Java 中的异常处理机制详情介绍

前言：

Java 语言在设计之初就提供了相对完善的异常处理机制。 我们首先介绍一下 Java 中的异常。

介绍 Java 中的异常

异常是程序在运行过程中出现的程序异常事件，异常会中断正在执行的正常指令流 。 Java 中的异常分为两大类：Exception 和 Error。

下面是 Exception 和 Error 的类定义：

public class Exception extends Throwable {}
public class Error extends Throwable {}

Exception 和 Error 都继承了 Throwable 类，在 Java 中只有 Throwable 类型的实例才可以被抛出（throw）或者被捕获（catch）。 Exception 和 Error 体现了 Java 平台设计者对不同异常情况的分类。 下面我们逐一介绍 Error 和 Exception。

介绍 Error

Error 类对象一般是由虚拟机生成并抛出，绝大部分的 Error 都会导致虚拟机自身处于不可恢复的状态，是程序无法控制和处理的。当出现 Error 时，一般会选择终止线程。 Error 中最常见的是虚拟机运行错误（VirtualMachineError 抽象类）。

虚拟机运行错误中最常见的有：

• 内存溢出（OutOfMemoryError）：由于内存不足，虚拟机没有可分配的内存了，垃圾回收器也不能释放更多的内存，那么虚拟机抛出 OutOfMemoryError
• 栈溢出（StackOverflowError）：如果一个线程已用的栈大小 超过 配置的允许最大的栈大小，那么虚拟机抛出 StackOverflowError

介绍 Exception

Exception 有两种类型「编译时异常」和「运行时异常」

• 「编译时异常」对应 Java 的 Exception 类
• 「运行时异常」对应 Java 的 RuntimeException 类（RuntimeException 类继承 Exception 类 ）

下面是 Exception、RuntimeException 类的定义：

public class Exception extends Throwable {}
public class RuntimeException extends Exception {}

对于「运行时异常」，我们在编写代码的时候，可以不用主动去 try-catch 捕获（不强制要求），编译器在编译代码的时候，并不会检查代码是否有对运行时异常做了处理。 相反，对于「编译时异常」，我们在编写代码的时候，必须主动去 try-catch 获取 或者 在函数定义中声明向上抛出异常（throws），否则编译就会报错。

所以：

• 「运行时异常」也叫作非受检异常（Unchecked Exception）
• 「编译时异常」也叫作受检异常（Checked Exception）

在函数抛出异常的时候，，我们该怎么处理呢？是吞掉还是向上抛出？ 如果选择向上抛出，我们应该选择抛出哪种类型的异常呢？是受检异常还是非受检异常？ 我们下文会对此介绍。

常见的编译时异常有：

• FileNotFoundException：当尝试打开由指定路径表示的文件失败时抛出
• ClassNotFoundException：当应用程序尝试通过其字符串名称加载类时抛出，以下三种方法加载
  • Class.forName(java.lang.String)
  • ClassLoader.findSystemClass(java.lang.String)
  • ClassLoader.loadClass(java.lang.String, boolean)

常见的运行时异常有：

• 非法参数异常（IllegalArgumentException）：当传入了非法或不正确的参数时抛出
• 空指针异常（NullPointerException）：当在需要对象的情况下使用了 null 时抛出。
• 下标访问越界异常（IndexOutOfBoundsException）：当某种索引（例如数组，字符串或向量）的索引超出范围时抛出。
• 类型转换异常（ClassCastException）：当尝试将对象转换为不是实例的子类时抛出。
• 运算异常（ArithmeticException）：运算条件出现异常时抛出。例如，“除以零” 的整数。

Java 异常类的结构

如何处理函数抛出的异常

在函数抛出异常的时候，我们该怎么处理呢？是吞掉还是向上抛出？ 如果选择向上抛出，我们应该选择抛出哪种类型的异常呢？是受检异常还是非受检异常？ 下面我们就对此介绍。

吞掉 or 抛出

在函数抛出异常的时候，我们该怎么处理？是吞掉还是向上抛出？

总结一下，在函数抛出异常的时候，感兴趣的可以自己部署一套相关的环境自己尝试练习下。

• 直接吞掉
• 原封不动地 re-throw
• 包装成新的异常 re-throw

直接吞掉。具体的代码示例如下所示：

public void func1() throws Exception1 {
    // ...
}

public void func2() {
    //...
    try {
        func1();
    } catch (Exception1 e) {
        //吐掉：try-catch打印日志
        log.warn("...", e);
    }
    //...
}

原封不动地 re-throw。具体的代码示例如下所示：

public void func1() throws Exception1 {
    // ...
}

//原封不动的re-throw Exception1
public void func2() throws Exception1 {
    //...
    func1();
    //...
}

包装成新的异常 re-throw。具体的代码示例如下所示：

public void func1() throws Exception1 {
    // ...
}
public void func2() throws Exception2 {
    //...
    try {
        func1();
    } catch (Exception1 e) {
        // wrap成新的Exception2然后re-throw
        throw new Exception2("...", e);
    }
    //...
}

当我们面对函数抛出异常的时候，应该选择上面的哪种处理方式呢？我总结了下面三个参考原则：

• 如果 func1 () 抛出的异常是可以恢复，且 func2 () 的调用方并不关心此异常，我们完全可以在 func2 () 内将 func1 () 抛出的异常吞掉；
• 如果 func1 () 抛出的异常对 func2 () 的调用方来说，也是可以理解的、关心的 ，并且在业务概念上有一定的相关性，我们可以选择直接将 func1 抛出的异常 re-throw；
• 如果 func1 () 抛出的异常太底层，对 func2 () 的调用方来说，缺乏背景去理解、且业务概念上无关，我们可以将它重新包装成调用方可以理解的新异常，然后 re-throw。

应该选择上面的哪种处理方式，总结来说就是从以下两个方面进行判断：

• 函数 1 抛出的异常是否可以恢复
• 函数 1 抛出的异常对于 函数 2 的调用方来说是否可以理解、关心、业务概念相关

总之，是否往上继续抛出，要看上层代码是否关心这个异常。关心就将它抛出，否则就直接吞掉。 是否需要包装成新的异常抛出，看上层代码是否能理解这个异常、是否业务相关。如果能理解、业务相关就可以直接抛出，否则就封装成新的异常抛出。

对于处理函数抛出的异常，我们需要注意：

• 如果选择吞掉函数抛出的异常的话，我们必须把异常输出到日志系统，方便后续诊断。
• 如果把异常输出到日志系统时，我们在保证诊断信息足够的同时，也要考虑避免包含敏感信息，因为那样可能导致潜在的安全问题。

如果我们看 Java 的标准类库，你可能注意到类似 java.net.ConnectException，出错信息是类似 “Connection refused (Connection refused)”，而不包含具体的机器名、IP、端口等，一个重要考量就是信息安全。 类似的情况在日志中也有，比如，用户数据一般是不可以输出到日志里面的。

受检异常 or 非受检异常

在函数抛出异常的时候，如果选择向上抛出，我们应该选择抛出哪种类型的异常呢？是受检异常还是非受检异常？

对于代码 bug（比如下标访问越界、空指针）以及不可恢复的异常（比如数据库连接失败），即便我们捕获了，也做不了太多事情，我们希望程序能 fail-fast，所以，我们倾向于使用非受检异常，将程序终止掉。 对于可恢复异常、业务异常，比如提现金额大于余额的异常，我们更倾向于使用受检异常，明确告知调用者需要捕获处理。

处理异常的原则

尽量不要捕获通用异常

尽量不要捕获类似 Exception 这样的通用异常，而应该捕获特定异常（尽量缩小捕获的异常范围）。

下面举例说明，实例代码如下：

try {
    // 业务代码
    // …
    Thread.sleep(1000L);
} catch (Exception e) {
    // Ignore it
}

对于 Thread.sleep () 函数抛出的 InterruptedException，我们不应该捕获 Exception 通用异常，而应该捕获 InterruptedException 这样的特定异常。

这是因为我们要保证程序不会捕获到我们不希望捕获的异常。比如，我们更希望 RuntimeException 导致线程终止，而不是被捕获。

不要生吞异常

不要生吞（swallow）异常，尽量把异常信息记录到日志系统中。 这是异常处理中要特别注意的事情，因为生吞异常很可能会导致难以诊断的诡异情况。 如果我们没有把异常抛出，也没有把异常记录到日志系统，程序可能会在后续出现难以排查的 bug。没人能够轻易判断究竟是哪里抛出了异常，以及是什么原因产生了异常。

再来看一段代码：

try {
    // 业务代码
    // …
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

这段代码作为一段实验代码，是没有任何问题的，但是在产品代码中，通常都不允许这样处理。 你先思考一下这是为什么呢？ 我们先来看看 printStackTrace () 的文档，开头就是 “Prints this throwable and its backtrace to the standard error stream”。问题就在这里，在稍微复杂一点的生产系统中，标准出错（STERR）不是个合适的输出选项，因为你很难判到底输出到哪里去了。尤其是对于分布式系统，如果发生异常，但是无法找到堆栈轨迹（stacktrace），这纯属是为诊断设置障碍。 所以，最好使用产品日志，详细地将异常记录到日志系统里。

异常处理时，性能开销大的地方

我们从性能角度来审视一下 Java 的异常处理机制，这里有两个性能开销相对大的地方：

• try-catch 代码段会产生额外的性能开销，或者换个角度说，它往往会影响 JVM 对代码进行优化，所以建议仅捕获有必要的代码段，尽量不要一个大的 try 包住整段的代码；
• Java 每实例化一个 Exception，都会对当时的栈进行快照，这是一个相对比较重的操作。如果实例化 Exception 发生的非常频繁，这个开销可就不能被忽略了。

当我们的服务出现反应变慢、吞吐量下降的时候，检查发生最频繁的 Exception 也是一种思路。

到此这篇关于Java 中的异常处理机制详情介绍的文章就介绍到这了,更多相关Java 异常处理内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！