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Java超详细梳理异常处理机制

2024-04-02 19:55

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一、异常概述与异常体系结构

1. 异常概述

引入

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等等。

概念

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. 分类

2.1 Error vs Exception

Java程序在执行过程中所发生的异常事件可分为两类：

（1） 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和OOM。一般不编写针对性的代码进行处理。

（2）Exception

其它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：

常见Exception
空指针访问
试图读取不存在的文件
网络连接中断
数组角标越界

对于这些错误，一般有两种解决方法：

遇到错误就终止程序的运行。
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。

注意：程序员通常只能处理Exception，而对Error无能为力。

2.2 编译时异常vs运行时异常

分类：编译时异常和运行时异常

（1）编译时异常

编译时异常是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。

举例：

IOException（FileNotFoundException）
ClassNotFoundException

（2）运行时异常

运行时异常是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。

举例：

NullPointerException
ArrayIndexOutOfBoundsException
ClassCastException
NumberFormatException
InputMismatchException
ArithmeticException

注意：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。

3. 常见异常

3.1 分类

（1） java.lang.RuntimeException

ClassCastException
ArrayIndexOutOfBoundsException
NullPointerException
ArithmeticException
NumberFormatException
InputMismatchException
…

（2） java.io.IOExeption

FileNotFoundException
EOFException

（3） java.lang.ClassNotFoundException

（4） java.lang.InterruptedException

（5） java.io.FileNotFoundException

（6） java.sql.SQLException

3.2 代码演示

ClassCastException ：

public class Order {
    public static void main(String[] args) {
       Object obj = new Date();
       Order order;
       order = (Order) obj;
       System.out.println(order);
     } 
}

在这里插入图片描述

ArrayIndexOutOfBoundsException ：

public class IndexOutExp {
   public static void main(String[] args) {
      String friends[] = { "lisa", "bily", "kessy" };
      for (int i = 0; i < 5; i++) {
        System.out.println(friends[i]); // friends[4]?
      }
      System.out.println("\nthis is the end");
   } 
}

在这里插入图片描述

NullPointerException ：

public class NullRef {
   int i = 1;
   public static void main(String[] args) {
     NullRef t = new NullRef();
     t = null;
     System.out.println(t.i);
   } 
}

ArithmeticException ：

public class DivideZero {
   int x;
   public static void main(String[] args) {
      int y;
      DivideZero c=new DivideZero();
      y=3/c.x; 
      System.out.println("program ends ok!");
   } 
}

在这里插入图片描述

NumberFormatException ：

  public void test1(){		
		String str = "123";
		str = "abc";
		int num = Integer.parseInt(str);						
  }

在这里插入图片描述

InputMismatchException：

public void test1(){
		Scanner scanner = new Scanner(System.in);
		int score = scanner.nextInt();
		System.out.println(score);		
		scanner.close();
}

二、异常处理机制

1. 概述

（1）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。

（2）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。

（3）Java提供的是异常处理的抓抛模型。

Java程序的执行过程中如出现异常，会生成一个异常类对象，该异常对象将被提交给Java运行时系统，这个过程称为抛出(throw)异常。

过程一：“抛”：程序在正常执行的过程中，一旦出现异常，就会在异常代码处生成一个对应异常类的对象。并将此对象抛出。一旦抛出对象以后，其后的代码就不再执行。

过程二：“抓”：可以理解为异常的处理方式：

try-catch-finally
throws

（4）异常对象的生成：

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)。

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

由开发人员手动创建：

Exception exception = new ClassCastException();——创建好的异常对象不抛出对程序没有任何影响，和创建一个普通对象一样。

2. 异常处理机制一之try-catch-finally

2.1 语法格式

 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
    }

2.2 使用

（1）try

① 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。

② 在执行过程中，一旦出现异常，就会生成一个对应异常类的对象，根据此对象的类型，去catch中进行匹配。

③ 一旦try中的异常对象匹配到某一个catch时，就进入catch中进行异常的处理。

④ 一旦处理完成，就跳出当前的 try-catch结构（在没有写finally的情况），继续执行其后的代码。

以上执行步骤顺序：① ==> ② ==> ③ ==> ④

在try结构中声明的变量，再出了try结构以后，就不能再被调用。

try-catch-finally结构可以嵌套。

（2）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。
catch中的异常类型如果满足子父类关系，则要求子类一定声明在父类的上面。否则，报错。
catch中的异常类型如果没有满足子父类关系，则谁声明在上，谁声明在下无所谓。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）。

（3）捕获异常的有关信息（写在catch{ }语句中）：

与其它对象一样，可以访问一个异常对象的成员变量或调用它的方法。

getMessage() 获取异常信息，返回字符串。
printStackTrace() 获取异常类名和异常信息，以及异常出现在程序中的位置。返回值void。

在这里插入图片描述

（4）finally

finally语句和catch语句是任选的。
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。
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。

在这里插入图片描述

2.3 代码演示

//举例一：

public class IndexOutExp {
    public static void main(String[] args) {
         String friends[] = { "lisa", "bily", "kessy" };
         try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println(friends[i]);
            }
         } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
             System.out.println("index err");
         }
          System.out.println("\nthis is the end");
    } 
}


//举例二：

public class IOExp {
    public static void main(String[] args) {
       FileInputStream in = new FileInputStream("atguigushk.txt");
       int b;
       b = in.read();
       while (b != -1) {
          System.out.print((char) b);
          b = in.read();
       }
          in.close();
    } 
}

3. 异常处理机制二之声明抛出异常throws

3.1 语法格式

"throws + 异常类型"写在方法的声明处。指明此方法执行时，可能会抛出的异常类型。

public void readFile(String file) throws FileNotFoundException {
    ……
    // 读文件的操作可能产生FileNotFoundException类型的异常
    FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
    ……
}

3.2 使用

（1）声明抛出异常是Java中处理异常的第二种方式

（2）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。

（3）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。

（4）一旦当方法体执行时，出现异常，仍会在异常代码处生成一个异常类的对象，此对象满足throws后的异常类型时，就会被抛出。异常代码后续的代码，就不再执行！

（5）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 {
……
} }
public class B1 extends A {
public void methodA() throws FileNotFoundException {
……
} }
public class B2 extends A {
public void methodA() throws Exception { //报错
……
} }

4. try-catch-finally与throws的区别

（1）性质：

try-catch-finally:真正的将异常给处理掉了。
throws的方式只是将异常抛给了方法的调用者，并没有真正将异常处理掉。

（2）使用：

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。
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。我们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。

5. 手动抛出异常throw

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");

6. 用户自定义异常类

（1）一般地，用户自定义异常类都是RuntimeException的子类。

（2）自定义异常类通常需要编写几个重载的构造器。

（3）自定义异常需要提供serialVersionUID 。

（3）自定义的异常通过throw抛出。

（4）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。

（5）用户自定义异常类MyException，用于描述数据取值范围错误信息。用户自己的异常类必须继承现有的异常类。

class MyException extends Exception {
      static final long serialVersionUID = 13465653435L;
      private int idnumber;
      public MyException(String message, int id) {
            super(message);
            this.idnumber = id; }
      public int getId() {
            return idnumber;       
      } 
}

public class MyExpTest {
      public void regist(int num) throws MyException {
            if (num < 0)
            throw new MyException("人数为负值，不合理", 3);
            else
            System.out.println("登记人数" + num);
      }
      public void manager() {
            try {
                  regist(100);
            } catch (MyException e) {
                  System.out.print("登记失败，出错种类" +e.getId());
            }
            System.out.print("本次登记操作结束");
      }
      public static void main(String args[]) {
            MyExpTest t = new MyExpTest();
            t.manager();
      } 
}

在这里插入图片描述