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异常处理
什么是异常
尽管人人希望自己身体健康，处理的事情都能顺利进行，但在实际生活中总会遇到各种状况，比如感冒发烧，工作时电脑蓝屏、死机等。同样在程序运行的过程中，也会发生各种非正常状况，比如程序运行时磁盘空间不足，网络连接中断，被装载的类不存在。针对这种情况，在 Java 语言中，引入了异常，以异常类的形式对这些非正常情况进行封装，通过异常处理机制对程序运行时发生的各种问题进行处理。接下来通过一个案例来认识一下什么是异常，如例所示。
public class Example {
public static void main(String[] args) {
int result = divide(4, 0); // 调用divide()方法
System.out.println(result);
}
// 下面的方法实现了两个整数相除
public static int divide(int x, int y) {
int result = x / y; // 定义一个变量result 记录两个数相除的结果
return result; // 将结果返回
}
}
运行结果：
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
at Example.divide(Example.java:9)
at Example.main(Example.java:3)
从运行结果可以看出，程序发生了算数异常(ArithmeticException)，这个异常是由于程序中的第 3 行代码调用 divide()方法时传入了参数 0，在方法中的第 8 行代码的运算中出现了被 0 除的错误。在这个异常发生后，程序会立即结束，无法继续向下执行。
例中产生了一个 ArithmeticException 异常，ArithmeticException 异常只是 Java 异常类中的一种，在 Java 中还提供了大量的异常类，这些类都继承自 java.lang.Throwable 类。接下来通过一张图来展示 Throwable 类的继承体系，如图所示。
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通过图可以看出，Throwable 有两个直接子类 Error 和 Exception，其中 Error 代表程序中产生的错误，Exception 代表程序中产生的异常。接下来就对这两个直接子类进行详细讲解。
- Error 类
Error 类称为错误类，它表示 Java 运行时产生的系统内部错误或资源耗尽的错误，是比较严重的，仅靠修改程序本身是不能恢复执行的。举一个生活中的例子，在盖楼的过程中因偷工减料，导致大楼坍塌，这就相当于一个 Error。
- Exception 类
Exception 类称为异常类，它表示程序本身可以处理的错误，在开发 Java 程序中进行的异常处理，都是针对 Excption 类及其子类。在 Exception 类的众多子类中有一个特殊的 RuntimeException 类，该类及其子类用于表示运行时异常，除了此类，Exception 类下所有其他的子类都用于表示编译时异常。本节主要针对 Exception 类及其子类进行讲解。
通过前面的学习我们已经了解了 Throwable 类，为了方便后面的学习，接下来将 Throwable 类中的常用方法罗列出来，如表所示。
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表中的这些方法都用于获取异常信息。由于 Error 和 Exception 继承自 Throwable 类，所以它们都拥有这些方法，在后面的异常学习中会逐渐接触到这些方法的使用。
try…catch 和 finally
上面的例子中，由于发生了异常，程序立即终止，无法继续向下执行。为了解决这样的问题，Java 中提供了一种对异常进行处理的方式———异常捕获。异常捕获通常使用 try…catch 语句，具体语法格式如下:
try{
//程序代码块
}catch(ExceptionType(Exception 类及其子类) e){
//对ExceptionType 的处理
}
其中在 try 代码块中编写可能发生异常的 Java 语句，catch 代码块中编写针对异常进行处理的代码。当 try 代码块中的程序发生了异常，系统会将这个异常的信息封装成一个异常对象，并将这个对象传递给 catch 代码块。catch 代码块需要一个参数指明它所能够接收的异常类型，这个参数的类型必须是 Exception 类或其子类。
接下来使用 try…catch 语句对上面例中出现的异常进行捕获。
public class Example {
public static void main(String[] args) {
// 下面的代码定义了一个try…catch 语句用于捕获异常
try {
int result = divide(4, 0); // 调用divide()方法
System.out.println(result);
} catch (Exception e) { // 对异常进行处理
System.out.println("捕获的异常信息为: " + e.getMessage());
}
System.out.println("程序继续向下执行……");
}
// 下面的方法实现了两个整数相除
public static int divide(int x, int y) {
int result = x / y; // 定义一个变量result 记录两个数相除的结果
return result; // 将结果返回
}
}
运行结果：
捕获的异常信息为: / by zero
程序继续向下执行……
例中，对可能发生异常的代码用 try…catch 语句进行了处理。在 try 代码块中发生被 0 除异常，程序会转而执行 catch 中的代码，通过调用 Exception 对象的 getMessage()方法，返回异常信息“/byzero”。catch 代码块对异常处理完毕后，程序仍会向下执行，而不会异常终止。
在程序中，有时候我们希望有些语句无论程序是否发生异常都要执行，这时就可以在 try…catch 语句后，加一个 finally 代码块。接下来对例 4-22 进行修改，演示一下 finally 代码块的用法，如例所示。
public class Example {
public static void main(String[] args) {
// 下面的代码定义了一个try…catch 语句用于捕获异常
try {
int result = divide(4, 0); // 调用divide()方法
System.out.println(result);
} catch (Exception e) { // 对异常进行处理
System.out.println("捕获的异常信息为: " + e.getMessage());
} finally {
System.out.println("进入finally 代码块");
}
System.out.println("程序继续向下执行……");
}
// 下面的方法实现了两个整数相除
public static int divide(int x, int y) {
int result = x / y; // 定义一个变量result 记录两个数相除的结果
return result; // 将结果返回
}
}
运行结果：
捕获的异常信息为: / by zero
进入finally 代码块
程序继续向下执行……
在 catch 代码块中增加了一个 return 语句，用于结束当前方法，此时程序第 12 行代码就不会执行了，而 finally 中的代码仍会执行，并不会被 return 语句所影响，也就是说不论程序是发生异常还是使用 return 语句结束，finally 中的语句都会执行，正是由于这种特殊性，在程序设计时，经常会在 try…catch 后使用 finally 代码块来完成必须做的事情，例如释放系统资源。
需要注意的是，finally 中的代码块有一种情况下是不会执行的，那就是在 try…catch 中执行了 System.exit(0)语句。System.exit(0)表示退出当前的 Java 虚拟机，Java 虚拟机停止了，任何代码都不能再执行了。
throws 关键字
在前面学习的例中，由于调用的是自己写的 divide()方法，因此很清楚该方法可能会发生异常。试想一下，如果去调用一个别人写的方法时，是否能知道别人写的方法是否会有异常呢? 这是很难做出判断的。针对这种情况，Java 中允许在方法的后面使用 throws 关键字对外声明该方法有可能发生的异常，这样调用者在调用方法时，就明确地知道该方法有异常，并且必须在程序中对异常进行处理，否则编译无法通过。
throws 关键字声明抛出异常的语法格式如下:
修饰符返回值类型方法名([参数1，参数2…])throws ExceptionType1[，ExceptionType2…]{
}
从上述语法格式中可以看出，throws 关键字需要写在方法声明的后面，throws 后面需要声明方法中发生异常的类型，通常将这种做法称为方法声明抛出一个异常。然后使用同样的 try catch 结构抛出异常，就保证了程序执行时不会终止，接下来对例进行修改，在 devide()方法上声明抛出异常，如例所示。
public class Example {
public static void main(String[] args) {
// 下面的代码定义了一个try…catch 语句用于捕获异常
try {
int result = divide(4, 2); // 调用divide()方法
System.out.println(result);
} catch (Exception e) { // 对捕获到的异常进行处理
e.printStackTrace(); // 打印捕获的异常信息
}
}
// 下面的方法实现了两个整数相除，并使用throws 关键字声明抛出异常
public static int divide(int x, int y) throws Exception {
int result = x / y; // 定义一个变量result 记录两个数相除的结果
return result; // 将结果返回
}
}
运行结果：
2
运行时异常与编译时异常
在实际开发中，经常会在程序编译时产生一些异常，而这些异常必须要进行处理，这种异常被称为编译时异常，也称为 checked 异常。另外还有一种异常是在程序运行时产生的，这种异常即使不编写异常处理代码，依然可以通过编译，因此称为运行时异常，也称为 unchecked 异常。接下来就分别对这两种异常进行详细的讲解。
编译时异常
在 Java 中，Exception 类中除了 RuntimeException 类及其子类都是编译时异常。编译时异常的特点是 Java 编译器会对其进行检查，如果出现异常就必须对异常进行处理，否则程序无法通过编译。
处理编译时期的异常有两种方式，具体如下:
-
使用 try…catch 语句对异常进行捕获。
-
使用 throws 关键字声明抛出异常，调用者对其处理。
运行时异常
RuntimeException 类及其子类都是运行时异常。运行时异常的特点是 Java 编译器不会对其进行检查，也就是说，当程序中出现这类异常时，即使没有使用 try…catch 语句捕获或使用 throws 关键字声明抛出，程序也能编译通过。运行时异常一般是由程序中的逻辑错误引起的，在程序运行时无法恢复。比如通过数组的角标访问数组的元素时，如果超过了数组的最大角标，就会发生运行时异常，代码如下所示:
int [] arr = new int[5];
System.out.println(arr[6]);
上面代码中，由于数组 arr 的 length 为 5，最大角标应为 4，当使用 arr[6]访问数组中的元素就会发生数组角标越界的异常。
自定义异常
JDK 中定义了大量的异常类，虽然这些异常类可以描述编程时出现的大部分异常情况，但是在程序开发中有时可能需要描述程序中特有的异常情况，例如在设计 divide()方法时不允许被除数为负数。为了解决这个问题，在 Java 中允许用户自定义异常，但自定义的异常类必须继承自 Exception 或其子类。接下来通过一个案例来学习，如例所示。
//下面的代码是自定义一个异常类继承自Exception
public class DivideByMinusException extends Exception {
public DivideByMinusException() {
super(); // 调用Exception 无参的构造方法
}
public DivideByMinusException(String message) {
super(message); // 调用Exception 有参的构造方法
}
}
在实际开发中，如果没有特殊的要求，自定义的异常类只需继承 Exception 类，在构造方法中使用 super()语句调用 Exception 的构造方法即可。
既然自定义了异常，那么该如何使用呢? 这时就需要用到 throw 关键字，throw 关键字用于在方法中声明抛出异常的实例对象，其语法格式如下:
throw Exception 异常对象
接下来重新对上面被除数为 0 的例子中的 divide()方法进行改写，在 divide()方法中判断被除数是否为负数，如果为负数，就使用 throw 关键字在方法中向调用者抛出自定义的 DivideByMinusException 异常对象，如例所示。
public class Example {
public static void main(String[] args) {
// 下面的代码定义了一个try…catch 语句用于捕获异常
try {
// 调用divide()方法，传入一个负数作为被除数
int result = divide(4, -2);
System.out.println(result);
} catch (DivideByMinusException e) { // 对捕获到的异常进行处理
System.out.println(e.getMessage()); // 打印捕获的异常信息
}
}
// 下面的方法实现了两个整数相除，并使用throws 关键字声明抛出自定义异常
public static int divide(int x, int y) throws DivideByMinusException {
if (y < 0) {
// 使用throw 关键字声明异常对象
throw new DivideByMinusException("被除数是负数");
}
int result = x / y; // 定义一个变量result 记录两个数相除的结果
return result; // 将结果返回
}
}
运行结果：
被除数是负数
例的 main()方法中，定义了一个 try…catch 语句用于捕获 divide()方法抛出的异常。在调用 divide()方法时由于传入的被除数不能为负数，程序会抛出一个自定义异常 DivideByMinusException，该异常被捕获后最终被 catch 代码块处理，并打印出异常信息。