钱private double balanceShortage;public InsufficientFundsException(double balanceShortage){this.balanceShortage= balanceShortage;} public double getBalanceShortage(){return balanceShortage;}
}

//此类模拟银行账户
public class Account {
// 区分异常类,此处的 balance 就是单纯的余额private double balance;private int cardNum;public Account (int cardNum) {this.cardNum = cardNum;}//方法：存钱public void deposit(double amount) {balance += amount;}//方法：取钱public void withdraw(double amount) throwsInsufficientFundsException {if (amount <= balance) {balance -= amount;} else {double needs = amount - balance;throw new InsufficientFundsException(needs);}}//方法：返回余额public double getBalance() {return balance;}//方法：返回卡号public int getCardNum() {return cardNum;}
}

public class BankDemo
{public static void main(String [] args){Account account = new Account(101);System.out.println("Depositing $500...");account.deposit(500.00);try{System.out.println("\nWithdrawing $100...");account.withdraw(100.00);System.out.println("\nWithdrawing $600...");account.withdraw(600.00);}catch(InsufficientFundsException e){System.out.println("Sorry, but you are short $"+ e.getBalanceShortage());e.printStackTrace();}}
}

输出为 :

Depositing $500...Withdrawing $100...Withdrawing $600...
Sorry, but you are short $200.0
InsufficientFundsExceptionat CheckingAccount.withdraw(CheckingAccount.java:25)at BankDemo.main(BankDemo.java:13)

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