一篇搞定异常: Exception

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1.什么是异常？

在使用计算机语言进行项目开发的过程中，即使程序员把代码写得 尽善尽美，在系统的运行过程中仍然会遇到一些问题，因为很多问题不是靠代码能够避免的，比如：客户输入数据的格式，读取文件是否存在，网络是否始终保持通畅,，栈溢出，堆溢出等等。这些错误就叫做异常。

异常：在Java语言中，将程序执行中发生的不正常情况称为“异常”。(开发过程中的语法错误和逻辑错误不是异常)

2.异常的分类

2.1 Error与Exception

Java程序在执行过程中所发生的异常事件可分为两类：

• Error ：Java虚拟机无法解决的严重问题。如：JVM系统内部错误、资源耗尽等严重情况。比如：StackOverflowError、VirtualMachineError、OOM（OutOfMemoryError）、ThreadDeath。一般不编写针对性的代码进行处理。这些异常发生时，Java 虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。

  public class ErrorTest {
        
        
  	public static void main(String[] args) {
        
        
  		//1.栈溢出：java.lang.StackOverflowError
  //		main(args);
  		//2.堆溢出：java.lang.OutOfMemoryError 
  		Integer[] arr = new Integer[1024*1024*1024];
  		
  	}
  }
  

• Exception: 因编程错误或偶然的外在因素导致的一般性问题，可以使用针对性的代码进行处理。例如：

  1. 空指针访问
  2. 试图读取不存在的文件
  3. 网络连接中断
  4. 数组角标越界

Exception能被程序本身处理，Error是无法处理

对于Error和Exception，一般有两种 解决方法：

1. 一是遇到错误就终止程序的运行。
2. 另一种方法是由程序员在编写程序时，就考虑到错误的检测、错误消息的提示，以及错误的处理。

捕获错误最理想的是在 编译期间，但有的错误只有在 运行时才会发生。
比如：除数为0，数组下标越界等

2.2 编译时与运行时异常(受检异常与非受检异常)

我们将Error和Exception两种异常按编译时与运行时再细分，可分为编译时异常和运行时异常，编译时异常可称为（checked）受检异常，运行时异常可称为（unchecked）非受检异常。

1. 运行时异常

• 指编译器不要求强制处置的异常。一般是指编程时的逻辑错误，是程序员应该积极避免其出现的异常。java.lang.RuntimeException类及它的子类都是运行时异常。
• 对于这类异常，可以不作处理，因为这类异常很普遍，若全处理可能会对程序的可读性和运行效率产生影响。

2. 编译时异常

• 指编译器要求必须处置的异常。即程序在运行时由于外界因素造成的一般性异常。编译器要求Java程序必须捕获或声明所有编译时异常。
• 对于这类异常，如果程序不处理，可能会带来意想不到的结果。

3.常见的具体异常

以下举几个常见的异常，可以在main方法中自行测试

public class ExceptionTest {
    
    

    /************  以下是编译时异常  ************/
    public void test7(){
    
    
		File file = new File("hello.txt");//当前目录下无hello.txt文件就会报异常
		//FileNotFoundException 
		FileInputStream fis = new FileInputStream(file);

		int data = fis.read();
		while(data != -1){
    
    
			System.out.print((char)data);
			data = fis.read();
		}

		fis.close();

    }

    /************  以下是运行时异常  ************/
    
    //ArithmeticException 
    public void test6(){
    
    
        int a = 10;
        int b = 0;
        System.out.println(a / b);//除数不能为0
    }

    //InputMismatchException 
    public void test5(){
    
    
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    int score = scanner.nextInt();//输入不匹配异常，假设输入的是字符串
        System.out.println(score);
        scanner.close();
    }

    //NumberFormatException 
    public void test4(){
    
    
        String str = "123";
        str = "abc";
        int num = Integer.parseInt(str);//数据格式转换异常，字符串为非数字不能抓换为数字
    }

    //ClassCastException
    public void test3(){
    
    
        Object obj = new Date();
        String str = (String)obj;//类的强制类型转换异常
    }

    //IndexOutOfBoundsException  索引越界异常
    public void test2(){
    
    
        //ArrayIndexOutOfBoundsException 
		int[] arr = new int[10];
		System.out.println(arr[10]);//数组索引越界异常
        //StringIndexOutOfBoundsException
        String str = "abc";
        System.out.println(str.charAt(3));//字符串索引越界异常
    }

    //NullPointerException
    public void test1(){
    
    
		int[] arr = null;
		System.out.println(arr[3]);
        String str = "abc";
        str = null;
        System.out.println(str.charAt(0));//str为null,空指针异常

    }
}

4.如何处理异常？

• 在编写程序时，经常要在可能出现错误的地方加上检测的代码，如进行x/y运算时，要检测分母为0，数据为空，输入的不是数据而是字符等。过多的if-else分支会导致程序的代码加长、臃肿，可读性差。因此采用异常处理机制。
• Java采用的异常处理机制，是将异常处理的程序代码集中在一起，与正常的程序代码分开，使得程序简洁、优雅，并易于维护。
• Java异常处理的方式有一下几种：
  1. 代码中捕获异常：try-catch-finally
  2. 方法后面声明异常：throws + 异常类型
  3. 手动抛出异常：throw +异常对象
  4. 自定义异常

4.1 异常的处理机制

异常的处理：抓抛模型

• "抛"：程序的执行过程中如出现异常，会生成一个异常类对象，该异常对象将被抛给Java运行时系统，这个过程称为抛出(throw)异常。一旦抛出对象以后，其后的代码就不再执行。
  关于异常对象的产生：
  ① 由虚拟机自动生成：程序运行过程中，虚拟机检测到程序发生了问题，如果在当前代码中没有找到相应的处理程序，就会在后台自动创建一个对应异常类的实例对象并抛出——自动抛出

  ② 由开发人员 手动创建，手动的生成一个异常对象，并抛出（throw）

• "抓"：可以理解为异常的处理方式：① try-catch-finally ② throws+ 异常类型

异常的抛出机制：

• 如果一个方法内抛出异常，该异常对象会被抛给调用者方法中处理。如果异常没有在调用者方法中处理，它继续被抛给这个调用方法的上层方法。这个过程将一直继续下去，直到异常被处理。这一过程称为捕获(catch)异常。
• 如果一个异常回到main()方法，并且main()也不处理，则程序运行终止。
• 程序员通常只能处理Exception，而对Error无能为力。

接下来举几个例子，具体的用java提供的方法来处理一些异常。

4.2 代码中捕获异常：try-catch-finally

try-catch-finally语法：

try{
    
    
...... //可能产生异常的代码
}
catch( ExceptionName1 e ){
    
    
...... //当产生ExceptionName1型异常时的处置措施
}
catch( ExceptionName2 e ){
    
    
...... //当产生ExceptionName2型异常时的处置措施
}
[ finally{
    
    
...... //无论是否发生异常， 都无条件执行的语句 ***finally可要可不要***
} ]

try：

捕获异常的第一步是用try{…}语句块选定捕获异常的范围，将可能出现异常的代码放在try语句块中。

catch (Exceptiontype e)：

在catch语句块中是对异常对象进行处理的代码。每个try语句块可以伴随一个或多个catch语句，用于处理可能产生的不同类型的异常对象。

如果明确知道产生的是何种异常，可以用该异常类作为catch的参数；也可以用其父类作为catch的参数。

比 如 ： 可 以 用 ArithmeticException 类 作 为 参 数 的 地 方 ， 就 可 以 用RuntimeException类作为参数，或者用所有异常的父类Exception类作为参数。但不能是与ArithmeticException类无关的异常，如NullPointerException（catch中的语句将不会执行）。

我们可以在cath中使用异常对象的一些方法来捕获异常的有关信息。
下面的是 Throwable 类的主要方法:

finally：

• 捕获异常的最后一步是通过finally语句为异常处理提供一个统一的出口，使得在控制流转到程序的其它部分以前，能够对程序的状态作统一的管理。像数据库连接、输入输出流、网络编程Socket等资源，JVM是不能自动的回收的，我们需要自己手动的进行资源的释放。此时的资源释放，就需要声明在finally中。
• 不论在try代码块中是否发生了异常事件，catch语句是否执行，catch语句是否有异常，catch语句中是否有return，finally块中的语句都会被执行。

• finally语句和catch语句是任选的

/**
 * @Program: JavaSE
 * @ClassName: sdsd
 * @Author: Mr.BitHachi
 * @CreateTime: 2020-08-09 16:19
 * @Version: V1.0
 * @Description:
 **/


public class ReturnExceptionDemo {
    
    
    static void methodA() {
    
    
        try {
    
    
            System.out.println("进入方法A");
            throw new RuntimeException("制造异常");
        } finally {
    
    
            System.out.println("用A方法的finally");
        }
    }

    static void methodB() {
    
    
        try {
    
    
            System.out.println("进入方法B");
            return;
        } finally {
    
    
            System.out.println("调用B方法的finally");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        try {
    
    
            methodA();
        } catch (Exception e) {
    
    
            System.out.println(e.getMessage());
        }

        methodB();
    }
}

运行结果：

进入方法A
用A方法的finally
制造异常
进入方法B
调用B方法的finally

下面举一个try-catch-finally的例子：

public class ExceptionTest {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    

        String str = "123";
        str = "abc";
        int num = 0;
        try{
    
    
            System.out.println("-----1-------");
            num = Integer.parseInt(str);
            str=null;
            System.out.println("-----2-------");
            System.out.println(str.charAt(0));
        }catch(NumberFormatException e){
    
    
			System.out.println("出现数值转换异常了，不要着急....");
			System.out.println("e.getMessage()="+e.getMessage());
			System.out.println(e.getMessage().toString());
            e.printStackTrace();
        }catch(NullPointerException e){
    
    
            System.out.println("出现空指针异常了，不要着急....");
        }catch(Exception e){
    
    
            System.out.println("出现异常了，不要着急....");
        }

        System.out.println("num="+num);
        System.out.println("-----3--------");
    }
}

• 异常是RuntimeException类或是它的子类，这些类的异常的特点是：即使没有使用try和catch捕获，Java自己也能捕获，并且编译通过( 但运行时会发生异常使得程序运行终止 )。
• 如果抛出的异常是IOException等类型的编译时时异常，则必须捕获，否则编译错误。也就是说，我们必须处理编译时异常，将异常进行捕捉，转化为运行时异常

4.3 方法中声明抛出异常：throws + 异常类型

• 如果一个方法(中的语句执行时)可能生成某种异常，但是并不能确定如何处理这种异常，则此方法应显示地声明抛出异常，表明该方法将不对这些异常进行处理，而由该方法的调用者负责处理。
• 在方法声明中用throws语句可以声明抛出异常的列表，throws后面的异常类型可以是方法中产生的异常类型，也可以是它的父类异常类型 。

public class ThrowsTest {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        ThrowsTest t = new ThrowsTest();
        try {
    
    
            t.readFile();//方法的调用者负责处理
        } catch (IOException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public void readFile() throws IOException {
    
    //该方法将不对这些异常进行处理，而由该方法的调用者负责处理。
        FileInputStream in = new FileInputStream("atguigushk.txt");
        int b;
        b = in.read();
        while (b != -1) {
    
    
            System.out.print((char) b);
            b = in.read();
        }
        in.close();
    }
}

重写方法不能抛出比被重写方法范围更大的异常类型。在多态的情况下，对methodA()方法的调用—异常的捕获按父类声明的异常处理。

public class A {
    
    
    public void methodA() throws IOException {
    
    

    }
}

class B1 extends A {
    
    
    public void methodA() throws FileNotFoundException {
    
    

    }
}

class B2 extends A {
    
    
    public void methodA() throws  Exception {
    
     // 报错。重写方法不能抛出比被重写方法范围更大的异常类型

    }
}

开发中如何选择使用try-catch-finally 还是使用throws？

1. 如果父类中被重写的方法没有throws方式处理异常，则子类重写的方法也不能使用throws，意味着如果子类重写的方法中有异常，必须使用try-catch-finally方式处理。

   public class A {
         
         
       public void methodA()  {
         
         
   
       }
   }
   
   class B1 extends A {
         
         
       public void methodA() throws FileNotFoundException {
         
         //报错
   
       }
   }
   

2. 执行的方法a中，先后又调用了另外的几个方法，这几个方法是递进关系执行的。建议这几个方法使用throws的方式进行处理。而执行的方法a可以考虑使用try-catch-finally方式进行处理。如下所示：

   public class ExceptionTest{
         
         
   
       public static void main(String[] args){
         
         
           try{
         
         
               method2();
   
           }catch(IOException e){
         
         
               e.printStackTrace();
           }
           method3();
       }
   
       public static void method3(){
         
         
           try {
         
         
               method2();
           } catch (IOException e) {
         
         
               e.printStackTrace();
           }
       }
   
       public static void method2() throws IOException{
         
         
           method1();
       }
   
       public static void method1() throws FileNotFoundException,IOException{
         
         
           File file = new File("hello1.txt");
           FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
   
           int data = fis.read();
           while(data != -1){
         
         
               System.out.print((char)data);
               data = fis.read();
           }
   
           fis.close();
   
           System.out.println("hahaha!");
       }
   
   }
   

4.4 手动抛出异常：throw + 异常对象

• Java异常类对象除在程序执行过程中出现异常时由系统自动生成并抛出，也可根据需要 使用人工 创建并抛出 。

• 首先要生成异常类对象，然后通过throw语句实现抛出操作(提交给Java运行环境)。

  IOException e = new IOException();
  throw e;
  

• 可以抛出的异常必须是Throwable或其子类的实例。下面的语句在编译时将会产生语法错误：

  throw new String("want to throw");//Error
  

• 可以在每个异常对象构造器中填写要打印的异常信息。

  public static void main(String[] args) {
        
        
          throw new RuntimeException("测试手动抛出异常");
  }
  

4.5 自定义异常类

• 一般地，用户自定义异常类都是RuntimeException的子类。
• 自定义异常类通常需要编写几个重载的构造器。
• 自定义异常需要提供serialVersionUID
• 自定义的异常通过throw抛出。
• 自定义异常最重要的是异常类的名字，当异常出现时，可以根据名字判断异常类型。

/*
 * 如何自定义异常类？
 * 1. 继承于现有的异常结构：RuntimeException 、Exception
 * 2. 提供全局常量：serialVersionUID  //标明身份唯一性
 * 3. 提供重载的构造器
 *
 */
public class MyException extends Exception{
    
    

    static final long serialVersionUID = -7034897193246939L;//标明身份唯一性

    public MyException(){
    
    

    }

    public MyException(String msg){
    
    
        super(msg);
    }
}

/**
 * @Program: JavaSE
 * @ClassName: asdsa
 * @Author: Mr.BitHachi
 * @CreateTime: 2020-08-09 16:19
 * @Version: V1.0
 * @Description:
 **/


public class StudentTest {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        try {
    
    
            Student s = new Student();
            s.regist(-1001);
            System.out.println(s);
        } catch (Exception e) {
    
    
//			e.printStackTrace();
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }

}


class Student{
    
    

    private int id;

    public void regist(int id) throws Exception {
    
    
        if(id > 0){
    
    
            this.id = id;
        }else{
    
    
//			System.out.println("您输入的数据非法！");
            //手动抛出异常对象
//			throw new RuntimeException("您输入的数据非法！");
//			throw new Exception("您输入的数据非法！");
            throw new MyException("不能输入负数");
        }

    }

    @Override
    public String toString() {
    
    
        return "Student [id=" + id + "]";
    }

}

运行结果：

不能输入负数

5.一张图概览关键字