Java基础：异常与错误（ExceptionError）

1 缘起

某天上网冲浪时，偶然看到一个问题，说Java的Error和Exception有什么区别？
一句话：不知道。并不能很清晰地描述出个中区别。
当然，曾经也看过Throwable相关的知识，但是，并没有通过源码及注释描述深入了解，
之前都是看别人总结的知识，这次自己通过源码梳理，
还是有一些收获的，
分享如下，帮助读者轻松应对知识交流与考核。

2 Throwable

位置：java.lang.Throwable
Throwable类是Java语言中所有错误和异常的父类。
只有该类（或该类子类）的对象才能被JVM抛出或Java程序抛出。
同样，只有该类或该类的子类才能作为catch语句的参数类型。
Throwable类关系如下图所示。

为了编译时异常检查，Throwable和Throwable的任何子类（不是RuntimeException或Error的子类）都被视为已检查的异常。
源码如下图所示。

Error和Exception子类的实例常用于表示发生的异常。
一般，这些异常是在上下文中实时创建的，包含相关的信息（如堆栈跟踪数据）。

异常产生时，throwable对象包含：
（1）线程执行堆栈的快照；
（2）消息字符串，会提供更多的错误信息。throwable可以抑制其他throwable的传播；
（3）产生异常的原因：产生throwable的throwable，即链式传播路径，通过异常传播链排查产生异常的原因；

产生throwable的原因：
（1）抛出throwable的类构建在较低层的抽象上，上层操作的失败是因为较低层失败。让下层抛出throwable并向外传播是糟糕的设计，因为她通常与上层提供的抽象无关。并且，如果下层的异常已经检查，这样会将上层的API与实现的细节绑定到一起。抛出包装异常（如包含异常原因）允许上层将失败的详细信息传递给调用方则不会有上面的缺点。上层在不改变API基础上保留灵活修改实现（尤其是方法引起的异常）。
（2）抛出异常的方法符合通用接口（不允许方法直接抛出异常原因）。假设一个持久化集合符合Collection接口，持久化是在java.io上实现的。假设add方法内部可以抛出IOException，当Collection接口在未检查异常中包装了IOException，实现可以将IOException的详情传递给调用者（持久话集合的规范应表明它能够引发此类异常）。

异常原因可以通过两种方式与throwable关联：将原因作为参数的构造函数；通过initCause(Throwable)方法。
新的throwable类（希望异常原因与类相关联）应该提供具有异常原因的构造函数并且代理（可能是间接代理）Throwable带有异常原因参数的某个构造函数。initCause方法是public，因此可将异常原因与任何throwable相关联，如legacy throwable（他的实现先于异常链机制添加到Throwable）。

按照惯例，Throwable类及其子类有两个构造函数，一个是无参构造函数，一个接收String类型的参数，用于生成详情。
此外，这些子类（可能与异常原因相关联）应该有两个（及以上）构造函数，一个接收Throwable，一个接收String和Throwable。

2.1 Error

位置：java.lang.Error
Error是Throwable的子类，说明问题严重，不应由应用程序捕获。
此时只管抛出异常，无需在程序中捕获，即不使用catch捕获Error。
大多数这样的错误都是异常情况，ThreadDeath虽然是“正常”情况，但是，仍旧不应捕获（ThreadDeath是Error的子类）。
Error的任何子类都不需要声明throws语句来抛出方法运行时产生的异常，
因为这些错误是不应该发生的异常情况。也就是说，为了在编译时检查异常，Error和Error的子类均为视为未检查异常。
源码如下图所示。

2.1.1 IOError

位置：java.io.IOError
发生严重I/O错误时抛出。
源码如下图所示。

2.1.2 ThreadDeath

位置：java.lang.ThreadDeath
损坏的线程调用（已过时）Thread.stop方法时抛出ThreadDeath实例。
只有在异步终止后必须清理时，应用程序才需要捕获此类的实例。
如果ThreadDeath由方法捕获，需要重新抛出，确保线程真正“死亡”。
如果未捕获到ThreadDeath，顶级Error处理器不会打印消息。
ThreadDeath是Error的子类而不是Exception的子类，
因为许多应用程序都会捕获所有的Exception，然后丢弃。
源码如下图所示。

2.1.3 VirtualMachineError

位置：java.lang.VirtualMachineError
抛出该异常表示Java虚拟机已经损坏或资源不足，程序无法继续运行。
源码如下图所示。

2.2 Exception

位置：java.lang.Exception
Exception类及其子类是Throwable的一种形式，表示程序想要捕获的异常。
通过该异常信息，排查问题，解决问题，因此需要在程序中显式声明并捕获异常。
Exception类和非RuntimeException子类都是检查异常（受检异常），即编译时异常检查。
如果方法或构造函数的执行会引发异常并传播到方法或构造函数外，需要在方法或构造函数抛出语句中声明异常。
源码如下图所示。

2.2.1 IOException

位置：
该类表示发生了某种I/O异常。此类是产生失败或中断I/O操作的通用异常类。
源码如下图所示。

2.2.1.1 EOFException

位置：java.io.EOFException
EOFException类表示输入过程中意外到达文件尾部或流尾部。
该异常主要用于标识数据输入流到达流尾部。
需要注意的是，许多其他输入操作在流结束时返回特殊值，而不是抛出异常。
源码如下图所示。

2.2.1.2 FileNotFoundException

位置：java.io.FileNotFoundException
当指定路径名的文件不存在时，FileInputStream、FileOutputStream和RandomAccessFile构造函数会抛出该异常。
如果文件存在，但是由于某些原因无法访问，仍会抛出该异常，如编辑只读文件。
源码如下图所示。

2.2.1.3 InterruptedIOException

位置：java.io.InterruptedIOException
InterruptedIOException表示I/O操作中断。抛出InterruptedIOException表明输入或输出传输已终止，因为执行该传输的线程已经中断。
bytesTransferred字段表示中断前成功传输的字节数。
源码如下图所示。

2.2.1.4 ObjectStreamException

位置：java.io.ObjectStreamException
抽象类，对象流类异常类的父类。
源码如下图所示。

集成ObjectStreamException的子类有：InvalidClassException、InvalidObjectException等，
全部的子类如下图所示。

2.2.2 RuntimeException

位置：java.lang.RuntimeException
RuntimeException是Java虚拟机正常运行期间可以抛出的异常类的父类。
RuntimeException及其子类是未检查异常，如果未检查异常可以由方法或构造函数抛出并向外传播，
则无需在方法或构造函数的抛出语句中声明。
源码如下图所示。

java.lang包中继承RuntimeException的类有17个，如下图所示，
下面挑几个进行分享。

2.2.2.1 ArithmeticException

位置：java.lang.ArithmeticException
发生算术异常时抛出。如除数为0，（1/0）。
ArithmeticException对象可以由虚拟机构造，如虚拟机禁用压缩或堆栈不可写。
源码如下图所示。

2.2.2.2 IndexOutOfBoundsException

位置：java.lang.IndexOutOfBoundsException
抛出IndexOutOfBoundsException说明某种索引超出了范围（如数组、字符串或向量）。
应用程序可继承该类表示类似的异常，如ArrayIndexOutOfBoundsException类。
源码如下图所示。

2.2.2.3 NullPointerException

位置：java.lang.NullPointerException

在需要使用对象的地方使用了null，包括：
（1）调用null对象的方法；
（2）访问或变更null对象；
（3）获取null数组的长度；
（4）访问或变更null数据组内容；
（5）Throwable值抛出null；
应用程序可以抛出该类的实例表示非法使用null。
虚拟机可以构造NullPointerException对象，如虚拟机禁用压缩和堆栈追踪不可写。
源码如下图所示。

2.2.3 ReflectiveOperationException

位置：java.lang.ReflectiveOperationException
在核心反射中因反射操作抛出异常类的公共父类。
源码如下图所示。

继承ReflectiveOperationException的子类有6个，如下图所示。
下面挑几个分享一下。

2.2.3.1 ClassNotFoundException

位置：java.lang.ClassNotFoundException
从JDK1.4开始，ReflectiveOperationException被修改为符合通用异常链机制。
“加载类时引发的异常”可能是构建时引发的，通过getException()方法可以获取产生异常的原因，
当然也可以通过“遗留方法”Throwable.getCause()方法获取异常原因。
源码如下图所示。

2.2.3.2 NoSuchMethodException

位置：java.lang.NoSuchMethodException
无法获取某个方法时抛出的异常。
源码如下图所示。

3 小结

（1）Throwable是所有异常和错误的父类，即Exception和Error；Throwable包含线程执行的堆栈快照，错误消息以及产生异常的链式传播路径；
（2）Error是严重的错误（如JVM错误），不需要应用程序主动捕获，抛出即可；
（3）Exception是应用程序级别的异常（是编写的应用程序出现的异常），需要应用程序主动捕获，异常信息帮助开发者排查和解决问题；
（4）Exception常用的可分为三类：IOException、RuntimeException和ReflectiveOperationException。
Throwable完整相关类的关系如下图所示。