4. Java入门之异常是什么？如何自定义异常？异常的分类、产生及处理

1. 异常的概述与体系

1.1 异常的概述

异常，就是不正常的意思，在程序中的意思是：在程序执行过程中，出现的非正常情况，最终会导致JVM的非正常停止

在Java等面向对象的编程语言当中，异常本身就是一个类，产生异常就是创建异常对象并抛出，Java（或者说JVM）处理异常的方式是中断处理

注意：异常指的不是语法错误，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 异常的体系及分类

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.Error和java.lang.Exception，所有的异常都是由 Throwable类继承而来的，为了更清晰表达他们的层次关系，下面给出一张图

其中 Error 类描述了Java运行时系统的内部错误与资源耗尽错误，这是我们攻城狮所不能处理、只能尽量避免的；而我们这里所谈论的异常，是指 Exception 类，这是由于使用不当导致，是可以避免的

在设计Java程序时，要重点关注 Exception 类，该类还可以分为两个分支， RuntimeException 与其他异常例如 IOException 等，一般的规则是：由编程错误导致的异常属于 RuntimeException；如果程序本身没有问题，但由于I/O错误这类问题导致的异常属于其他异常

要注意的是，RuntimeException 可以处理也可以不处理，一般不处理；而其他异常例如 IOException 等则必须处理

2. 异常的产生及处理

2.1 异常的产生

关于异常的产生，我们来举个栗子，下面是演示程序代码

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int [] arr = {1, 2, 3};
        int e = get(arr,3);
        System.out.println(e);
    }
    private static int get(int[] arr,int index) {
        int element = arr[index];
        return element;
    }
}

① main方法调用了get方法访问数组中索引为3的值，但数组的长度是3，索引是0-2，因此JVM就会检测出程序会出现异常情况，这时候JVM就会做两件事情：

• JVM会根据异常产生的原因创建一个异常对象，这个异常对象包含了异常产生的内容、原因与位置
  new ArrayIndexOutOfBoundsException("Index 3 out of bounds for length 3");

• 在get方法中，没有异常处理的逻辑（即try...catch），那么JVM就会把异常对象抛出给该方法的调用者main方法来处理这个异常

② main方法收到了这个异常对象，但是main方法也没有异常处理的逻辑，因此他会继续把异常对象抛出给main方法的调用者JVM处理

③ JVM接收到了这个异常对象，做了两件事情：

• 把异常对象以红色的字体打印在控制台
• JVM会终止当前正在执行的Java程序，即中断处理

2.2 throws声明异常

上面简单举例介绍了异常的产生过程，那么怎么来处理这个异常呢，方法一为本小节所介绍的 throws声明

首先来介绍一下throw关键字（注意这个是throw不是throws）
throw的作用是用于在方法中抛出指定的异常，一般只在自定义异常时使用，此处仅简单介绍以免引起混淆，详细使用方法将在自定义异常介绍

接下来就介绍throws关键字
当成员方法内部抛出了一个异常的时候，我们必须把这个异常处理，那么我们可以使用throws关键字处理异常对象，把该异常对象进行声明，他就会抛出给方法的调用者处理（说白了就是自己不处理，给别人处理），最终是交给JVM处理，也就是中断处理，他的基本格式如下：

有几个注意事项是需要关注的：
① throws关键字必须写在方法声明处，即

修饰符 返回值类型 方法名(参数列表) throws XxxxException｛｝

② throws关键字后声明的异常必须是Exception或者是Exception的子类
③ 方法内部如果出现了多个异常对象，那么throws后也必须声明多个异常（如果抛出异常对象有父子关系，则只声明父类异常即可）
④ 如果调用了一个声明异常的方法，那么该方法必须继续对该异常进行处理，可以继续使用throws声明，或使用下一小节的try...catch自己处理异常

2.3 try…catch捕获异常

上一节介绍了处理异常的一种方法，这里介绍处理异常的另一种方法。前面说了使用throws处理异常就是自己不处理，给别人处理，那么try...catch则刚好相反，该种处理方式为自己处理异常

首先给出一个格式：

try{
       可能会产生异常的代码
} catch(异常类名,变量名){
       异常的处理逻辑，出现异常之后，怎样处理异常对象
       一般在工作中会把该异常信息写入日志当中
}

下面说一下注意事项：
① try中可能会抛出多个异常对象，那么就可以使用多个catch来处理这些异常
② 如果try中产生了异常，那么就会执行catch中对应的异常处理逻辑，执行完catch中的处理逻辑后，继续执行try...catch后的代码
③ 如果try中没有产生了异常，那么就不会执行catch中对应的异常处理逻辑，执行完try中的代码后，继续执行try...catch后的代码

2.4 Throwable中3个异常处理的方法

Throwable 是所有异常的父类，在该类中定义了3个异常处理的方法：
String getMessage()：返回此异常的简短描述

String toString()：返回此异常的详细描述

void printStackTrace()：JVM打印该异常对象，默认此方法，打印的异常信息是最全面的

3. 异常的注意事项及自定义异常

3.1 多异常的捕获处理

当存在多个异常的时候使用捕获（try...catch）如何处理呢？有三种处理方法：.

① 多个异常分别处理
该种方法，说白了就是存在多少个异常就写多少个try...catch，一种异常使用一组try...catch来处理

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        List<Integer> list = List.of(1, 2, 3);
        try{
            System.out.println(arr[3]);
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e){
            System.out.println(e);
        }
        try{
            System.out.println(list.get(3));
        }catch (IndexOutOfBoundsException e){
            System.out.println(e);
        }
        System.out.println("后续代码");
    }
}

② 多个异常一次捕获多次处理
该种方法，简单来说就是只写一个try，把所有有可能出现异常的代码都放进去try中，然后写若干个catch，一个catch对应一种异常

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        List<Integer> list = List.of(1, 2, 3);
        try{
            System.out.println(arr[3]);
            System.out.println(list.get(3));
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e){
            System.out.println(e);
        }catch (IndexOutOfBoundsException e){
            System.out.println(e);
        }
        System.out.println("后续代码");
    }
}

但是该方法有一个注意事项：
catch中定义的异常变量，如果有父子类关系，那么子类的异常变量必须写在上边，否则会报错。其原理是，若出现异常，则会从catch中顺序查找可以赋值的异常变量，倘若父类异常放在上边，则子类异常可以用多态的形式进入这个catch，那么写在父类catch后的子类catch相当于没用，因此必须子类写在父类前

③ 多个异常一次捕获一次处理
该种方法，其形式同样是只有一组try...catch，把所有可能产生异常的代码都放进try中，然后catch中的异常变量写一个无论try中出现哪种异常都能接收的异常类型，即可以是try中所出现异常类型的共同父类

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        List<Integer> list = List.of(1, 2, 3);
        try{
            System.out.println(arr[3]);
            System.out.println(list.get(3));
        }catch (Exception e){
            System.out.println(e);
        }
    }
}

3.2 finally代码块

finally代码块是跟try...catch一起使用的，在finally代码块中的代码，无论是否出现异常，他都会被执行。为什么需要这种操作呢？因为try...catch的处理逻辑是，当try中的某行代码检测出异常，那么该行代码的后续代码就不会被执行，直接跳转到catch中，那么我又必须使用那行代码怎么办呢？这时候可以放进去finally代码块中，下面举个例子

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        try{
            System.out.println(arr[3]);
            System.out.println("资源释放");
        }catch (Exception e){
            System.out.println(e);
        }
        System.out.println("后续代码");
    }
}

假如我需要无论是否产生异常，都打印输出“资源释放”，那么可以把代码改成：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        try{
            System.out.println(arr[3]);
        }catch (Exception e){
            System.out.println(e);
        }finally {
            System.out.println("资源释放");
        }
        System.out.println("后续代码");
    }
}

需要值得注意的是：
① finally代码块不能单独使用，必须和try...catch一起使用
② finally一般用于资源释放，无论程序是否异常，最后都要资源释放(IO)
③ 如果finally中有return语句，则永远返回finally中的结果，应该避免发生该情况

下面来解释一下第三点，例如我的程序是这样子的：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int a = getA();
        System.out.println(a);
    }

    private static int getA() {
        int a = 3;
        try{
            return a;
        }catch (Exception e){
            System.out.println(e);
        }finally {
            return 10;
        }
    }
}

显然这里我们想要的是不异常返回3，但由于finally代码块中也有return语句，因此无论有没有产生异常都会返回10

3.3 子父类异常

这里先简单给出子父类异常的使用规则：

• 如果父类抛出了多个异常，那么子类重写父类方法时，应该要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
• 如果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，此时子类产生的异常，只能捕获处理，不能声明抛出

给出简单的栗子：

public class Fu {
    public void method01() throws NullPointerException,ClassCastException{}
    public void method02() throws IndexOutOfBoundsException{}
    public void method03() throws ArrayIndexOutOfBoundsException{}
    public void method04() {}
}

public class Zi extends Fu{
    public void method01() throws NullPointerException,ClassCastException{/*子类抛出与父类相同的异常*/}
    public void method02() throws ArrayIndexOutOfBoundsException{/*子类可抛出父类异常的子类*/}
    public void method03() {/*父类抛出异常，子类可以不抛出*/}
    public void method04() {/*因父类没有抛出异常，此处若有异常只能try...catch处理，不能throws*/}
}

3.4 自定义异常

关于异常的种类，官方的JDK中给我们定义了很多异常类，但是，往往在项目开发中，这些异常类是不够用或者不能满足我们的设计要求的，这时候就需要自定义一些异常类以供使用，其定义的格式与定义子类格式类似：

public class XxxxException extends Exception或者RuntimeException{
    //添加一个空参构造方法
    //添加一个带异常参数构造方法
}

注意：

• 自定义异常类一般都是以Exception结尾，说明该类时一个异常类
• 自定义异常类必须继承Exception或RuntimeException
  若继承Exception，那么该自定义异常类就是一个编译期异常，如果方法内部抛出了编译期异常，那么必须处理，要么throws，要么try...catch
  若继承RuntimeException，那么该自定义异常类就是一个运行期异常，无需处理，交给JVM处理（中断处理）

查看ArrayIndexOutOfBoundsException的源码我们可以发现，它的构造方法均调用了父类的构造方法，因此我们在自定义异常时也可以调用父类的构造方法，让父类来处理这个异常信息