Java异常机制：异常体系结构及自定义异常

Java异常机制

异常的定义

1. 在使用计算机语言进行项目开发的时候，即使程序员把代码写的尽善尽美，程序在运行的时候难免会遇到各种突发状况，例如：
   • 你写的某个模块，用户输入的数据格式不一定符合你的要求；
   • 你的程序要打开某个文件，这个文件可能不存在或者格式不对；
   • 你要读取数据库的数据时，数据可能是空的；
   • 我们的程序跑着跑着，内存或者硬盘满了；
2. 上述等问题都称为异常（Exception），程序报异常能让我们对自己写的程序进行合理的处理，防止程序崩溃。
3. 异常发生在程序的运行过程中，影响程序的正常运行；

异常的分类

1. 根据Java的异常处理，简单分为以下三类异常：
   1. 检查性异常：
      • 编译器要求你必须处置的异常：你写的某段代码，编译器要求你必须要对这段代码try…catch，或者throws exception；
      • 最具代表性的检查性异常就是用户错误操作引起的异常；
      • 例如一个文件被用户删除了，然后要打开这个不存在的文件时，一个异常就发生了
      • 这是程序员所无法预见的
   2. 运行时异常
      • 编译器不要求强制处置的异常，与检查性异常相反；
      • 程序员在写程序的时候出现的问题；例如：
        • 除0错误：ArithmeticException；
        • 数组下标越界：ArrayIndexOutOfBoundsException；
        • 使用了空对象NullPointerException等等。
      • 这是可以被程序员避免的异常
   3. 错误
      • 错误其实不是异常，而是脱离程序员控制的问题。
      • 例如当栈溢出了，一个错误就发生了
      • 他们在编译的时候是检查不到的；

异常体系结构

1. Java把异常当作对象来处理，并定义一个基类Java.lang.Throwable作为所有异常的超类。

2. 在Java API中已经定义了许多异常类，这些异常类分为两大类，错误Error和异常Exception。

   

Error类

1. Error类对象由Java虚拟机生成并抛出，大多数错误与代码编写者所执行的操作无关；

2. 大多数是Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError）：

   • 当JVM不再有继续执行操作所需的内存资源时，将出现OutOfMemoryError。
   • 这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止

3. 还有一种是发生在虚拟机试图执行应用时的错误，这些错误是不可查的，因为他们在应用程序的控制和处理能力之外，而且绝大多数是程序运行时不允许出现的状况。例如：

   • 类定义错误（NoClassDefFoundError）
   • 链接错误（LinkageError）

Exception类

1. 在Exception分支中有一个重要的子类RuntimeException（运行时异常），这个类的异常会给我们编写的程序定义一些异常，例如：
   • ArrayIndexOutOfBoundsException（数组下标越界异常）
   • NullPointException（空指针异常）
   • ArithmeticException（算数异常）
   • MissingResourceException（丢失资源）
   • ClassNotFoundException（找不到类）
2. 这些异常都是程序里面已经写好的，不是检查异常，程序中可以选择捕获处理或者不处理。
3. 发生这些异常一般与我们程序员有关，都是由程序逻辑错误引起，我们要尽量避免这些异常的发生；

Error和Exception的区别

1. Error通常是灾难性的和致命的错误，这是程序无法控制和处理的；当出现这些错误时，Java虚拟机（JVM）一般会选择终止线程；
2. Exception通常情况下是可以被程序处理的，并且在程序中应该尽可能的去处理这些异常。

异常处理机制

1. 异常处理机制一般就两种：
   • 抛出异常
   • 捕获异常
2. 异常处理的五个关键字：
   • try：监控区域
   • catch：捕获异常
   • finally：处理善后工作
   • throw
   • throws

捕获异常：快捷键Ctrl+Alt+T

1. 我们通过try…catch…finally…去捕获异常

2. 第一步try：

   • 捕获异常的第一步是用try{…}语句块选定捕获异常的范围，将可能出现异常的代码放在try语句块中。

3. 第二步catch：

   • 如果发生异常，则尝试去匹配catch块，catch块可以有多个（因为try块可以出现多个不同类型异常）;
   • catch (Exceptiontype e)：在catch语句块中是对异常对象进行处理的代码。
   • 每个try语句块可以伴随一个或多个catch语句，用于处理可能产生的不同类型的异常对象。
   • 每一个catch块用于捕获并处理一个特定的异常，或者这异常类型的子类。
   • Java中也可以将多个异常声明在一个catch中。
     • catch(Exception1 | Exception2 | Exception3 e)
     • catch后面的括号定义了异常类型和异常参数。如果异常与之匹配且是最先匹配到的，则虚拟机将使用这个catch块来处理异常。
   • 在catch块中可以使用这个块的异常参数来获取异常的相关信息。异常参数是这个catch块中的局部变量，其它块不能访问。与其它对象一样，可以访问一个异常对象的成员变量或调用它的方法。
     • ①、getMessage() 获取异常信息，返回字符串。
     • ②、printStackTrace() 获取异常类名和异常信息，以及异常出现在程序中的位置。返回值void。
   • 如果当前try块中发生的异常在后续的所有catch中都没捕获到，则先去执行finally，然后到这个函数的外部caller中去匹配异常处理器。
   • 如果try中没有发生异常，则所有的catch块将被忽略。
   • 注意：如果明确知道产生的是何种异常，可以用该异常类作为catch的参数；也可以用其父类作为catch的参数。例如：
     • 可以用 ArithmeticException 类作为参数的地方，就可以用RuntimeException类作为参数，或者用所有异常的父类Exception类作为参数。
     • 但不能是与ArithmeticException类无关的异常，如NullPointerException（catch中的语句将不会执行）。

4. 第三步finally：

   • 如果执行完try不管有没有发生异常，则接着去执行finally块和finally后面的代码（如果有的话）。
   • finally块通常是可选的，不是一定要写的。
   • 捕获异常的最后一步是通过finally语句为异常处理提供一个统一的出口，使得在控制流转到程序的其它部分以前，能够对程序的状态作统一的管理。
   • 不论在try代码块中是否发生了异常事件，catch语句是否执行，catch语句是否有异常，catch语句中是否有return，finally块中的语句都会被执行。
   • 一个try至少要有一个catch块，否则， 至少要有1个finally块。但是finally不是用来处理异常的，finally不会捕获异常。
   • finally主要做一些清理工作，如IO流的关闭，数据库连接的关闭等。

5. 注意点：

   • 不要在fianlly中使用return和抛出异常，减轻finally的任务，不要在finally中做一些其它的事情，finally块仅仅用来释放资源是最合适的。
   • 将尽量将所有的return写在函数的最后面，而不是try … catch … finally中。

6. 下面进行简单的操作：

   package com.exception;
   
   public class Test {
       public static void main(String[] args) {
           int a = 1;
           int b = 0;
           try{//try 监控区域
               System.out.println(a/b);
           }catch(Error e){//catch(想要捕获的异常类型){捕获到异常后的处理}
               System.out.println("Error");
           }catch (Exception e){
               System.out.println("Exception");
           }catch (Throwable e){
               System.out.println("Throwable");
           }finally {
               System.out.println("Finally");
           }
   
           //try{}catch（）{}必须要有
           //finally可以不用，一般用于关闭资源流，处理善后工作
       }
   }
   

抛出异常

1. 抛出异常有两种：throw和throws

2. 手动抛出异常：throw

   • Java异常类对象除在程序执行过程中出现异常时由系统自动生成并抛出，也可根据需要使用人工创建并抛出。
   • 首先要生成异常类对象，然后通过throw语句实现抛出操作(提交给Java运行环境)。 throw exceptionObject
   • 程序员也可以通过throw语句手动显式的抛出一个异常。throw语句的后面可以抛出的异常必须是Throwable或其子类的实例。
   • 下面的语句在编译时将会产生语法错误：throw new String(“你抛我试试.”);
   • throw 语句必须写在函数中，执行throw 语句的地方就是一个异常抛出点，它和由JRE自动形成的异常抛出点没有任何差别。

3. throws抛出：

   • throws是另一种处理异常的方式，它不同于try…catch…finally，throws仅仅是将函数中可能出现的异常向调用者声明，而自己则不具体处理。
   • throws声明：如果一个方法内部的代码会抛出检查异常（checked exception），而方法自己又没有完全处理掉或并不能确定如何处理这种异常，则javac保证你必须在方法的签名上使用throws关键字声明这些可能抛出的异常，表明该方法将不对这些异常进行处理，而由该方法的调用者负责处理，否则编译不通过。
   • 在方法声明中用throws语句可以声明抛出异常的列表，throws后面的异常类型可以是方法中产生的异常类型，也可以是它的父类。
   • 采取这种异常处理的原因可能是：方法本身不知道如何处理这样的异常，或者说让调用者处理更好，调用者需要为可能发生的异常负责。
   • 语法格式：
     • 修饰符 返回值类型 方法名() throws ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN{ //方法内部可以抛出 ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN 类的异常，或者他们的子类的异常对象。 }

4. throws和throw的区别:

   • throw是语句抛出一个异常。
     • 语法：throw (异常对象); throw e;
   • throws是方法可能抛出异常的声明。(用在声明方法时，表示该方法可能要抛出异常)
     • 语法：(修饰符)(方法名)([参数列表])[throws(异常类)]{…}
     • public void doA(int a) throws Exception1,Exception3{…}
   • throw语句用在方法体内，表示抛出异常，由方法体内的语句处理。
   • throws出现在方法函数头，表示在抛出异常，由该方法的调用者来处理。
   • throws主要是声明这个方法会抛出这种类型的异常，使它的调用者知道要捕获这个异常。
   • throw是具体向外抛异常的动作，所以它是抛出一个异常实例。
   • throws说明你有那个可能，倾向。
   • throw的话，那就是你把那个倾向变成真实的了。
   • 两者都是消极处理异常的方式（这里的消极并不是说这种方式不好），只是抛出或者可能抛出异常，但是不会由函数去处理异常，真正的处理异常由函数的上层调用处理。

5. 下面进行简单的操作：

   package com.exception;
   
   public class Test2 {
       public static void main(String[] args) {
   
           try {
               new Test2().test(1,0);
           } catch (ArithmeticException e) {
               throw new RuntimeException(e);
           }
       }
   
       //假如这个方法中处理不了这个异常，方法上抛出异常；
       public void test(int a,int b) throws ArithmeticException{
           if (b==0){
               throw new ArithmeticException();//主动的抛出异常，一般在方法中使用
           }
       }
   }
   

自定义异常

1. 使用Java内置的异常类可以描述在编程时出现的大部分异常情况。除此之外，用户还可以自定义异常。用户自定义异常类，只需继承Exception类即可。

2. 在程序中使用自定义异常类，大体可以分为以下几个步骤：

   1. 创建自定义异常类。
   2. 在方法中通过throw关键字抛出异常对象。
   3. 如果在当前抛出的方法中处理异常，可以使用try-catch语句捕获并处理；否则在方法的声明处通过throws关键字指明要抛出给方法调用者的异常，继续进行下一步操作。
   4. 在出现异常方法的调用者中捕获并处理异常。

3. 下面进行简单的操作：

   • 第一步：创建自定义异常类

   public class MyException extends Exception{
       //传递数字
       private int detail;
       public MyException(int a){
           detail = a;
       }
   
       //toString：异常的打印信息
       @Override
       public String toString() {
           return "MyException{" + detail + '}';
       }
   }
   

   • 第二步：在方法中通过throw关键字抛出异常对象1
     • 当输出数字在定义的范围内时：没有异常

   public class Test {
       //可能会存在异常的方法
       static void test(int a) throws MyException {
           System.out.println("传递的参数为："+a);
           if (a>10){
               throw new MyException(a);//抛出
           }
           System.out.println("OK");
       }
   
       public static void main(String[] args) {
           //try-catch 捕获异常
           try {
               test(10);
           } catch (MyException e) {
               System.out.println("MyException==>"+e);
           }
       }
   }
   

   输出后显示：

   

   • 第二步：在方法中通过throw关键字抛出异常对象2
     • 当输出数字超出定义的范围时：出现异常

   public class Test {
       //可能会存在异常的方法
       static void test(int a) throws MyException {
           System.out.println("传递的参数为："+a);
           if (a>10){
               throw new MyException(a);//抛出
           }
           System.out.println("OK");
       }
   
       public static void main(String[] args) {
           //try-catch 捕获异常
           try {
               test(11);
           } catch (MyException e) {
               System.out.println("MyException==>"+e);
           }
       }
   }
   

   输出后显示：

   

实际应用中的经验总结

1. 处理运行时异常，采用逻辑去合理规避同时采用 try-catch 辅助处理。
2. 在多重catch块后面，可以加一个catch（Exception）来处理可能会被遗漏的异常。
3. 对于不确定的代码，也可以加上 try-catch ，去处理潜在的异常。
4. 尽量去处理异常，切忌只是简单地调用 printStackTrace（）去打印输出。
5. 具体如何处理异常，要根据不同的业务需求和异常类型去决定。
6. 尽量添加finally语句块去释放占用的资源。