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【Lava SE】认识异常

article 2025/3/19 13:39:06

认识异常

  • 1. 异常的概念与体系结构
    • 1.1 异常的概念
    • 1.2 异常的体系结构
    • 1.3 异常的分类
  • 2. 异常的处理
    • 2.1 防御式编程
    • 2.2 异常的抛出
    • 2.3 异常的捕获
      • 2.3.1 异常声明throws
      • 2.3.2 try-catch捕获并处理
      • 2.3.3 finally
    • 2.4 异常的处理流程
  • 3. 自定义异常类

【本章目标】

  1. 异常概念与体系结构
  2. 异常的处理方式
  3. 异常的处理流程
  4. 自定义异常类

1. 异常的概念与体系结构

1.1 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。**比如之前写代码时经常遇到的：

  1. 算术异常
System.out.println(10 / 0);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
  1. 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
  1. 空指针异常
int[] arr = null;
System.out.println(arr.length);
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException

从上述过程中可以看到，java中不同类型的异常，都有与其对应的类来进行描述。

1.2 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：
在这里插入图片描述
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：StackOverflowError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。

1.3 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，也称为受检查异常(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
  1. 运行时异常
    在程序执行期间发生的异常，称为运行时异常，也称为非受检查异常(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.

2. 异常的处理

2.1 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

  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;
}
......

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。
在Java中，异常处理主要的5个关键字：throw、try、catch、final、throws。

2.2 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");

【需求】：实现一个获取数组中任意位置元素的方法。

public static int getElement(int[] array, int index){
	if(null == array){
		throw new NullPointerException("传递的数组为null");
	}
	if(index < 0 || index >= array.length){
		throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("传递的数组下标越界");
	}
	return array[index];
}
public static void main(String[] args) {
	int[] array = {1,2,3};
	getElement(array, 3);
}

【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

2.3 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。

2.3.1 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…{
}

需求：加载指定的配置文件config.ini

public class Config {
	File file;
	/*
	FileNotFoundException : 编译时异常，表明文件不存在
	此处不处理，也没有能力处理，应该将错误信息报告给调用者，让调用者检查文件名字是否给错误了
	*/
	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(){
	}
}

【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。
public class Config {
	File file;
	// public void OpenConfig(String filename) throws IOException,FileNotFoundException{
	// FileNotFoundException 继承自 IOException
	public void OpenConfig(String filename) throws IOException{
		if(filename.endsWith(".ini")){
			throw new IOException("文件不是.ini文件");
		}
		
		if(filename.equals("config.ini")){
			throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");
		}
		
		// 打开文件
	}
	public void readConfig(){
	}
}
  1. 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
public static void main(String[] args) throws IOException {
	Config config = new Config();
	config.openConfig("config.ini");
}

将光标放在抛出异常方法上，alt + Insert 快速 处理：
在这里插入图片描述

2.3.2 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处理，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

需求：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
    在这里插入图片描述
  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
public static void main(String[] args) {
	try {
		int[] array = {1,2,3};
		System.out.println(array[3]); // 此处会抛出数组越界异常
	}catch (NullPointerException e){ // 捕获时候捕获的是空指针异常--真正的异常无法被捕获到
		e.printStackTrace();
	}
	System.out.println("后序代码");
}
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
at day20210917.ArrayOperator.main(ArrayOperator.java:24)
  1. 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
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");
}

在这里插入图片描述
如果多个异常的处理方式是完全相同, 也可以写成这样：(不推荐 太模糊了)

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");
}
Error:(33, 10) java: 已捕获到异常错误java.lang.NullPointerException

正确：Exception e放最后来兜底
在这里插入图片描述
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)

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");
}

在这里插入图片描述
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.

备注: 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.

2.3.3 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，finally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

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");
}

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");
}

问题：既然 finally 和 try-catch-finally 后的代码都会执行，那为什么还要有finally呢？
需求：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

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);
	}
}
// 正常输入时程序运行结果：
100
finally中代码
100

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-finally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。

// 下面程序输出什么？
public static void main(String[] args) {
	System.out.println(func());
}
public static int func() {
	try {
		return 10;
	} finally {
		return 20;
	}
}
A: 10 B: 20 C: 30 D: 编译失败

B

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.
一般我们不建议在 finally 中写 return (被编译器当做一个警告).
【面试题】：

  1. throw 和 throws 的区别？
    throws是声明 throw是扔 抛出一个异常
  2. finally中的语句一定会执行吗？
    一定

2.4 异常的处理流程

关于 “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

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]);
}
// 直接结果
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100
	at demo02.Test.func(Test.java:18)
	at demo02.Test.main(Test.java:9)
after try catch

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 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]);
}

// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100
at demo02.Test.func(Test.java:14)
at demo02.Test.main(Test.java:8)

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.
【异常处理流程总结】

  • 程序先执行 try 中的代码
  • 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.
  • 如果找到匹配的异常类型, 就会执行 catch 中的代码
  • 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.
  • 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.
  • 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 LogIn {
	private String userName = "admin";
	private String password = "123456";
	public static void loginInfo(String userName, String password) {
		if (!userName.equals(userName)) {
		}
		if (!password.equals(password)) {
		}
		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
class UserNameException extends Exception {
	public UserNameException(String message) {	
		super(message);
	}
}
class PasswordException extends Exception {
	public PasswordException(String message) {
		super(message);
	}
}

此时我们的 login 代码可以改成

public class LogIn {
	private String userName = "admin";
	private String password = "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(password)) {
			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();
		}
	}
}

在这里插入图片描述
注意事项

  • 自定义异常通常会继承自 Exception 或者 RuntimeException
  • 继承自 Exception 的异常默认是受查异常
  • 继承自 RuntimeException 的异常默认是非受查异常

http://www.kler.cn/a/591218.html

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