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Java基础之异常处理机制

老夫科技说 137

前言:

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Java基础之异常处理机制

什么是异常

从事Java开发的小伙伴对于“异常”应该不陌生,因为每天都会遇到不少异常,或捕获,或抛出。那究竟什么是异常?异常即非正常的,不同于平常、一般化的情况。在平时生活中,医生会说你身体的某个部位有异常,该异常会有什么什么的影响,是由某某原因引起的;我每天都准时打卡,按时上下班,那么我本月的考勤是正常的,反之,但凡有迟到、旷工、早退的情况之一的,我本月的考情就会有异常。

而在程序中,代码在运行中如果出现运行错误,程序会终止运行,这时由于错误导致程序运行终止的情况就是程序出现了异常。异常并不是指语法错误,因为如果语法错了,编译就通不过,不会产生JVM能够识别的字节码文件,是没法运行起来的,所以只有运行中的程序才会有异常一说。

Java 异常体系

异常处理是衡量一门语言是否成熟的标准之一,C系列的语言诸如:Java、C++、C 等都支持异常处理,有自己的一套异常处理机制。异常处理机制可以让程序有更好的容错性,使代码更加健壮;但C语言却没有异常处理机制,C程序员一般都是利用方法的返回值来实现异常处理,使用 if + 条件 来判断正常和异常情况,使用特定返回值来表示异常情况。

引入异常处理机制可以解决的问题有:

使用方法的返回值来表示异常情况有局限性,需要无穷列举所有的异常情况;异常流程代码和正常流程代码混合一起,代码往往很臃肿,也很复杂性;代码的可读性和可维护性都不高;随着系统规模的不断扩大,代码很难维护,特别是系统可拓展性差;

通过一下这个案例来说明引入异常之前的处理方式:

// 汽车class Car {    // 汽车是否正常运行    public static final boolean IS_OK = true;    // 汽车运行    public boolean run(int wheelNum) {        if (wheelNum == 4) {            return true;        }        return false;    }}// 上班族class Officer {    private Car car;    public Officer(Car car) {        this.car = car;    }    // 开车去上班    public boolean goWorkByCar(int wheelNum) {        if (car == null) {            // 只能选择其他出行方式了            goWorkByOther();            return false;        }        boolean result = car.run(wheelNum);        if (result) {            System.out.println("升职,加薪,迎娶白富美");            return true;        }        System.out.println("迟到,扣薪,领导天天喷");        return false;    }    // 其他方式上班    public void goWorkByOther() {        System.out.println("其他方式上班");    }}// 运行demopublic class WorkDemo {    public static void main(String[] args) {        Car car = new Car();        Officer officer = new Officer(car);        officer.goWorkByCar(4);    }}

上述案例中,只是简单粗暴的把汽车的状态分为true和false两种,细化不够,不能体现出汽车的详细状态;业务逻辑也很局限,如果要拓展,就要花费更大的成本。

针对于上述的问题,Java基于面向对象的思想提出了解决方案:

把不同类型的异常情况使用不同的类来表示,不同的异常类有共同的父类;分离异常流程代码和正确流程代码;规范了异常处理机制,灵活处理异常,能处理就将其捕获并处理,如果处理不了异常,就将其交给调用者来处理;

Java 异常体系:Java API文档中的详细介绍如下

Java 异常体系

Error:表示错误,一般指JVM相关的不可修复的错误,如:系统崩溃、内存溢出、JVM内部错误等,由JVM抛出,我们一般情况下不需要处理,几乎其所有的子类都是以“Error”作为类名后缀;比如:StackOverflowError,当应用程序递归太深而发生内存溢出时,就会抛出该错误。Exception:表示异常,指程序中出现不正常的情况,异常一般都是需要程序员来处理的(可以捕获或者抛出);几乎其所有的子类都是以“Exception”作为类名的后缀;Throwable:在Java 体系中,Throwable类是所有错误和异常的父类;

当出现了没见过的异常时,可以将异常类的类名拿到Java API文档中去查找,通过文章介绍即可获得异常的详细信息,以及其在Java中的继承、实现体系;常见的Exception有:

NullPointerException:空指针异常,一般当对象为null的时候,对该对象做操作时会出现该异常;ArrayIndexOutOfBoundsException:数组的索引越界,操作数组时使用的索引超出了数组的数据范围会出现;NumberFormatException:数字格式化异常,把非数字的数据类型转换为数字类型时使用了非法的转换对象;

Java 的异常详解:

public class ExceptionDemo {    public static void main(String[] args) {        Integer.valueOf("laofu");    }}

运行结果如下:

Java 的异常详解

如果出现异常,会立刻中断运行中的程序,所以必须处理异常,而处理方式有两种:

throws:当前方法不处理,而是声明抛出,由该方法的调用者来处理;try-catch:在当前方法中使用try-catch的语句块来处理异常;

捕获异常 try-catch

出现异常之后,程序会中断执行,所以异常必须处理;处理的方式有两种:捕获和抛出,两种方式二选一即可。我们先来运行一个案例来证明:

public static void main(String[] args) {        System.out.println("老夫开始啦");		int result = 10 / 2;		System.out.println("10 / 2 = " + result);		System.out.println("老夫去也");}

运行结果如下:

老夫开始啦10 / 2 = 5老夫去也

通过查看运行结果,是我们期望的运行结果,代码运行成功;那么接下来我们对上述案例稍作修改,再来看其运行结果如何:

 public static void main(String[] args) {        System.out.println("老夫开始啦");		int result = 10 / 0;		System.out.println("10 / 2 = " + result);		System.out.println("老夫去也");    }

运行结果如下:

老夫开始啦Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero	at Main.main(Main.java:5)

通过查看运行结果,运行结果并不是我们想要的,代码中出现了异常,代码被中断运行。对比两次的运行结果,我们可以得出结论:出现异常之后,程序会中断执行,异常必须处理。

try-catch 异常捕获:使用try-catch捕获单个异常,语法如下:

try{     编写可能会出现异常的代码} catch(异常类型  e) {     处理异常的代码     //记录日志/打印异常信息/继续抛出异常}注意:try和catch都不能单独使用,必须连用

所以可以对上述出现异常的代码使用try-catch来处理:

public class ExceptionDemo {    public static void main(String[] args) {        System.out.println("老夫开始啦");        try {          int result = 10 / 0;          System.out.println("10 / 2 = " + result);        } catch (ArithmeticException e) {          System.out.println("异常信息:" + e.getMessage());          System.out.println("异常对象:" + e.toString());          System.out.println("异常栈追踪:");          e.printStackTrace();        }        System.out.println("老夫去也");        }}

运行结果如下:

老夫开始啦异常信息:/ by zero异常对象:java.lang.ArithmeticException: / by zero异常栈追踪:老夫去也java.lang.ArithmeticException: / by zero	at Main.main(Main.java:6)

通过查看运行结果,不难发现,使用try-catch之后,程序遇到异常时不再中断执行,而是跳过异常代码及其之后的在try-catch中的剩余代码语句,来到catch代码块中执行我们定义的异常处理代码;

在上述案例中是打印出了异常信息,异常对象信息,异常栈追踪;其中的3个方法都是Throwable类的方法:

String getMessage():获取异常的详细描述信息;String toString():获取异常的类型、异常描述信息;void printStackTrace():打印异常的跟踪栈信息并输出到控制台,但不能在System.out.println()中使用该方法;其中包含了异常的类型、异常的原因、异常出现的位置;在开发和调试阶段,该方法都很有用,方便调试和修改;

try-catch 的底层执行分析

使用try-catch捕获多个异常:语法如下:

try{     编写可能会出现异常的代码}catch(异常类型A  e){  当try中出现A类型异常,就用该catch来捕获.     处理异常的代码     //记录日志/打印异常信息/继续抛出异常}catch(异常类型B  e){  当try中出现B类型异常,就用该catch来捕获.     处理异常的代码     //记录日志/打印异常信息/继续抛出异常}

注意

一个catch语句,只能捕获一种类型的异常,如果需要捕获多种异常类型,就得使用多个catch语句;try-catch中的代码在只会出现一种类型的异常,只能一个catch捕获,不可能同时匹配多个catch;在有多个catch语句的代码中出现异常时,会从上到下依次匹配catch语句,所以多个catch语句应该按照从子类到父类的顺序依次定义;一旦匹配上其中一个catch之后,便不会匹配剩余的catch,而是会跳出try-catch,执行之后的代码;

捕获多个异常的案例:

捕获多个异常的案例

运行结果如下:

老夫开始啦NumberFormatException老夫去也java.lang.NumberFormatException: For input string: "laofu"	at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)	at java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:580)	at java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:615)	at Main.main(Main.java:7)

抛出异常

抛出异常有两种方式:

throw:用于方法内部,用于给调用者返回一个异常对象,和return一样会结束当前方法;throws:运用于方法声明之上,定义于方法参数之后,表示当前方法不处理异常,而是提醒该方法的调用者来处理抛出的异常(一个或者多个异常);如:private static int divide(int num1, int num2) throws Exception {}

throw语句:运用于方法内部,抛出一个具体的异常对象,中止方法的执行,其语法格式如下:

throw  new  异常类("异常信息"); 

一般的,当一个方法出现异常的情况,我们不知道该方法应该返回什么时,此时就可以返回一个错误,在catch语句块中使用throw继续向上抛出异常。return 是返回一个值,throw 是返回一个错误,返回给该方法的调用者。比如:String类的charAt方法就是一个很好的例子:

String类的charAt方法

throws:

如果每一个方法都放弃处理异常都直接通过throws声明抛出,最后异常会抛到main方法,如果此时main方法还不处理,会继续抛出给JVM,JVM底层的处理机制就是打印异常的跟踪栈信息;runtime异常,默认就是这种处理方式。

方法重写(Override)中的throws:

一同:方法的签名必须相同。

两小:

子类方法返回类型和父类方法返回类型相同,或是其子类;子类方法不能声明抛出新的异常;

一大:子类方法的访问权限必须大于等于父类方法的访问权限。

异常分类

Throwable体系

异常(Exception)根据其在编译时期还是运行时期去检查异常可分为:checked异常和runtime异常,

runtime异常:又称运行时期异常,此类型的异常在运行时期检查;在编译时期,运行异常并不会检测,就不会出现,只有在运行到相关代码时才会出现;RuntimeException自身及其子类异常都属于runtime异常;checked异常:又称编译时期异常,此类型的异常在编译时期就会检查,而且是必须处理的,如果没有处理,就会导致编译失败;除了runtime异常之外的其他异常(包括Exception自身)都属于checked异常;

jdk 文档中的异常体系

向下看

异常分类

自定义异常

Java中有着不同的定义好的异常类,分别表示着某一种具体的异常情况,在开发中总是有些异常情况是Java SE库中没有定义好的,此时就可以根据自己业务的异常情况来定义异常类;我们把这样的异常类称为自定义异常类。

自定义异常类的方式:

受检查的异常:自定义一个受检查的异常类需要继承于java.lang.Exception;运行时异常:自定义一个运行时期检查的异常类,需要继承于java.lang.RuntimeException;

一般在开发中,自定义的异常都是运行时异常。

解决开车上班的案例

使用自定义异常解决开车上班案例

异常转译和异常链

异常转译:位于最外层的业务系统不需要关心底层的异常细节,我们通过捕获原始的异常,将其转换为一个新的不同类型的异常,然后再向上抛出;这个过程称为异常转译。

在上述例子中:我的车坏了,在catch中重新抛出一个新的异常(OfficerException)给我的调用者(老板),不能把车的异常信息抛给老板看,因为老板不关心这些细节,关心的我是否迟到。

异常链:把原始异常包装为新的异常类,形成多个异常的有序排列;异常链由于更加清楚、准确的定位异常出现的位置;在下述案例中,异常一层层抛出,直至异常被处理,在这个过程中,异常链就产生了:

异常链案例

Java7的异常新特性

1.增强的throw : 对比Java 6 和 Java 7 中对于抛出异常的改进来体现

异常的抛出更加精确了

2.多异常捕获:重写捕获多个异常案例来体现

多异常捕获

3.自动资源关闭:资源类必须直接或者间接实现java.lang.AutoCloseable接口

资源自动关闭

finally代码块

finally语句块表示无论如何(也包括发生异常时)都会最终执行的代码块,比如:当我们在try语句块中打开了一些物理资源(磁盘文件/网络连接/数据库连接等),在使用完之后,都得最终关闭打开的资源。

finally的两种用法:

1. try...finally: 此时没有catch来捕获异常,因为此时根据应用场景会抛出异常,我们程序员自己不处理;

try...finally 的使用

2. try...catch....finally:程序员自己需要处理异常,最终得手动关闭资源。

需要注意的是:finally不能单独使用。

try...catch...finally 的使用

finally不执行的情况:

当只有在try或者catch中调用退出JVM的相关方法,此时finally才不会执行,否则finally修饰的代码块永远会执行。比如:System.exit(0);//退出JVM

finally 不会执行的情况

finally 和 return

如果finally和return语句同时存在,永远返回finally中的结果,但是应该避免这种情况的出现。详情看如下的案例:

如果finally和return语句同时存在,永远返回finally中的结果

还有另一种情况也很有趣,一起来看看:

很有趣的finally例子

为什么会出现这种情况呢?首先finally肯定是会被执行的,所以a++之后a的值变成了14,但是finally中没有返回值,值为14的变量a并没有被返回;然后接着执行return a;这里的a的值在方法执行之初就已经确定了,故返回的值是13。

异常处理原则

处理异常的原则:

异常只能用于非正常情况,try-catch的存在也会影响性能,尽量缩小try-catch的代码范围;需要为异常提供说明文档,可以参考Java doc,如果自定义了异常或某一个方法抛出了异常,应该在文档注释中详细说明;尽可能避免异常的出现,如NullPointerException等;异常的粒度很重要,应该为一个基本操作定义一个 try-catch 块,切忌将几百行代码放到一个 try-catch 块中;不建议在循环中进行异常处理,应该在循环外对异常进行捕获处理(在循环之外使用try-catch);自定义异常尽量使用RuntimeException类型的,并且要尽量避开已存在的异常;

小结

1. 五个关键字:try、catch、finally、throw、throws;

2. 异常体系的两个继承结构:

Throwable类有两个子类:Error和Exception。Exception类有一个特殊的子类:RuntimeException。

RuntimeException类及其子类称之为runtime异常。

Exception类和子类中除了RuntimeException体系的其他类称之为checked异常。

3. 自定义异常类

4. Error和Exception的区别和关系

5. checked异常和runtime异常的区别

6. finally关键字及其相关知识

7. finally和return的执行顺序

8. throw和throws的区别

完结。

老夫虽然不正经,但老夫一身的才华!

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