【Java SE语法篇】11.异常-Toy模板网

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【Java SE语法篇】11.异常,Java,Java SE语法,java,开发语言

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✨专栏：《Java SE语法》

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【Java SE语法篇】11.异常,Java,Java SE语法,java,开发语言

1. 异常的概念和体系结构

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？

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在程序中也是一样，程序猿是一帮办事严谨、追求完美的人才。在日常开发中，绞尽脑汁将代码写的完美，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：

算术异常
数组越界异常
空指针异常

从上述过程中可以看到，Java 中不同类型的的异常，都有与其对应的类进行描述

1.2 异常体系

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：

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从上图中可以看到：

Throwable：是异常体系的顶层类，其派生出两个重要的子类, Error和 Exception
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。
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：

编译时异常

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)
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

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;
} 
ret = 载入游戏画面();
if (!ret) {
	处理载入游戏错误;
	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。

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

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;
}
......

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、finally、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");

代码示例：

public class Test {
    private static int getSubscript(int[] arr, int index) {
        if (arr == null) {
            throw new NullPointerException("数组为空");
        }
        if (index < 0 || index >= arr.length) {
            throw new ArithmeticException("下标越界");
        }
        return arr[index];
    }
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1,2,3};
        getSubscript(arr,3);
    }
}

运行结果：

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一般情况下通过throw抛出的是自定义的异常

【注意事项】

throw必须写在方法体内部
抛出的对象必须是Exception 或者Exception 的子类对象
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
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
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...{
}

【注意事项】

throws必须跟在方法的参数列表之后
声明的异常必须是 Exception 或者 Exception 的子类
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。

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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

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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：

[]中表示可选项，可以添加，也可以不用添加
try中的代码可能会抛出异常，也可能不会

代码示例

public class Test {

    public static void fun() throws NullPointerException {
        int[] arr = null;
        System.out.println(arr.length);
    }

    public static void main(String[] args){
        try {
            fun();
        } catch (NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("处理NullPointerException异常！");
        }
        System.out.println("haha");
    }
}

运行结果：

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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】：

try块内抛出异常位置之后的代码将不会被执行
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

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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 class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] arr = {1,2,3};
            System.out.println(arr[9]);
        } catch (NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获NullPointerException异常！");
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获ArrayIndexOutOfBoundsException异常");
        }
        System.out.println("后续代码");
    }
}

如果多个异常的处理方式是完全相同, 也可以写成这样：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] arr = {1,2,3};
            System.out.println(arr[9]);
        } catch (NullPointerException | ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获NullPointerException或者ArrayIndexOutOfBoundsException异常！");
        }
        System.out.println("后续代码");
    }
}

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：

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正确形式：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] arr = {1,2,3};
            System.out.println(arr[9]);
        } catch (NullPointerException | ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获NullPointerException或者ArrayIndexOutOfBoundsException异常！");
        } catch (RuntimeException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("后续代码");
    }
}

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)

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] arr = {1,2,3};
            System.out.println(arr[9]);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获异常！");
        }
        System.out.println("后续代码");
    }
}

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

代码示例


public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] arr = {1,2,3};
            System.out.println(arr[9]);
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获ArrayIndexOutOfBoundsException异常");
        } finally {
            System.out.println("finally被执行了");
        }
        System.out.println("后续代码");
    }
}

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？

代码示例：

public class Test {
    public static int func() {
        Scanner input = new Scanner(System.in);

        try {
            int a = input.nextInt();
            return a; // 这个return 不影响finally执行
        } catch (IncompatibleClassChangeError e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获到IncompatibleClassChangeError异常");
        } finally {
            System.out.println("finally被执行了");
        }
        if (input != null) {
            input.close();
        }

        return -1;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(func());
    }
}

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。

优化代码：

public class Test {
    public static int func() {
        Scanner input = new Scanner(System.in);

        try {
            int a = input.nextInt();
            return a; // 这个return 不影响finally执行
        } catch (IncompatibleClassChangeError e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获到IncompatibleClassChangeError异常");
        } finally {
            System.out.println("finally被执行了");
            input.close();
        }

        return -1;
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(func());
    }
}

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

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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

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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).

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可以看到, 程序已经异常终止了, 没有执行到 System.out.println("后续代码"); 这一行

优化代码

public class Test {
    public static int func() {
        try {
            int[] arr = {1,2,3};
            System.out.println(arr[10]);
        } catch (NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获到NullPointerException异常");
        } finally {
            System.out.println("finally被执行了");
        }

        System.out.println("后续代码");
        return -1;
    }

    public static void main(String[] args) {

        try {
            System.out.println(func());
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) { // main方法处理异常
            e.printStackTrace();
            System.out.println("ArrayIndexOutOfBoundsException");
        } finally {

        }
        System.out.println("后续代码...");
    }
}

【异常处理流程总结】

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

3. 自定义异常

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

class Login {
    public String userName = "admin";
    public String passWord = "12345";

    public void login(String userName, String passWord) {
        if (!this.userName.equals(userName)) {
            System.out.println("用户名错误");
        }
        if (!this.passWord.equals(passWord)) {
            System.out.println("密码错误");
        }
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Login login = new Login();
        login.login("admin","123");
    }
}

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：

自定义异常类，然后继承自Exception 或者 RunTimeException
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

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

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

此时我们的 login 代码可以改成

class Login {
    public String userName = "admin";
    public String passWord = "12345";

    public void login(String userName, String passWord) {
        if (!this.userName.equals(userName)) {
            //System.out.println("用户名错误");
            throw new UserNameException("用户名错误");
        }
        if (!this.passWord.equals(passWord)) {
            //System.out.println("密码错误");
            throw new PasswordException("密码错误");
        }
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Login login = new Login();
        try {
            login.login("admin","123");
        } catch (UserNameException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (PasswordException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("后续代码...");
    }
}