详解异常 ! !(对异常有一个全面的认识)

我不是女神ヾ 2024-02-05 13:39 12阅读 0赞

**【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);

![d351919a589b44bd915e577b6c6d3448.png][]  
  
**2.数组越界异常**

int[] arr={1,2};
            System.out.println(arr[10]);

![3d1caac96ebe4ac484338cb32e6bf2c7.png][]

**3.空指针异常**

int[] arr = null;
    System.out.println(arr.length);

![87aabd61d56144eb831830449756c0bf.png][]

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：

![fe87175e209b47a791898815e86a231f.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：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 Person2 {
        private String name;
        private int age;
        @Override
        public Person2 clone(){
            return (Person2)super.clone();
        }
    }

![7b403ea63f034560bf26ff3498b2d4e2.png][]

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;
    }

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**

ry {
      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);
        }

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**【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...\{  
> \}

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
     }

**【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 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
     }

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

public static void main(String[] args) throws IOException {
      Config config = new Config();
      config.openConfig("config.ini");
    }

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#### 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

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

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)

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

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

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)

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

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，并在main方法中打印

import java.util.InputMismatchException;
    import java.util.Scanner;
    
    public class FinallyTest {
        public static int getData(){
            Scanner sc = null;
    try{
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        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);
    }
    }

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。

public static int func() {
    try {
    return 10;
    }
    finally {
    return 20;
    }
        }
    //输出什么呢?????
    
    }

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).

### 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】**  
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).  
6.如果上层调用者也没有处理的了异常, 就继续向上传递.  
7.一直到 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();
       }
     }
    }

**\[注意事项\]  
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.**

[d351919a589b44bd915e577b6c6d3448.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/05/d42f875c3ef5442284e18d62ef3cd956.png
[3d1caac96ebe4ac484338cb32e6bf2c7.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/05/697b9113249e443691bc750831cebf10.png
[87aabd61d56144eb831830449756c0bf.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/05/35c881f267ba452e9c80fd0ffd4b0e61.png
[fe87175e209b47a791898815e86a231f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/05/5e1a99cd23dc48749676ce8466a6fab8.png
[7b403ea63f034560bf26ff3498b2d4e2.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/05/4ee6663027944e9e890584828843d668.png
[ec7d43c85cc24a66bd4bc8c3747d61d1.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/05/05612a90aed447898fe19083142a8bb2.png
[704218a70ead446399de702370cdf7ec.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/05/3e59d46e399445f8a25240d869688cb5.png