Java认识异常

分手后的思念是犯贱 2023-10-08 23:25 43阅读 0赞

![fdaf6a6b94cf48b7887c31d318f968e8.jpeg][]

**目录**

一、异常的概念与体系结构

1、异常的概念

2、异常的体系结构

3、异常的分类

二、异常的处理

1、防御式编程

2、异常的抛出

3、异常的捕获

(1)异常声明throws

（2）try-catch捕获并处理

（3）finally

4、异常的处理流程

3、自定义异常类

--------------------

## 一、**异常的概念与体系结构**  ##

### 1、**异常的概念**  ###

在生活中，一个人表情痛苦，出于关心，可能会问：你是不是生病了，需要我陪你去看医生吗？

在程序中也是一样，程序猿是一帮办事严谨、追求完美的高科技人才。在日常开发中，绞尽脑汁将代码写的尽善尽美，在程序运行过程中，难免会出现一些奇奇怪怪的问题。有时通过代码很难去控制，比如：数据格式不对、网络不通畅、内存报警等。

**在Java中，将程序执行过程中发生的不正常行为称为异常** 。我们在之前学习Java编写代码的时候便碰到过以下几种异常：

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

那么通过这几种不同的异常我们可以发现， **java中不同类型的异常，都有与其对应的类来进行描述**。

--------------------

### 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：

![82a67e52fa7945f686609aa060ca50f4.png][]

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： **StackOverflflowError** **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 。

--------------------

### 3、**异常的分类**  ###

异常可能在编译时发生，也可能在程序运行时发生，根据发生的时机不同，可以将异常分为：

**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
        @Override
        public 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

像这种类型的异常便是在编译期间发生的异常，我们称之为受查异常。

**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 .

--------------------

## 二、**异常的处理** ##

### **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 .  主要的方式为以下两种：

1. **LBYL**:  Look Before You Leap.  **在操作之前就做充分的检查** .  即： **事前防御型**

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;
            }

像这段代码中一样，先检测是否发生异常，再运行的便称为事前防御性，也就是LBYL。

**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.  **EAFP** : 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** .  即： **事后认错型**

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。**

也正因此，所以我们在平常编写程序的时候往往使用的是EAEP

此外，我们还需要了解一下在Java中，**异常处理主要的5个关键字：throw、try、catch、fifinal、throws**。

--------------------

### **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");

假设我们现在有一个程序，需要我们实现一个获取数组中任意位置元素的方法。那么便会有这样一个代码：

但是我们会发现，这段代码中并没有考虑到数组越界和传递的数组参数为null的情况，因此为了规避这种情况，我们可以运用到我们的异常抛出，使用抛出异常的方法来解决问题。

此时这段代码就会变成：

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            int[] arr = {1,2,3};
            int sum = getElem(arr,2);
            System.out.println(sum);
        }
        public static int getElem(int[] arr,int index){
            if(arr == null){
                throw new NullPointerException("传递的数组为空");
            }
            if(index >= arr.length||index < 0){
                throw  new ArrayIndexOutOfBoundsException("数组越界异常");
            }
            int sum = arr[index];
            return sum;
        }
    }

那么当数组越界发生的时候，代码便会中止运行并发生如下报错：

![679c20808ae54bb8a9fc270816c60329.png][]

此时我们便可以通过报错区域的提示来纠正错误代码。

【**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，用户必须处理，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**

在这里， 我们要强调一下第五点，也就是：**异常一旦抛出，其后的代码就不会执行**

现在，我们用一段代码来验证一下这个结论：

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            int a = 10;
            int b = 0;
            if(b ==0 ){
                throw new ArithmeticException("分母为0");
            }
            System.out.println("这行代码被运行了");
        }
    }

![3ff2553e83a04a3b87af4bb5df774ced.png][]

通过结果，我们会发现最后一行代码并没有被执行，也就是验证了我们之前的结论。

--------------------

### 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。**

#### **(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...{
    }

同样的，我们用代码来进行理解：

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            int[] arr = {1,2,3};
            int ret = getElem(arr,5);
            System.out.println(ret);
        }
        public static int getElem(int[] arr,int index){
            int sum = arr[index];
            return sum;
        }
    }

很明显，当我们传递下标5时，会发生数组越界，那么此时代码的运行结果如下：![12ba2c3b7e144b3ebdace73ca3087171.png][]

现在，我们对getElem这个方法进行数组越界异常的声明：

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            int[] arr = {1,2,3};
            int ret = getElem(arr,5);
            System.out.println(ret);
        }
        public static int getElem(int[] arr,int index)throws ArrayIndexOutOfBoundsException{
            int sum = arr[index];
            return sum;
        }
    }

**【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

#### **（2）try-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 ，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

假设现在有这么一个需求:

用一段代码实现读取配置文件，如果配置文件名字不是指定名字，抛出异常，调用者进行异常处理

public class Config {
        File file;
        public void openConfig(String filename) throws FileNotFoundException{
            if(!filename.equals("config.ini")){
                throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");
            }
    // 打开文件
        }
        public void readConfig(){
        }
        public static void main(String[] args) {
            Config config = new Config();
            try {
                config.openConfig("config.txt");
                System.out.println("文件打开成功");
            } catch (IOException e) {
    // 异常的处理方式
    //System.out.println(e.getMessage()); // 只打印异常信息
    //System.out.println(e); // 打印异常类型：异常信息
                e.printStackTrace(); // 打印信息最全面
            }
    // 一旦异常被捕获处理了，此处的代码会执行
            System.out.println("异常如果被处理了，这里的代码也可以执行");
        }
    }

**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 
> 
> 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 
> 
> 4.  可以通过一个 catch 捕获所有的异常，即多个异常，一次捕获 ( 不推荐 )

对于上面的第三点，我们可以用下面这段代码来解释：

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");
            }

如果多个异常的处理方式是完全相同 ,  也可以写成这样：

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

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) {
            int[] arr = {1, 2, 3};
            try {
            System.out.println("before");
            arr = null;
            System.out.println(arr[100]);
            System.out.println("after");
            } catch (Exception e) { // Exception可以捕获到所有异常
            e.printStackTrace();
            }catch (NullPointerException e){ // 永远都捕获执行到
            e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("after try catch");
            }

![4bcea9adf7e447b8b465f5bb241885bf.png][]

那么这时候，有的人对第四点又感到疑惑了，这是如何做到的呢？

让我们来一起看看：

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 (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("after try catch");
            }

这是 由于 Exception 类是所有异常类的父类. 因此可以用这个类型表示捕捉所有异常.

catch 进行类型匹配的时候, 不光会匹配相同类型的异常对象, 也会捕捉目标异常类型的子类对象.

如刚才的代码, NullPointerException 和 ArrayIndexOutOfBoundsException 都是 Exception 的子类,因此都能被捕获到.

#### （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** ， fifinally 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

具体的代码实现如下:

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");
    }

这个时候，就会有人提出疑问了：**既然 finally 和 try-catch-finally 后的代码都会执行，那为什么还要有finally呢？**

那么现在有这么一个需求，要求我们用代码来实现：

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

那么便会有这么一段代码：

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);
        }
    }

那么此时当我们输入100，运行结果如下所示：![e30f87e13b204f1285d81fdf5c0bd617.png][]

这时，我们就会发现上述程序，如果正常输入，成功接收输入后程序就返回了，try-catch-fifinally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**。

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.

**因此一般我们不建议在 finally 中写 return (被编译器当做一个警告).**

--------------------

### **4、异常的处理流程** ###

我们先来了解一下什么是调用栈：

> 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

如下面这段代码：

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            try {
                func();
            } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("after try catch");
        }
        public static void func() {
            int[] arr = {1, 2, 3};
            System.out.println(arr[100]);
        }
    }

此时的运行结果为：

![f9b6263aa4cc4348991a6d370db57516.png][]

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 class Test {
        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]);
        }
    }

此时的运行结果为：![65c30ec18250418583f60fba6fbf9973.png][]

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

现在，我们已经学习了很多关于异常的处理的知识，那么接下来我们来对异常的处理流程进行一个总结：

**【异常处理流程总结】**

> 1、程序先执行  try  中的代码 
> 
> 2、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 . 
> 
> 3、如果找到匹配的异常类型, 就会执行  catch  中的代码 
> 
> 4、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 . 
> 
> 5、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 . 
> 
> 6、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

--------------------

## 3、**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 Test {
        private String userName = "admin";
        private String keyword = "123456";
        public static void loginInfo(String userName, String password) {
            if (!userName.equals(userName)) {
            }
            if (!password.equals(keyword)) {
            }
            System.out.println("登陆成功");
        }
        public static void main(String[] args) {
            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

那么此时我们自定义的异常类是这个样子的:

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

最终，Test的代码变成了这个样子：

public class Test {
        private String userName = "admin";
        private String keyword = "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(keyword)) {
                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();
            }
        }
    }

**注意事项**

> 1、自定义异常通常会继承自  Exception  或者  RuntimeException 
> 
> 2、继承自  Exception  的异常默认是受查异常 
> 
> 3、继承自 RuntimeException  的异常默认是非受查异常

[fdaf6a6b94cf48b7887c31d318f968e8.jpeg]: https://img-blog.csdnimg.cn/fdaf6a6b94cf48b7887c31d318f968e8.jpeg
[82a67e52fa7945f686609aa060ca50f4.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/82a67e52fa7945f686609aa060ca50f4.png
[679c20808ae54bb8a9fc270816c60329.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/679c20808ae54bb8a9fc270816c60329.png
[3ff2553e83a04a3b87af4bb5df774ced.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/3ff2553e83a04a3b87af4bb5df774ced.png
[12ba2c3b7e144b3ebdace73ca3087171.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/12ba2c3b7e144b3ebdace73ca3087171.png
[4bcea9adf7e447b8b465f5bb241885bf.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/4bcea9adf7e447b8b465f5bb241885bf.png
[e30f87e13b204f1285d81fdf5c0bd617.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/e30f87e13b204f1285d81fdf5c0bd617.png
[f9b6263aa4cc4348991a6d370db57516.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/f9b6263aa4cc4348991a6d370db57516.png
[65c30ec18250418583f60fba6fbf9973.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/65c30ec18250418583f60fba6fbf9973.png