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[Java知识库]Java学习苦旅（十五）——异常

本篇博客将讲解Java中的异常。

异常简介

什么是异常

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，比如将 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了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。

常见的异常

除以0

System.out.println(10/0);

结果为：

数组下标越界

int[] array = {1,2,3};
System.out.println(array[10]);

结果为：

访问null对象

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

结果为：

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员，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。

异常的核心思想就是 EAFP。

异常的好处

例如写这样一段代码：

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。

异常的基本用法

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代码块的代码用于处理善后工作，会在最后执行。
其中catch和finally都可以根据情况选择加或者不加。

代码示例1

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

执行结果为：

因此，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[] array = {1,2,3};
try {
    System.out.println("before");
    System.out.println(array[100]);
    System.out.println("after");
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
    e.printStackTrace();
}
System.out.println("======================");

执行结果为：

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员。

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，例如：

int[] array = {1,2,3};                       
try {                                        
    System.out.println("before");            
    array = null;                            
    System.out.println(array[100]);          
    System.out.println("after");             
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) { 
    e.printStackTrace();                     
}                                            
System.out.println("======================");

运行结果为：

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

int[] array = {1,2,3};
try {
    System.out.println("before");
    array = null;
    System.out.println(array[100]);
    System.out.println("after");
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (NullPointerException e) {
    e.printStackTrace();
}
System.out.println("======================");

执行结果为：

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

一个catch可以捕获所有异常，但不推荐，例如：

int[] array = {1,2,3};
try {
    System.out.println("before");
    array = null;
    System.out.println(array[100]);
    System.out.println("after");
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

执行结果为：

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。

catch捕获异常的时候，从上到下，最好是子类到父类。

代码示例6

finally 表示最后的善后工作, 例如释放资源，比如：

int[] array = {1,2,3};
try {
    System.out.println("before");
    array = null;
    System.out.println(array[100]);
    System.out.println("after");
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    System.out.println("finally code");
}

执行结果为：

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

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，例如：

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

代码示例8

finally当中尽量避免出现return，例如：

public static int fun(int n) {
    try {
        return n;
    } catch (NullPointerException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        return 100;
    }
}
public static void main(String[] args) {
    System.out.println(fun(10));
}

执行结果为：

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，观察和 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。

抛出异常

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

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));
}

执行结果为：

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。

Java异常体系

下图表示Java内置的异常类之间的继承关系：

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，例如：

public static String readFile() {
    File file = new File("d:/test.txt");
    Scanner sc = new Scanner(file);
    return sc.nextLine();
}

public static void main(String[] args) {
    System.out.println(readFile());
}

执行结果为：

因此需要进行显示处理，显示处理的方法有两种：

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());
}

执行结果为：

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();
    }
}

执行结果为：

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：

class NameException extends RuntimeException {
    public NameException(String message) {
        super(message);
    }
}

class PasswordException extends RuntimeException {
    public PasswordException(String message) {
        super(message);
    }
}

public class TestDemo2 {
    private static final String name = "abc";
    private static final String password = "123456";

    public static void login(String name, String password) throws NameException,PasswordException {
        if (!TestDemo2.name.equals(name)) {
            throw new NameException("用户名错误");
        }
        if (!TestDemo2.password.equals(password)) {
            throw new PasswordException("密码错误");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            login("abc","12345");
        } catch (NameException e){
            System.out.println("用户名错误！");
        } catch (PasswordException e) {
            System.out.println("密码错误！");
        } finally {
            System.out.println("finally执行了！");
        }
    }
}