23、Java基础---异常处理

Java异常处理详解

最新推荐文章于 2023-11-11 22:04:16 发布

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本文深入讲解Java中的异常处理机制，包括异常类的层次结构、异常的抛出与捕获、检查异常与非检查异常的区别、如何自定义异常类以及异常处理的最佳实践等内容。

异常处理

一、异常类

Java中提供了众多的异常类，各种异常类之间的层次关系如图所示：

图中最上位的Throwable类为Object类的子类,另外，Throwable、Error、Exception都属于java.lang包。

Throwable 类
Throwable位于异常类的层次结构的顶端。也就是说，Java中所有的异常类都是它的下位类。因此存在如下规则：
1)当声明catch子句中的形参时．如果指定的类型不是Throwable的下位类，就会发生编译错误；
2)当自己创建异常类时、必须将其创建为Throwable的下位类Throwable的子类为Error类和Exception类。

Error 类

这是程序没有希望（无法）恢复的重大异常。正如其名称所示，与其说是“异常＂，倒不如说是“错误” 更为准确；
通常情况下，程序中无需对此类进行捕获、处理，因为即使捕获了，也难以甚至无法处理。

Exception 类
这是程序有希望（可以）恢复的异常。如图所示，该类的直接下位类中包含RuntimeException类,Exception类的下位类基本上都被称为检查异常(checked exception)的异常。不过，RuntimeException类及其下位类为非检查异常

检查异常和非检查异常
异常分为两种,它们的区别很大:
1）检查异常
检查异常是必须处理的异常，编译时会检查程序中是否对其进行了处理, 对于此类异常，必须进行捕获和处理，如果下述两项中有一项未执行，就会发生编译错误
1）将可能会抛出检查异常的代码放到try语句中，以捕获该异常；
2）将方法和构造函数的声明中可能会抛出的异常明确记述到throws子句中；
2）非检查异常
非检查异常是并非一定要处理的异常程序中可以对其进行处理，也可以不对其进行处理，编译时不会检查是否进行了处理即使不对其进行捕获和处理．也不会发生编译错误；
1）可以不将可能会抛出非检查异常的代码放到try语句中;
2）对于可能会抛出非检查异常的方法和构造函数，无需将这些异常明确记述到throws子句中

二、Throwable类

Throwable类是所有异常类的 “老大类＂ ,在理解异常处理的相关内容时必须要充分理解该类

构造函数

Throwable的构造函数的概要如表所示:

上表中可知，可以设置详细消息和原因:
所谓原因，就是制造该异常发生的契机的异常。如果以发生了异常A为契机，而发生了异常B的话，当构建异常B的实例时，就可以将A设置为原因

异常主体
Java的异常中至少包含详细消息和原因两种信息，是Throwable类的下位类类型的实例，如果发生异常，那么持有相关信息的实例就会被创建，异常的主体是Throwable类的下位类的实例，包含详细消息和异常发生的原因等信息。

方法
消息和原因等信息可以从异常实例中取出，下表中汇总了用于实现此操作的方法。
最后6个是与栈跟踪相关的方法，不仅可以将栈跟踪输出到画面上，还可以将其分解取出

Exception类和RuntimeException类
Throwable类的直接下位类Exception类和RuntirneException类中也定义了与Throwable形式相同（接收相同参数）的构造函数,而且它们也直接继承了上表所示的主要方法。

三、抛出和捕获异常

package com.example;// 用于理解异常处理的示例

import java.util.Scanner;

class ThrowAndCatch {

	//--- 发生sw值所对应的异常 ---//
	static void check(int sw) throws Exception {
		switch (sw) {
		 case 1: throw new Exception("发生检查异常!!"); 
		 case 2: throw new RuntimeException("发生非检查异常!!"); 
		}
	}

	//--- 调用check ---//
	static void test(int sw) throws Exception {
		check(sw);
	}

	public static void main(String[] args) {
		Scanner stdIn = new Scanner(System.in);

		System.out.print("sw：");
		int sw = stdIn.nextInt();

		try {
			test(sw);
		} catch (Exception e) {
			System.out.println(e.getMessage());
		}
	}
}

输出：

check方法
本方法根据参数SW中接收到的值，抛出Exception或者RuntimeException异常throws子句（声明可能抛出的检查异常）
throws Exception部分的方法声明就是throws子句，可能抛出检查异常的方法会将所有异常都列举到throws子句中（有多个异常时，使用逗号隔开）；

方法的抛出
在方法主体的switch语句中,会抛出SW值所对应的异常throw语句用于抛出异常，其形式为＂throw表达式；＂；
指定的表达式为异常类类型实例的引用,在本程序中，使用new创建Exception或者RuntimeException 的实例之后将它们（它们的引用）抛出;另外，不可以指定Throwable的下位类之外的类（的实例的引用）（如果指定的话，就会发生编译错误）

test方法
test方法只用于调用check方法。无论是程序员还是编译器，都知道本方法调用的check中可能会发生检查异常Exception。因此， test方法中也可能会发生检查异常Exception, 必须指定throws子句

检查异常的捕获
main方法中读入变量SW的值后会调用test方法，可能发生检查异常的代码（此处为test(sw)的凋用）放在try语句的try语句块中

捕获的异常的层次
catch子句的形参e声明为Exception 类型如运行结果所示，这个异常处理器中可以捕获Exception和RuntimeException两种异常;
这是因为存在以下规则：异常处理器会接收形参类型中“可以赋入的所有异常“ 因此．除了catch子句的形参中指定的类类型的异常之外，其下位类类型的异常也可以被捕获。

四、检查异常的处理

下面是一个处理检查异常的程序示例，运行时会显示上次运行时输入的 “心情“；不过第一次运行时则会显示这是第一次运行的信息

package com.example;// 显示上次的心情

import java.io.*;
import java.util.Scanner;

class LastTime1 {

	//--- 读入上次的心情---//
	static void init() {
		BufferedReader br = null;

		try {
			br = new BufferedReader(new FileReader("LastTime.txt"));
			String kibun = br.readLine();
			System.out.println("上次的心情" + kibun + "。");
		} catch (IOException e){
			System.out.println("这是您第一次运行本程序。");
		} finally {
			if (br != null) {
				try {
					br.close();
				} catch (IOException e){
					System.out.println("文件关闭失败。");
				}
			}
		}
	}

	//--- 读入此次的心情---//
	static void term(String kibun) {
		FileWriter fw = null;

		try {
			fw = new FileWriter("LastTime.txt");
			fw.write(kibun);
		} catch (IOException e){
			System.out.println("发生错误!!");
		} finally {
			if (fw != null) {
				try {
					fw.close();
				} catch (IOException e){
					System.out.println("文件关闭失败。");
				}
			}
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		Scanner stdIn = new Scanner(System.in);

		init();				// 显示上次的心情

		System.out.print("当前的心情：");
		String kibun = stdIn.next();

		term(kibun);
	}
}

输出：

init方法
这是程序最先执行的方法，打开" LastTime.txt" 文件，将第1行的字符串读入到kibun中，显示上次的心情。
不过，在第l次运行时（或者因某种原因导致文件变得异常等时），文件打开或读入会发生异常，在捕获异常的catch子句中，会显示“这是您第1 次运行本程序。”

term方法
这是程序最后执行的方法打开"LastTime.txt"文件，写入字符串kibun,这两个方法中的下述两个地方都可能会发生IOException异常:
1)打开文件时（其与BufferedReader相关联时）
2)对文件实际执行输入／输出时
当1成功、2发生异常时，必须执行文件的关闭处理。因此，文件的关闭处理要放在不管是否发生异常都一定会被执行的finally子句中。在finally子句中，当br或fw不为null时（当文件打开成功时），就会调用close方法，执行关闭处理。；
不过由于关闭处理本身也可能会发生异常，因此close方法的调用代码必须放在try语句的try语句块中，由此造成程序的结构变得非常复杂。

五、创建异常类

Java的类库中提供了为数众多的异常类，既可以直接使用这些异常类、也可以创建自己的异常类。
下面对Exception类或者其下位类进行派生来创建异常类。不过如果要创建的是非检查异常类则要对RuntirneException或者其下位类进行派生

package com.example;// 进行1位（0～9）的加法运算

import java.util.Scanner;

//---- 超出范围的异常 ---//
class RangeError extends RuntimeException {
	RangeError(int n) { super("超出范围的数值：" + n); }
}

//---- 超出范围的异常（形参）---//
class ParameterRangeError extends RangeError {
	ParameterRangeError(int n) { super(n); }
}

//---- 超出范围的异常（返回值）---//
class ResultRangeError extends RangeError {
	ResultRangeError(int n) { super(n); }
}

public class RangeErrorTester {

	/*--- n为１位（0～9）吗？ ---*/
	static boolean isValid(int n) {
		return n >= 0 && n <= 9;
	}

	/*--- 计算1位（0～9）整数a与b的和 ---*/
	static int add(int a, int b) throws ParameterRangeError, ResultRangeError {
		if (!isValid(a)) throw new ParameterRangeError(a);
		if (!isValid(b)) throw new ParameterRangeError(b);
		int result = a + b;
		if (!isValid(result)) throw new ResultRangeError(result);
		return result;
	}

	public static void main(String[] args) {
		Scanner stdIn = new Scanner(System.in);

		System.out.print("整数a：");  int a = stdIn.nextInt();
		System.out.print("整数b：");  int b = stdIn.nextInt();

		try {
			System.out.println("它们的和为" + add(a, b) + "。");
		} catch (ParameterRangeError e) {
			System.out.println("加数超出范围。" + e.getMessage());
		} catch (ResultRangeError e) {
			System.out.println("计算结果超出范围。" + e.toString());
		}
	}
}

输出：

程序中创建了三个异常类：后面的两个类都派生自RangeError，这三个类中都只定义了构造函数：

类RangeError派生自RuntimeException 类，是非检查异常类。在构造函数中，通过将字符串传给super, 调用构造函数来设置详细消息。
剩下的 ParameterRangeError 和 ResultRangeError 由于是RuntimeException 的下位类，因此也是非检查异常类，在构造函数中，调用super来设置详细消息。

在方法add 中，当参数和加法运符的结果超过 1 位时，就会抛出 ParameterRangeError 或者 ResultRangeError 异常， main方法中会捕获这些异常。

六、委托异常

如果在所有层次的方法中都对数组的下标是否正确（或者本程序中省略的、接收到的数组变量是否为null) 执行异常处理，那么本质上相同的检查就会被执行很多次，降低软件的性能。
应该在哪个（层次的）方法中执行异常处理，要视软件而异。这里选择在 reverse方法中执行处理，在 swap方法中则不执行处理，如下代码所示

package com.example;// 将值读入到数组元素中，并进行倒序排列（存在Bug：在reverse中捕获异常）

import java.util.Scanner;

class ReverseArray3 {

	//--- 交换数组中的元素a[idx1]和a[idx2] ---//
	static void swap(int[] a, int idx1, int idx2) {
		int t = a[idx1];
		a[idx1] = a[idx2];
		a[idx2] = t;
	}

	//--- 对数组a的元素进行倒序排列（错误）---//
	static void reverse(int[] a) {
		try {
			for (int i = 0; i < a.length / 2; i++)
				swap(a, i, a.length - i);
		} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
			e.printStackTrace();
			System.exit(1);
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		Scanner stdIn = new Scanner(System.in);

		System.out.print("元素个数：");
		int num = stdIn.nextInt();		// 元素个数

		int[] x = new int[num];			// 元素个数为num的数组

		for (int i = 0; i < num; i++) {
			System.out.print("x[" + i + "] : ");
			x[i] = stdIn.nextInt();
		}

		reverse(x);						// 对数组x的元素进行倒序排列

		System.out.println("元素的倒序排列执行完毕。");
		for (int i = 0; i < num; i++)
			System.out.println("x[" + i + "] = " + x[i]);
	}
}

输出：

由于swap方法中并未对异常进行处理，因此当抛出ArrayindexOutOfBoundsException 异常时，异常会传递给调用它的reverse方法；也就是说，swap方法中没有对异常进行处理，而是进行了委托; 这里委托的是非检查异常,如果委托的是检查异常，那么在方法的声明中就需要包含throws子句。对异常执行处理的是reverse方法,将swap的调用放到try语句块中来捕获异常、

异常处理器中执行了下述操作：
1）调用printStackTrace方法显示栈跟踪
2）调用System.exit方法强制结束程序

七、再次抛出异常

如果 reverse 方法中接收到异常，则将其作为其他异常进行抛出，程序如下：

package com.example;// 将值读入到数组元素中，并进行倒序排列（存在Bug：reverse再次抛出异常）

import java.util.Scanner;

class ReverseArray4 {

	//--- 交换数组中的元素a[idx1]和a[idx2] ---//
	static void swap(int[] a, int idx1, int idx2) {
		int t = a[idx1];
		a[idx1] = a[idx2];
		a[idx2] = t;
	}

	//--- 对数组a的元素进行倒序排列（错误）---//
	static void reverse(int[] a) {
		try {
			for (int i = 0; i < a.length / 2; i++)
				swap(a, i, a.length - i);
		} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
			throw new RuntimeException("reverse的Bug？", e);
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		Scanner stdIn = new Scanner(System.in);

		System.out.print("元素个数：");
		int num = stdIn.nextInt();		// 元素个数

		int[] x = new int[num];			// 元素个数为num的数组

		for (int i = 0; i < num; i++) {
			System.out.print("x[" + i + "] : ");
			x[i] = stdIn.nextInt();
		}

		try {
			reverse(x);					// 对数组x的元素进行倒序排列

			System.out.println("元素的倒序排列执行完毕。");
			for (int i = 0; i < num; i++)
				System.out.println("x[" + i + "] = " + x[i]);
		} catch (RuntimeException e) {
			System.out.println("异常　　　：" + e);
			System.out.println("异常原因  ：" + e.getCause());
		}
	}
}

输出：

在reverse 方法中，当接收到 ArrayindexOutOfBoundsException 异常时，处理方法是新创建一个RuntimeException 异常，并将其抛出。

throw new RuntimeException("reverse的Bug？", e);

上面这行代码将2个参数传递给了构造函数。第1个参数为"详细消息",第2个参数为"原因"；通过传入第2个参数e, 即ArrayindexOutOfBoundsException异常的引用，就可以知逍RuntimeException异常发生的原因是ArrayindexOutOfBoundsException异常

main方法中会捕获reverse方法抛出的异常：

catch (RuntimeException e) {
		System.out.println("异常　　　：" + e);
		System.out.println("异常原因  ：" + e.getCause());

getCause方法用于检查异常的原因, 因此这里会显示捕获的异常及异常原因显示的运行结果是，捕获的异常为RuntimeException, 异常原因为（使用了不正确的下标5导致的） ArrayindexOutOfBoundsException异常。

八、总结

1)所谓异常，就是与程序预期的状态不一致的状态，或者在通常情况下未预料到（或无法预料）的状态;
2)在大多数情况下，异常或者错误的处理方法并不是由控件的开发人员决定的，而是应该由使用人员来决定;
3)通过异常处理，即对异常执行的处理，程序能够从可能致命的状态中恢复过来;
4)throw语句用于抛出异常;
5)try语句用于捕获抛出的异常并对异常进行处理;
6)对抛出的异常进行检查所需的代码要放在try语句块中,对try语句块中检测出的异常进行捕获的是被称为异常处理器的catch子句;
7)无论是否发生异常，位于try语句末尾的finally子句都会被执行。另外finally子句可以省略;
8)异常主体是Throwable类的下位类的实例，包含详细消息和异常发生的原因等信息
9)检查异常是必须处理的异常，编译时会检查程序中是否对其进行了处理（捕获或者列举在throws子句中）;
10)当方法可能会抛出检查异常时，必须将这些异常列举在throws子句中;
11)非检查异常是并非一定要处理的异常,编译时不会检查是否对其进行了处理;
12)Throwable类的子类有Exception类和RuntirneException类;
13)Exception类及其下位类为检查异常，但RuntirneException及其下位类为非检查异常;
14)对于捕获的异常，在执行了某些处理后仍无法完全处理时，可以（直接或者改变形式）再次抛出异常。

package com.example;

import java.util.Scanner;

//---- 自己创建的检查异常 ---//
class CheckedException extends Exception {
	CheckedException(String s, Throwable e) { super(s, e); }
}

//---- 自己创建的非检查异常 ---//
class UncheckedException extends RuntimeException {
	UncheckedException(String s, Throwable e) { super(s, e); }
}

public class Abc {

	//--- 发生sw值所对应的异常 ---//
	static void work(int sw) throws Exception {
		switch (sw) {
		 case 1: throw new RuntimeException("发生非检查异常!!"); 
		 case 2: throw new Exception("发生检查异常!!");
		}
	}

	//--- 调用work ---//
	static void test(int sw) throws CheckedException {
		try {
			work(sw);
		} catch (RuntimeException e) {
			/* 虽然试着处理了，但仍无法完全处理 */
			throw new UncheckedException("无法处理非检查异常!!", e);
		} catch (Exception e) {
			/* 虽然试着处理了，但仍无法完全处理 */
			throw new CheckedException("无法处理检查异常!!", e);
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		Scanner stdIn = new Scanner(System.in);

		System.out.print("sw：");
		int sw = stdIn.nextInt();

		try {
			test(sw);
		} catch (Exception e) {
			System.out.println("异常　　　：" + e);
			System.out.println("异常原因  ：" + e.getCause());
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

输出：