Java讲课笔记18：异常处理

零、本讲学习目标

1、理解什么是异常

2、熟悉异常的类型

3、掌握try…catch和finally异常处理

4、掌握throws关键字

一、什么是异常

1、程序异常及解决方法

（1）生活中的异常

在学习、工作与生活中，我们也经常会遇到一些非正常情况，例如电脑蓝屏、死机，感冒发烧，车票丢失等等。

（2）程序中的异常

在程序运行的过程中，也会发生这种非正常状况，例如程序运行时磁盘空间不足、网络连接中断、被加载的类不存在等。

在《Java讲课笔记08：数组》里，我们遇到过数组下标越界异常：

异常提示信息非常明确，指出程序中出现了数组下标越界异常。由于程序中第11行给不存在的数组元素scores[4]赋值，导致错误。这个异常发生后，程序会立即结束，无法继续向下执行，比如第12行的输出语句就没有被执行。

（3）程序异常解决方法

针对程序中的非正常情况，Java语言中引入了异常，以异常类的形式对这些非正常情况进行封装，并通过异常处理机制对程序运行时发生的各种问题进行处理。

2、Java异常体系结构

Thorwable类（表示可抛出）是所有异常和错误的超类，两个直接子类为Error和Exception，分别表示错误和异常。

（1）Exception —— 异常

Exception称为异常类，它表示程序本身可以处理的错误。在Java程序开发中进行的异常处理，都是针对Exception类及其子类的。

（2）Error —— 错误

Error称为错误，表示Java运行时产生的系统内部错误或资源耗尽的错误，是比较严重的，仅靠修改程序本身是不能恢复执行的，例如系统崩溃，虚拟机错误等。

3、Throwable类中的常用方法

• 利用IntelliJ IDEA查看Throwable类的结构
  
• Throwable类中的常用方法

方法声明	功能描述
String getMessage()	返回此throwable的详细消息字符串
void printStackTrace()	将此throwable及其追踪输出至标准错误流
void printStackTrace(PrintStream s)	将此throwable及其追踪输出到指定的输出流

二、异常的类型

1、编译时异常

（1）编译时异常定义

在程序编译时期产生的异常，而这些异常必须要进行处理，也称为checked异常。

（2）编译时异常类汇总

在Exception的子类中，除了RuntimeException类及其子类外，其他子类都是编译时异常。比如IOException（EOFException、FileNotFoundException）、SQLException。

（3）编译时异常的特点

在程序编写过程中，Java编译器就会对编写的代码进行检查，如果出现比较明显的异常就必须对异常进行处理，否则程序无法通过编译。

（4）处理编译时异常的方式

• 使用try…catch语句对异常进行捕获处理
• 使用throws关键字声明抛出异常，让调用者处理

2、运行时异常

（1）运行时异常定义

这种异常即使不编写异常处理代码，依然可以通过编译，也称为unchecked异常。

（2）运行时异常类汇总

RuntimeException类及其子类都是运行时异常。

• Java常见运行时异常类

异常类名称	异常类说明
ArithmeticException	算术异常
IndexOutOfBoundsException	下标越界异常
ClassCastException	类型转换异常
NullPointerException	空指针异常
NumberFormatException	数字格式化异常

（3）运行时异常的特点

运行时异常是在程序运行时由Java虚拟机自动进行捕获处理的，即使没有使用try…catch语句捕获或使用throws关键字声明抛出，程序也能编译通过，只是在运行过程中可能报错。

（4）运行时异常错误分析

运行时异常一般是由于程序中的逻辑错误引起的，在程序运行时无法恢复。

（5）运行时异常示例

a. 数组下标越界异常

b. 空指针异常

c. 算术异常

d. 类型转换异常

e. 数字格式异常

三、异常捕获

当程序发生异常时，会立即终止，无法继续向下执行。为了保证程序能够有效的执行，Java中提供了一种对异常进行处理的方式——异常捕获。

1、异常捕获try…catch语句

（1）语法格式

try {
    // 可能发生异常的语句
} catch(Exception类或其子类 e){
    // 对捕获的异常进行相应处理
}

（2）案例演示

• 创建Example1806
  

package net.hw.lesson18;

import java.util.Scanner;

/**
 * 功能：演示异常捕获
 * 作者：华卫
 * 日期：2020年05月16日
 */
public class Example1806 {
    /**
     * 整数除法
     *
     * @param m
     * @param n
     * @return q
     */
    public static int divide(int m, int n) {
        int q = m / n;
        return q;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int m, n, q;
        Scanner sc = new Scanner(System.in);

        System.out.print("m = ");
        m = sc.nextInt();
        System.out.print("n = ");
        n = sc.nextInt();

        q = divide(m, n);

        System.out.println(m + " ÷ " + n + " = " + q);
    }
}

• 运行程序，查看结果

如果除数n不为0，程序运行正常，输出除法的结果：

如果除数n为0，程序抛出异常后终止，无法输出除法的结果：

• 修改divide()方法，对可能导致异常的代码进行异常处理

public static int divide(int m, int n) {                        
    try {                                                       
        int q = m / n;                                          
        return q;                                               
    } catch (Exception e) { // 捕获异常进行处理                         
        System.err.println("异常信息：" + e.getMessage());           
    }                                                           
    return Integer.MIN_VALUE; // 程序异常时返回最小整数                    
}                                                               

• 修改main()方法，对调用方法返回结果进行判断

public static void main(String[] args) {                    
    int m, n, q;                                            
    Scanner sc = new Scanner(System.in);                    
                                                            
    System.out.print("m = ");                               
    m = sc.nextInt();                                       
    System.out.print("n = ");                               
    n = sc.nextInt();                                       
                                                            
    q = divide(m, n);                                       
    if (q == Integer.MIN_VALUE) {                           
        System.err.println("程序发生了异常！");                     
    } else {                                                
        System.out.println(m + " ÷ " + n + " = " + q);      
    }                                                       
}                                                           

• 运行程序，查看结果
  

（3）简要说明

• 在定义的整数除法运算方法divide()中对可能发生异常的代码用try…catch语句进行了捕获处理。在try{}代码块中发生除0异常，程序会转而执行catch(){}中的代码，通过调用Exception对象e的getMessage()方法，即可返回异常信息：“/ by zero”。catch(){}代码块对异常处理完毕后，程序仍会向下执行，执行return Integer.MIN_VALUE;，而不会因为异常而终止运行。
• 需要注意的是，在try{}代码块中，发生异常语句后面的代码是不会被执行的，比如发生异常的语句“int q = m / n;”后面的返回语句“return q;”就没有执行。
• 在程序中，如果希望有些语句无论程序是否发生异常都要执行，这时就可以在try…catch语句后，加一个finally{}代码块。

2、异常捕获try…catch…finally语句

（1）语法格式

try {
    // 可能发生异常的语句
} catch(Exception类或其子类 e){
    // 对捕获的异常进行相应处理
} finally {
    // 无论是否发生异常，此代码块代码总会执行
}

（2）案例演示

• 修改Example1806里的divide()方法，添加finally{}代码块
  
• 运行程序，查看结果
  
  

（3）简要说明

• 由此可见，无论程序是否发生了异常，finally{}代码块里的语句都会被执行。正是由于这种特殊性，在程序设计时，经常会在try…catch后面使用finally{}代码块来完成善后工作，比如释放系统资源、关闭数据库连接、关闭线程池等。
• 如果在try…catch中执行了System.exit(0)语句，finally{}中的代码就不会被执行。因为System.exit(0)语句表示退出当前的Java虚拟机，既然Java虚拟机都停止了，当然任何代码都不能再执行了。
  
  由于在catch{}代码块里添加了一条System.exit(0)语句，于是finally{}代码块里的语句就没有被执行，输出信息里就没有“无论程序是否异常，都会执行~”了。

3、捕获多个异常

如果有多个异常要处理，一般是先处理小异常，再依次处理较大的异常。

（1）错误：大异常在小异常之前

（2）正确：小异常在大异常之前

四、抛出异常

1、为什么要抛出异常

一般在程序开发中，开发者通常会意识到程序可能出现的问题，可以直接通过try…catch对异常进行捕获处理。但有些时候，方法中代码是否会出现异常，开发者并不明确或者并不急于处理，为此，Java允许将这种异常从当前方法中抛出，然后让后续的调用者在使用时再进行异常处理。

2、使用throws关键字抛出异常

在Java中，将异常抛出需要使用throws关键字来实现，该关键字用在会抛出异常的方法名称后，同时支持一次性抛出多种类型的异常。

（1）语法格式

 [修饰符] 返回值类型 方法名([参数类型 参数名1...]) throws 异常类1, 异常类2, ... {
	// 方法体...
}

throws关键字需要写在方法声明的后面，并在后面需要声明方法中发生异常的类型。

（2）案例演示

• 创建Example1807
  

package net.hw.lesson18;

import java.util.Scanner;

/**
 * 功能：演示throws关键字
 *      为方法声明抛出异常
 * 作者：华卫
 * 日期：2020年05月16日
 */
public class Example1807 {
    public static int divide(int m, int n) throws Exception {       
        int q = m / n;
        return q;      
    }

    public static void main(String[] args) {
        int m, n, q;
        Scanner sc = new Scanner(System.in);

        System.out.print("m = ");
        m = sc.nextInt();
        System.out.print("n = ");
        n = sc.nextInt();

        q = divide(m, n);
        
        System.out.println(m + " ÷ " + n + " = " + q);
    }
}

但是，程序编译报错：

将鼠标移到红色波浪线上，按组合键<Alt>+<Enter>，系统给出两种快速解决方案：

• 解决方法一：Surround with try/catch 表示在出现异常的代码处使用try…catch代码块进行捕获处理。
  

package net.hw.lesson18;

import java.util.Scanner;

/**
 * 功能：演示throws关键字
 *      为方法声明抛出异常
 * 作者：华卫
 * 日期：2020年05月16日
 */
public class Example1807 {
    public static int divide(int m, int n) throws Exception {
        int q = m / n;
        return q;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int m, n, q;
        Scanner sc = new Scanner(System.in);

        System.out.print("m = ");
        m = sc.nextInt();
        System.out.print("n = ");
        n = sc.nextInt();

        try {
            q = divide(m, n);
            System.out.println(m + " ÷ " + n + " = " + q);
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("异常信息：" + e.getMessage());
        }
    }
}

运行程序，结果如下：

• 解决方法二：Add exception to method signature 表示在方法上继续使用throws关键字抛出异常
  
  此时运行程序，查看结果：
  
  虽然在主方法上添加了throws关键字抛出异常，编译确实能通过，但是程序发生了异常，终究是需要进行处理的，既然没有处理，那么最终就会导致程序终止运行。

（3）简要说明

当调用者在调用有抛出异常的方法时，除了可以在调用程序中直接进行try…catch异常处理外，也可以根据提示使用throws关键字继续将异常抛出，这样程序也能编译通过。但是，程序发生了异常，终究是需要进行处理的，如果没有被处理，程序就会非正常终止。

五、课后作业

任务、给排序静态方法抛出异常

• 编写排序静态方法：public static void sort(int[] arr) throws Exception {}
• 主方法：静态初始化数组arr，输出全部数组元素，调用sort(arr)，输出全部数组元素
• 对可能出错的代码进行异常处理（传入的arr参数是null时就要抛出异常）

当传入sort()方法的数组参数arr不是null时，结果如下：

当传入sort()方法的数组参数arr是null时，结果如下：