Java笔记11——认识异常

目录

1. 异常的背景

防御式编程

异常的好处

2. 异常的基本用法

关于异常的处理方式（了解即可）

4.关于错误"堆栈"信息

5.关于finally代码块

6.异常的处理流程。

7.throws和throw关键字–人为抛出异常

3. Java 异常体系 

显示处理:

4. 自定义异常类

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1. 异常的背景

初识异常

我们曾经的代码中已经接触了一些 "异常" 了. 例如:

除以 0

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

数组下标越界

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

访问 null 对象

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

通俗的讲就是：程序没按照咱预计的结果运行，在运行的过程中发生了"错误"

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.

异常的种类有很多, 不同种类的异常具有不同的含义, 也有不同的处理方式.

学会看异常信息，一般会告诉你是什么异常，在哪行代码发生的异常。 

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

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

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

注意!!!! 上面这两个概念千万不要背

其实很好理解, 举个栗子~~

比如你和你女朋友刚开始谈对象. 我们都知道, 谈对象需要有一些亲密的动作, 比如 "拉小手" 这 种. emmmmm

问题来了, 你去拉你女朋友的小手有两种方式:

a) 你说, 妹子, 我拉你小手可以嘛? 获取妹子的同意后, 再拉手(这就是 LBYL).

b) 你趁妹子不备, 直接拉住. 大不了妹子生气了给老湿一巴掌, 你再道歉就是(这就是 EAFP).

异常的核心思想就是 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（推荐）

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.

代码示例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

 

代码示例2 使用 try catch 后的程序执行过程 ——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

在可能产生异常代码try里面写别的，看看会不会被执行。

 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

关于异常的处理方式（了解即可）

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

3.Java中一切都是类，异常其实也是类，因此Catch代码块只能捕获相应的异常"类型"
 

比如说我们刚刚上面写个，它就只能捕获数组越界异常。

 如果现在这个问题不是数组越界引起的异常，它就发现不了。

比如data = null，空指针异常。 

此时代码出错的原因在于空指针异常，不属于数组越界异常，因此catch代码块无法处理=》需要多个catch代码块
现在就多加一个catch代码块来专门处理空指针的异常。

 NullPointerException e 判断是否为空指针引起的异常。

还有另一种方法：有一个异常类是所有异常类的父类，Exceptionn
我们如果catch块中捕获的是Exception这个类型，就可以接收到所有异常类型。(不推荐)

这样的话就只需要写这语句就够了 

所以现在就有两种场景：

若此时明确知道try中可能产生的异常类型，如：数组越界，空指针，catch捕获明确的相关类型

若此时不太清楚可能产生哪些异常，就使用Exception共同的父类。所有异常的子类都会向上转型变为Exception的引用。

示例代码：

代码示例3 catch 只能处理对应种类的异常

我们修改了代码, 让代码抛出的是空指针异常

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

代码示例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 (ArrayIndexOutOfBoundsExceptione) {
       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) {
 ...
}

代码示例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.

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.

4.关于错误"堆栈"信息

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

我们刚刚产生异常后直接打印其实不好，因为根本不清楚是在哪里产生的异常，如果想要输出程序出现异常的位置以及原因，就调用异常对象的printStackTrace方法

 我们刚刚写的里面其实 Exception 是类名称 后面的 e是类引用，后面的引用名称随便你取什么，是自定义的。

我们说了异常其实算个类，这个e其实就是异常对象，类引用.方法名

 

 打印异常的位置及出现的原因。 这个异常在第16行

在Java中其实出现问题是很好解决，异常的错误信息非常完善，到底在哪一行出了怎样的错误说的非常清楚。
 

5.关于finally代码块

无论是否有异常产生，最终都会执行finally代码块中的代码。
 

 不管你是否异常，都会执行。那么一般放什么在finally代码块里面呢？

一般来说资源的释放，方法的关闭操作都在finally代码块中。
 

比如关闭数据库的连接，关闭文件的操作都在finally代码块中，无论是否有异常产生，都能保证资源会正确释放。

程序中有些操作不管是否产生异常都必须要被执行的，就放在finally里面

思考题：下面程序运行时的结果会是什么？rep值多少。

 

运行结果： rep = 30

结论：

 finally最终都会执行的代码块，若finally中存在返回值，覆盖掉try或者catch的返回

所以一般不要在finally代码块中写返回值。

注意:

finally 执行的时机是在方法返回之前(try 或者 catch 中如果有 return 会在这个 return 之前执行 finally). 但是如果 finally 中也存在 return 语句, 那么就会执行 finally 中的 return, 从而不会执行到 try 中原有的 return. 一般我们不建议在 finally 中写 return (被编译器当做一个警告).

 

代码示例：

代码示例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. 保证最终一定会执行到 Scanner 的 close 方法

代码示例7 使用 try 负责回收资源

刚才的代码可以有一种等价写法, 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.

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

小技巧

 IDEA 能自动检查我们的代码风格, 并给出一些更好的建议. 如我们之前写的代码, 在 try 上有一个 "加深底色" , 这时 IDEA 针对我们的代码提出了一些更好的建议

 

 

6.异常的处理流程。

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

就是一直踢皮球甩锅的过程，JVM就是最终的背锅侠。

案例：

 先在fum方法内容发现了异常，发现并没有处理异常的程序就向上抛......等等

代码示例：

代码示例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

代码示例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)

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

 

7.throws和throw关键字–人为抛出异常

除了 Java 内置的类会抛出一些异常之外, 程序猿也可以手动抛出某个异常. 使用 throw 关键字完成这个操作.

throws:用在方法声明上，表示该方法可能会产生的异常类型，但是本方法中不处理该异常。若异常产生抛回给调用者。

throw:用在方法内部，表示人为产生异常对象并抛出。
 

异常对象的产生都是发生异常后由JVM产生的，若需要人为产生异常对象，就使用throw关键字

关于这两个关键字的使用，需要结合自定义的异常类来使用。

 

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.

异常体系:JDK内部异常的继承关系
 

Java中的异常分为两大类，一类称之为"受查异常"，另—类称为"非受查异常"
 

下图表示 Java 内置的异常类之间的继承关系：

 

顶层类 Throwable 派生出两个重要的子类, Error 和 Exception

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 是我们程序猿所使用的异常类的父类.

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

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, 所有的其他异常称为 受查 异常.

RuntimeException以及其子类包括Error及其子类称之为非受查异常，编译阶段可以不显示进行异常处理(try。。catch/throws抛出)-上图中蓝色部分的类——非受查异常
 

RuntimeException：运行时异常，编译阶段不报错，运行时出错。

常见的有：

AraylIndexofBoundsException——数组越界异常，

NullPointerException——空指针异常，

ClassCastException——类型转换异常

Error-程序内部错误，一般来说，出现这种错误，程序没法再正常执行下去的，只能退出程序。

常见的有：

OutofMemoryError——堆内存溢出错误
StackOverflowError——栈溢出错误

 

除了这些非受查异常以外的其他异常类属于受查异常，必须在编译阶段显示进行异常的处理，否则编译就会出错·上图中红色部分的类——受查异常。

 

显示处理:

1.进行try..catch..捕获这个异常
 

 

 ⒉调用者也使用throws向上抛出异常

 

代码示例：

 如果一段代码可能抛出 受查异常, 那么必须显式进行处理

 

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:

a) 使用 try catch 包裹起来

public static void main(String[] args) { 
 System.out.println(readFile()); 
} 
public static String readFile() { 
 File file = new File("d:/test.txt"); 
 Scanner sc = null; 
 try { 
 sc = new Scanner(file); 
 } catch (FileNotFoundException e) { 
 e.printStackTrace(); 
 } 
 return sc.nextLine(); 
} 

b) 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

public static void main(String[] args) { 
 try { 
 System.out.println(readFile()); 
 } catch (FileNotFoundException e) { 
 e.printStackTrace(); 
 } 
} 
public static String readFile() throws FileNotFoundException { 
 File file = new File("d:/test.txt"); 
 Scanner sc = new Scanner(file); 
 return sc.nextLine(); 
} 

注释：别忘了 IDEA 神奇的 alt + enter, 能够快速修正代码.

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

如：用户登录的时候，用户名不对，密码不对，这种错误JDK不认识，就需要我们来自定义异常类

自定义异常类非常简单，只需要继承相关的两个父类就可以。

若希望这个异常必须显示处理–继承Exception父类。
 

若这个异常不需要显示处理-继承RunTimeException父类。

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"); 
} 

完整代码：

import java.util.Scanner;

public class MyExceptionTest {
    private static final String USER_NAME = "abc";
    private static final String PASSWORD = "123";

    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入用户名 : ");
        String userName = scanner.nextLine();
        System.out.println("请输入密码 : ");
        String pass = scanner.nextLine();
        if (!USER_NAME.equals(userName)) {
            // 用户名错误异常
            throw new UserNameException("用户名错误");
        }
        if (!PASSWORD.equals(pass)) {
            // 密码错误异常
            throw new PassWordException("密码错误");
        }
        System.out.println("成功登录！");
    }
}

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

class PassWordException extends RuntimeException {
    public PassWordException(String msg) {
        super(msg);
    }
}

现在用户名是：abc， 密码是：123

测试：三种情况，用户名错误，密码错误，全都正确。

 

 

 

总结一下：

注意事项

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.