Java 认识异常

2022-09-14 19:25:22

目录

1. 异常的背景

初识异常

算数异常

数组下标越界异常

空指针异常

 防御式编程

 异常的好处

 2. 异常的基本用法

捕获异常

异常处理流程

 抛出异常

 异常说明

 3. Java 异常体系

4. 自定义异常类

1. 异常的背景

初识异常

在之前的学习中，我们其实已经接触到了Java当中的“异常”了。

算数异常

System.out.println(10 / 0);
// 执行结果
// Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero

数组下标越界异常

int[] arr = {1, 2, 3};
System.out.println(arr[100]);
// 执行结果
// Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100

空指针异常

public class Test {
    public int num = 10;
    public static void main(String[] args) {
        Test t = null;
        System.out.println(t.num);
    }
}
// 执行结果
// Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException

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. 

 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:

  1. LBYL: Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查.
  2. 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.

其实很好理解，举个栗子：

比如说有一个你非常喜欢的女生，你想要去拉她的小手。

  1. 第一种情况：先问一下可以拉她的小手吗，获取同意后再拉。（LBYL）
  2. 第二种情况：直接拉上，大不了就是给你一巴掌呗，再道歉就完了 。（EAFP）

 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。

 

 2. 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 代码块中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.

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");
// 执行结果
before
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100

我们发现一旦出现异常, 程序就终止了. after 没有正确输出。

示例2  使用 try catch 处理异常：

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");
// 执行结果
before
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100
    at demo02.Test.main(Test.java:10)
after try catch

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.

示例3  catch 只能处理对应种类的异常: 

int[] arr = {1, 2, 3};
try {
    System.out.println("before");
    arr = null;
    System.out.println(arr[100]);
    System.out.println("after");
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
    e.printStackTrace();
}
System.out.println("after try catch");
// 执行结果
before
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at demo02.Test.main(Test.java:11)

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.

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");
// 执行结果
before
这是个空指针异常
java.lang.NullPointerException
at demo02.Test.main(Test.java:12)
after try catch

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) {
    ...
}

 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");
// 执行结果
before
java.lang.NullPointerException
at demo02.Test.main(Test.java:12)
after try catch

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。

注意：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. 

示例6  finally 表示最后的善后工作, 例如释放资源： 

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();
} finally {
    System.out.println("finally code");
}
// 执行结果
before
java.lang.NullPointerException
at demo02.Test.main(Test.java:12)
finally code

无论是否存在异常, finally 中的代码一定都会执行到. 

 示例7  使用 try 负责回收资源：

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

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。

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 main(String[] args) {
    try {
        func();
    } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("after try catch");
}
public static void func() {
    int[] arr = {1, 2, 3};
    System.out.println(arr[100]);
}
// 直接结果
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100
    at demo02.Test.func(Test.java:18)
    at demo02.Test.main(Test.java:9)
after try catch

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 main(String[] args) {
    func();
    System.out.println("after try catch");
}
public static void func() {
    int[] arr = {1, 2, 3};
    System.out.println(arr[100]);
}
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100
    at demo02.Test.func(Test.java:14)
    at demo02.Test.main(Test.java:8)

程序已经异常终止了, 没有执行到 System.out.println("after try catch"); 这一行。

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.

 抛出异常

除了 Java 内置的类会抛出一些异常之外, 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 void main(String[] args) {
    System.out.println(divide(10, 0));
}
public static int divide(int x, int y) {
    if (y == 0) {
        throw new ArithmeticException("抛出除 0 异常");
    }
    return x / y;
}
// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: 抛出除 0 异常
    at demo02.Test.divide(Test.java:14)
    at demo02.Test.main(Test.java:9)

 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.

 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;
}

 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:

 Java 认识异常

  • 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 。

非受查异常：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。

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（程序必须显示try..catch或者向上抛出）:

public static void main(String[] args) {
    System.out.println(readFile());
}
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();
}
// 编译出错
Error:(13, 22) java: 未报告的异常错误java.io.FileNotFoundException; 必须对其进行捕获或声明以便抛出

 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:

  1. 使用 try catch 包裹起来.
  2. 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.

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：

  • 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.
上一篇：【JAVA】笔记（11）--- 精讲异常（附枚举）；


下一篇：一文详解前端错误捕获和上报