Java异常

谁践踏了优雅 2024-04-28 07:33 3阅读 0赞

#### Java异常 ####

*  1.异常的背景
 *   *  1.1初识异常
 *  2. 异常的基本用法
 *   *  2.1捕获异常
     *  2.2异常处理流程
     *  2.3抛出异常
     *  2.4异常说明
     *  2.5关于 finally 的注意事项
 *  3.Java 异常体系
 *  4. 自定义异常类

**大家好，我是晓星航。今天为大家带来的是 Java异常的讲解！😀**

## 1.异常的背景 ##

### 1.1初识异常 ###

我们曾经的代码中已经接触了一些 “异常” 了. 例如:

**除以 0**

System.out.println(10 / 0);

![202301052329626.png][]

**数组下标越界**

int[] arr = {
        1, 2, 3};
    System.out.println(arr[100]);

![202301052330433.png][]

**访问 null 对象**

public class TestDemo {
        
        public int num = 10;
        public static void main(String[] args) {
        
            TestDemo t = null;
            System.out.println(t.num);
        }
    }

![202301052330863.png][]

所谓异常指的就是程序在 **运行时** 出现错误时通知调用者的一种机制.

> 关键字 “运行时”
> 
> 有些错误是这样的, 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.

异常的种类有很多, 不同种类的异常具有不同的含义, 也有不同的处理方式.

**1.2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. 我们有两种主要的方式

**LBYL**: Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查.

**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.

> **注意!!!** 上面这两个概念千万**不要背!**
> 
> 其实很好理解, 举个栗子~~
> 
> 比如崔小贤年轻的时候, 和一个女生刚开始谈对象. 我们都知道, 谈对象需要有一些亲密的动作, 比如 “拉小手” 这种. emmmmm 问题来了, 崔小贤去拉女生的小手有两种方式:
> 
> a) 崔小贤说, 妹子, 我拉你小手可以嘛? 获取妹子的同意后, 再拉手(这就是 LBYL).
> 
> b) 崔小贤趁妹子不备, 直接拉住. 大不了妹子生气了给崔小贤一巴掌, 崔小贤再道歉就是(这就是 EAFP).
> 
> 异常的核心思想就是 EAFP.

**1.3异常的好处**

例如, 我们用伪代码演示一下开始一局王者荣耀的过程.

**LBYL 风格的代码**(不使用异常)

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;
            }
    ......

EAFP 风格的代码(使用异常)

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;
            }
    ......

对比两种不同风格的代码, 我们可以发现, 使用第一种方式, 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. 而第二种方式正常流程和错误流程是分离开的, 更容易理解代码.

![202301052354499.png][]

## 2. 异常的基本用法 ##

### 2.1捕获异常 ###

**基本语法**

try{
        
        有可能出现异常的语句 ;
    }[catch (异常类型 异常对象) {
        
    } ... ]
    [finally {
        
          异常的出口
    }]

*  try 代码块中放的是可能出现异常的代码.
 *  catch 代码块中放的是出现异常后的处理行为.
 *  finally 代码块中的代码用于处理善后工作, 会在最后执行.
 *  其中 catch 必须加 而finally 可以根据情况选择加或者不加.

> 注意：当try中发生了异常之后，你要在对应的catch里面 捕捉对应的异常。
> 
> 如果 你没有捕捉这个异常，那么就会交给JVM处理，一旦交给JVM处理，程序立马终止了
> 
> catch在捕获异常时 最好是从上到下：
> 
> 子类–>父类
> 
> 不要是 父类–>子类

代码示例1 不处理异常

int[] arr = {
        1, 2, 3};
    System.out.println("before");
    System.out.println(arr[100]);
    System.out.println("after");

![202301052334196.png][]

我们发现一旦出现异常, 程序就终止了. after 没有正确输出.

代码示例2 使用 try catch 后的程序执行过程

int[] arr = {
        1, 2, 3};
    try {
        
        System.out.println("before");
        System.out.println(arr[100]);
        System.out.println("after");
    } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
        
        // 打印出现异常的调用栈
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("after try catch");

![202301052335838.png][]

我们发现, 一旦 try 中出现异常, 那么 try 代码块中的程序就不会继续执行, 而是交给 catch 中的代码来执行. catch 执行完毕会继续往下执行.

> **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.

> **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.

代码示例3 catch 只能处理对应种类的异常

我们修改了代码, 让代码抛出的是空指针异常.

![202301052336389.png][]

此时, catch 语句不能捕获到刚才的空指针异常. 因为异常类型不匹配.

代码示例4 catch 可以有多个

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");

![202301052336155.png][]

一段代码可能会抛出多种不同的异常, 不同的异常有不同的处理方式. 因此可以搭配多个 catch 代码块.

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) {
        
         ...
     }

代码示例5 也可以用一个 catch 捕获所有异常(不推荐)

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");

![202301052337950.png][]

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.

代码示例6 finally 表示最后的善后工作, 例如释放资源

![202301052337943.png][]

无论是否存在异常, finally 中的代码一定都会执行到. 保证最终一定会执行到 Scanner 的 close 方法.

代码示例7 使用 try 负责回收资源

刚才的代码可以有一种等价写法, 将 Scanner 对象在 try 的 ( ) 中创建, 就能保证在 try 执行完毕后自动调用 Scanner的 close 方法.

try (Scanner sc = new Scanner(System.in)) {
        
        int num = sc.nextInt();
        System.out.println("num = " + num);
    } catch (Exception e) {
        
        e.printStackTrace();
    }

> **小技巧**
> 
> IDEA 能自动检查我们的代码风格, 并给出一些更好的建议.
> 
> 如我们之前写的代码, 在 try 上有一个 “加深底色” , 这时 IDEA 针对我们的代码提出了一些更好的建议.

![202301052338969.png][]

此时把光标放在 try 上悬停, 会给出原因. 按下 Alt + Shift + Enter, 会弹出一个改进方案的弹窗. 我们选择其中的

![202301052338363.png][]

此时我们的代码就自动被 IDEA 调整成上面的 代码示例7 的模样

![202301052338715.png][]

代码示例8 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 func() {
        
        int[] arr = {
        1, 2, 3};
        System.out.println(arr[100]);
    }
    public static void main(String[] args) {
        
        try {
        
            func();
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
        
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("after try catch");
    }

![202301052339502.png][]

代码示例9 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 func() {
        
        int[] arr = {
        1, 2, 3};
        System.out.println(arr[100]);
    }
    public static void main(String[] args) {
        
        func();
        System.out.println("after try catch");
    }

![202301052339727.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.

### 2.2异常处理流程 ###

*  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.

### 2.3抛出异常 ###

除了 Java 内置的类会抛出一些异常之外, 程序猿也可以手动抛出某个异常. 使用 throw 关键字完成这个操作.

public static int divide(int x, int y) {
        
        if (y == 0) {
        
            throw new ArithmeticException("抛出除 0 异常");
        }
        return x / y;
    }
    public static void main(String[] args) {
        
        System.out.println(divide(10, 0));
    }

在这个代码中, 我们可以根据实际情况来抛出需要的异常. 在构造异常对象同时可以指定一些描述性信息.

![202301052340801.png][]

### 2.4异常说明 ###

我们在处理异常的时候, 通常希望知道这段代码中究竟会出现哪些可能的异常.

我们可以使用 throws 关键字, 把可能抛出的异常显式的标注在方法定义的位置. 从而提醒调用者要注意捕获这些异常.

public static int divide(int x, int y) throws ArithmeticException {
        
        if (y == 0) {
        
            throw new ArithmeticException("抛出除 0 异常");
        }
        return x / y;
    }

### 2.5关于 finally 的注意事项 ###

finally 中的代码保证一定会执行到. 这也会带来一些麻烦.

public static int func() {
        
        try {
        
            return 10;
        } finally {
        
            return 20;
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        
        System.out.println(func());
    }

![202301052340218.png][]

注意:

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).

![202301052354341.png][]

## 3.Java 异常体系 ##

Java 内置了丰富的异常体系, 用来表示不同情况下的异常.

下图表示 Java 内置的异常类之间的继承关系:

![202301052346680.png][]

*  顶层类 `Throwable` 派生出两个重要的子类, `Error` 和 `Exception`
 *  其中 `Error` 指的是 Java 运行时内部错误和资源耗尽错误. **应用程序不抛出此类异常**. 这种内部错误一旦出现，除了告知用户并使程序终止之外, 再无能无力. 这种情况很少出现.
 *  `Exception` 是我们程序猿所使用的异常类的父类.
 *  其中 `Exception` 有一个子类称为 `RuntimeException` , 这里面又派生出很多我们常见的异常类`NullPointerException` , `IndexOutOfBoundsException` 等.

Java语言规范将派生于 Error 类或 RuntimeException 类的所有异常称为 **非受查异常**, 所有的其他异常称为 **受查异常**.

如果一段代码可能抛出 **受查异常**, 那么必须显式进行处理

public static String readFile() {
        
        // 尝试打开文件, 并读其中的一行.
        File file = new File("d:/test.txt");
        // 使用文件对象构造 Scanner 对象.
        Scanner sc = new Scanner(file);
        return sc.nextLine();
    }
    public static void main(String[] args) {
        
        System.out.println(readFile());
    }

![202301052347325.png][]

查看 `Scanner` 的构造方法可以发现, 存在 `FileNotFoundException` 这样的异常说明.

public Scanner(File source) throws FileNotFoundException {
         
    ...
       }

如 `FileNotFoundException` 这样的异常就是受查异常. 如果不显式处理, 编译无法通过.

显式处理的方式有两种:

**a) 使用 try catch 包裹起来**

public static String readFile() {
        
        File file = new File("d:/test.txt");
        Scanner sc = null;
        try {
        
            sc = new Scanner(file);
        } catch (FileNotFoundException e) {
        
            e.printStackTrace();
        }
        return sc.nextLine();
    }
    public static void main(String[] args) {
        
        System.out.println(readFile());    
    }

**b) 在方法上加上异常说明, 相当于将处理动作交给上级调用者**

public static String readFile() throws FileNotFoundException {
        
        File file = new File("d:/test.txt");
        Scanner sc = new Scanner(file);
        return sc.nextLine();
    }
    public static void main(String[] args) {
        
        try {
        
            System.out.println(readFile());
        } catch (FileNotFoundException e) {
        
            e.printStackTrace();
        }
    }

> 别忘了 IDEA 神奇的 alt + enter, 能够快速修正代码.

## 4. 自定义异常类 ##

Java 中虽然已经内置了丰富的异常类, 但是我们实际场景中可能还有一些情况需要我们对异常类进行扩展, 创建符合我们实际情况的异常.

例如, 我们实现一个用户登陆功能.

public class Test {
        
        private static String userName = "admin";
        private static String password = "123456";
        public static void main(String[] args) {
        
            login("admin", "123456");
        }
        public static void login(String userName, String password) {
        
            if (!Test.userName.equals(userName)) {
        
                // TODO 处理用户名错误
            }
            if (!Test.password.equals(password)) {
        
                // TODO 处理密码错误
            }
            System.out.println("登陆成功");
        }
    }

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.

class UserError extends Exception {
        
        public UserError(String message) {
        
            super(message);
        }
    }
    class PasswordError extends Exception {
        
        public PasswordError(String message) {
        
            super(message);
        }
    }

此时我们的 login 代码可以改成

public static void main(String[] args) {
        
        try {
        
            login("admin", "123456");
        } catch (UserError userError) {
        
            userError.printStackTrace();
        } catch (PasswordError passwordError) {
        
            passwordError.printStackTrace();
        }
    }
    public static void login(String userName, String password) throws UserError,
            PasswordError {
        
        if (!Test.userName.equals(userName)) {
        
            throw new UserError("用户名错误");
        }
        if (!Test.password.equals(password)) {
        
            throw new PasswordError("密码错误");
        }
        System.out.println("登陆成功");
    }

**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.

![202301052355144.png][]

*感谢各位读者的阅读，本文章有任何错误都可以在评论区发表你们的意见，我会对文章进行改正的。如果本文章对你有帮助请动一动你们敏捷的小手点一点赞，你的每一次鼓励都是作者创作的动力哦！😘*

[202301052329626.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/25211484af794be6bd496ebd13dc6f84.png
[202301052330433.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/1231bc3c20ff41fb8cbd0c8c4b5a1a44.png
[202301052330863.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/0cc77f00928d436793e19fd0886c6a11.png
[202301052354499.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/f7543f750d494a6494938f6ef18122cd.png
[202301052334196.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/394cf209f64143c8a64035429c700499.png
[202301052335838.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/01df8cb7b9db4161a182b8fe98523606.png
[202301052336389.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/d33f825749d5481cb246ffd6c1ae5d9b.png
[202301052336155.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/26e873cfd1134482824e517a3e5b6a8e.png
[202301052337950.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/4eca7b5b4452459bbfd5b83c469b2fff.png
[202301052337943.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/a3625a8b6d214cd3bdcf548c00a87e8f.png
[202301052338969.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/24e38d86c33740cd8e2afbb65bb2dc63.png
[202301052338363.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/dd9ae19512c94fa9a53aabde091fb606.png
[202301052338715.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/66da241037f043f3a169bb05a721f336.png
[202301052339502.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/66befa14d4374d3c8bc2325c8b06b895.png
[202301052339727.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/3aba28d2802f4c24ba4e29840a61f852.png
[202301052340801.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/a3115aa7dc3a410fba57b0e963628544.png
[202301052340218.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/4f2889cfce974afab324209a16842412.png
[202301052354341.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/cc5cdfc4000b431ea7ad2232a5b2ad1c.png
[202301052346680.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/7634fdd9c887422fbc34c782080165d2.png
[202301052347325.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/82df5410ca0143d99e7be407f37741cf.png
[202301052355144.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/a5405a9cf15545f691ae3f0b902d1a7d.png