教你精通JavaSE语法之第十一章、认识异常

一、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，都有与其对应的类来进行描述。

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：

从上图中可以看到：
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，一旦发生回力乏术。
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。比如：感冒、发烧。我们平时所说的异常就是Exception。

1.3异常的分类

1.3.1编译时异常

在程序编译期间发生的异常，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@Overridepublic 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
}

 1.3.2运行时异常

在程序执行期间发生的异常，称为运行时异常，也称为非受检查异常(Unchecked Exception)
RunTimeException以及其子类对应的异常，都称为运行时异常。比如：NullPointerException、
ArrayIndexOutOfBoundsException、ArithmeticException。
注意：编译时出现的语法性错误，不能称之为异常。例如将 System.out.println 拼写错了, 写成了
system.out.println. 此时编译过程中就会出错, 这是 "编译期" 出错。而运行时指的是程序已经编译通过得到class 文件了, 再由 JVM 执行过程中出现的错误

小知识：

1.程序异常的情况：

程序正常返回0：

程序异常返回1： 

2.继承图：

 

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二、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及时通知程序猿. 主要的方式:

2.1.1事前防御型

LBYL: Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查.

    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, 代码整体显的比较混乱

2.1.2事后认错型

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, 遇到问题再处理.

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，代码更清晰，容易理解代码
异常处理的核心思想就是 EAFP。
在Java中，异常处理主要的5个关键字：throw、try、catch、final、throws。

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。具体语法如下：

throw new XXXException("异常产生的原因");

【需求】：实现一个获取数组中任意位置元素的方法
 

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必须写在方法体内部
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，直接交给JVM来处理
4. 如果抛出的是编译时异常/受查异常，用户必须自己处理，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将异常抛给方法的调用者来处理。即当前方法不处理异常，提醒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...{
}

//克隆方法
class People implements Cloneable{protected Object clone() throws CloneNotSupportedException{return super.clone();}}
public class Demo2 {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException{People people1=new People();People people2=(People)people1.clone();}
}

【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。

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，或者继续使用throws抛出

public static void main(String[] args) throws IOException {Config config = new Config();config.openConfig("config.ini");
}

 将光标放在抛出异常方法上，alt + Insert 快速 处理：

2.3.2try-catch捕获并处理

throws对异常并没有真正处理，而是将异常报告给抛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

3.如果是非受查异常，我们并没有对该异常进行处理，那么这个异常会交给JVM处理，此时程序会异常终止。此时通过try-catch可以解决后面的代码也被执行。

4.try中的语句如果抛出异常，那么接下来的在try的异常语句后面的语句不会被执行。

例子一：

//try-catch
public static void main(String[] args) {Scanner input=new Scanner(System.in);System.out.println("请输入两个整数：");//ArithmeticExceptionint num1=input.nextInt();int num2=input.nextInt();try{System.out.println(num1/num2);}catch(ArithmeticException e){System.out.println("存在输入异常，在74行");}}

例子二： 

public static void main(String[] args) {Scanner input=new Scanner(System.in);System.out.println("请输入两个整数：");//ArithmeticExceptionint num1=input.nextInt();int num2=input.nextInt();try{System.out.println(num1/num2);System.out.println(num1+num2);}catch(ArithmeticException e){System.out.println("存在输入异常，在74行");}}

例子三：假如存在多个异常？都会被捕获吗？ 

public static void main(String[] args) {Scanner input=new Scanner(System.in);System.out.println("请输入两个整数：");//ArithmeticExceptionint num1=input.nextInt();int num2=input.nextInt();int[] array=null;try{System.out.println(num1/num2);System.out.println(array.length);//空指针异常}catch(ArithmeticException e){System.out.println("存在输入异常，在74行");}}

也就是说：不可能同时捕获多个异常！ 

例子四：优化异常代码-->更高的可读性

public static void main(String[] args) {Scanner input=new Scanner(System.in);System.out.println("请输入两个整数：");//ArithmeticExceptionint num1=input.nextInt();int num2=input.nextInt();int[] array=null;try{System.out.println(num1/num2);System.out.println(array.length);//空指针异常}catch(ArithmeticException e){e.printStackTrace();System.out.println("存在输入异常");}catch(NullPointerException e){e.printStackTrace();System.out.println("空指针异常");}}

 关于异常的处理方式：异常的种类有很多, 我们要根据不同的业务场景来决定.

• 对于比较严重的问题(例如和算钱相关的场景), 应该让程序直接崩溃, 防止造成更严重的后果
• 对于不太严重的问题(大多数场景), 可以记录错误日志, 并通过监控报警程序及时通知程序猿
• 对于可能会恢复的问题(和网络相关的场景), 可以尝试进行重试.
• 在我们当前的代码中采取的是经过简化的第二种方式. 我们记录的错误日志是出现异常的方法调用信息, 能很快速的让我们找到出现异常的位置. 以后在实际工作中我们会采取更完备的方式来记录异常信息.

 【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) {int[] array = {1,2,3};getElement(array, 3);}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: 3at 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来捕获----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");}

  4.如果多个异常的处理方式是完全相同, 也可以写成这样：（不建议这样写，可读性差）
 

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

5.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) {Scanner input=new Scanner(System.in);System.out.println("请输入两个整数：");//ArithmeticExceptionint num1=input.nextInt();int num2=input.nextInt();int[] array=null;try{System.out.println(num1/num2);System.out.println(array.length);//空指针异常}catch(Exception e){}catch(ArithmeticException e){System.out.println("存在输入异常");e.printStackTrace();}catch(NullPointerException e){e.printStackTrace();System.out.println("空指针异常");}}

 

 修改如下：

public static void main(String[] args) {Scanner input=new Scanner(System.in);System.out.println("请输入两个整数：");//ArithmeticExceptionint num1=input.nextInt();int num2=input.nextInt();int[] array=null;try{System.out.println(num1/num2);System.out.println(array.length);//空指针异常}catch(ArithmeticException e){System.out.println("存在输入异常");e.printStackTrace();}catch(NullPointerException e){e.printStackTrace();System.out.println("空指针异常");}catch(Exception e){}}

建议从上往下先捕捉子类异常后捕捉父类异常。

2.3.3 finally

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，必须要对资源进进行回收。另外，因为异常会引发程序的跳转，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，然后将该数字返回，并再main方法中打印
 

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

上述程序，如果正常输入，成功接收输入后程序就返回了，try-catch-finally之后的代码根本就没有执行，即输入流就没有被释放，造成资源泄漏。
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扫尾工作
 

public static void main(String[] args) {Scanner input=new Scanner(System.in);System.out.println("请输入两个整数：");//ArithmeticExceptionint num1=input.nextInt();int num2=input.nextInt();int[] array=null;try{System.out.println(num1/num2);System.out.println(array.length);//空指针异常}catch(ArithmeticException e){System.out.println("存在输入异常");e.printStackTrace();}catch(NullPointerException e){e.printStackTrace();System.out.println("空指针异常");}catch(Exception e){}finally{input.close();//Scanner用完需要关闭！}}

finally 执行的时机是在方法返回之前(try 或者 catch 中如果有 return 会在这个 return 之前执行 finally). 但是如果finally 中也存在 return 语句, 那么就会执行 finally 中的 return, 从而不会执行到 try 中原有的 return。

一般我们不建议在 finally 中写 return (被编译器当做一个警告)
【面试题】：
1. throw 和 throws 的区别？

throw是抛出一个异常，throws表示该方法声明有可能抛出异常
2. finally中的语句一定会执行吗？

必然执行

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 func(int a){System.out.println(10/a);}public static void main(String[] args) {func(0);}
//先调用main方法

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: 100at demo02.Test.func(Test.java:14)at demo02.Test.main(Test.java:8)

可以看到, 程序已经异常终止了, 没有执行到 System.out.println("after try catch"); 这一行。

【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 中的代码都会被执行到(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, 此时程序就会异常终止

三、自定义异常类

Java 中虽然已经内置了丰富的异常类, 但是并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陆功能.

public class LogIn {private String userName = "admin";private String password = "123456";public static void loginInfo(String userName, String password) {if (!this.userName.equals(userName)) {System.out.println("用户名错误");} if(!this.password.equals(password)) {System.out.println("密码错误");    } System.out.println("登陆成功");}public static void main(String[] args) {LogIn lg=new LogIn();lg.loginInfo("admin", "123456");}}

此时我们在处理用户名密码错误的时候可能就需要抛出两种异常. 我们可以基于已有的异常类进行扩展(继承), 创建和我们业务相关的异常类

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

如果我们继承受查异常：需要我们自己进行处理-->try-catch

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

如果我们继承非受查异常：此时不需要自己处理

class UserNameException extends Exception {public UserNameException(String message) {super(message);}}class PasswordException extends RuntimeExceptionException {public PasswordException(String message) {super(message);}}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) {loginInfo("admin", "123456");}}

 

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