温故而知新：Java中的异常处理

Java中的异常处理

异常处理是程序设计中一个非常重要的方面，也是程序设计的一大难点，从C开始，你也许已经知道如何用if...else...来控制异常了，也许是自发的，然而这种控制异常痛苦，同一个异常或者错误如果多个地方出现，那么你每个地方都要做相同处理，感觉相当的麻烦！        Java语言在设计的当初就考虑到这些问题，提出异常处理的框架的方案，所有的异常都可以用一个类型来表示，不同类型的异常对应不同的子类异常（这里的异常包括错误概念），定义异常处理的规范，在1.4版本以后增加了异常链机制，从而便于跟踪异常！这是Java语言设计者的高明之处，也是Java语言中的一个难点，下面是我对Java异常知识的一个总结，也算是资源回收一下。

一、Java异常的基础知识

异常是程序中的一些错误，但并不是所有的错误都是异常，并且错误有时候是可以避免的。比如说，你的代码少了一个分号，那么运行出来结果是提示是错误java.lang.Error；如果你用System.out.println(11/0)，那么你是因为你用0做了除数，会抛出java.lang.ArithmeticException的异常。
有些异常需要做处理，有些则不需要捕获处理，后面会详细讲到。
天有不测风云，人有旦夕祸福，Java的程序代码也如此。在编程过程中，首先应当尽可能去避免错误和异常发生，对于不可避免、不可预测的情况则在考虑异常发生时如何处理。
Java中的异常用对象来表示。Java对异常的处理是按异常分类处理的，不同异常有不同的分类，每种异常都对应一个类型（class），每个异常都对应一个异常（类的）对象。
异常类从哪里来？有两个来源，一是Java语言本身定义的一些基本异常类型，二是用户通过继承Exception类或者其子类自己定义的异常。Exception 类及其子类是 Throwable 的一种形式，它指出了合理的应用程序想要捕获的条件。
异常的对象从哪里来呢？有两个来源，一是Java运行时环境自动抛出系统生成的异常，而不管你是否愿意捕获和处理，它总要被抛出！比如除数为0的异常。二是程序员自己抛出的异常，这个异常可以是程序员自己定义的，也可以是Java语言中定义的，用throw 关键字抛出异常，这种异常常用来向调用者汇报异常的一些信息。
异常是针对方法来说的，抛出、声明抛出、捕获和处理异常都是在方法中进行的。
Java异常处理通过5个关键字try、catch、throw、throws、finally进行管理。基本过程是用try语句块包住要监视的语句，如果在try语句块内出现异常，则异常会被抛出，你的代码在catch语句块中可以捕获到这个异常并做处理；还有以部分系统生成的异常在Java运行时自动抛出。你也可以通过throws关键字在方法上声明该方法要抛出异常，然后在方法内部通过throw抛出异常对象。finally语句块会在方法执行return之前执行，一般结构如下：
try{
  程序代码
}catch(异常类型1 异常的变量名1){
  程序代码
}catch(异常类型2 异常的变量名2){
  程序代码
}finally{
  程序代码
}
catch语句可以有多个，用来匹配多个异常，匹配上多个中一个后，执行catch语句块时候仅仅执行匹配上的异常。catch的类型是Java语言中定义的或者程序员自己定义的，表示代码抛出异常的类型，异常的变量名表示抛出异常的对象的引用，如果catch捕获并匹配上了该异常，那么就可以直接用这个异常变量名，此时该异常变量名指向所匹配的异常，并且在catch代码块中可以直接引用。这一点非常非常的特殊和重要！
Java异常处理的目的是提高程序的健壮性，你可以在catch和finally代码块中给程序一个修正机会，使得程序不因异常而终止或者流程发生以外的改变。同时，通过获取Java异常信息，也为程序的开发维护提供了方便，一般通过异常信息就很快就能找到出现异常的问题（代码）所在。
Java异常处理是Java语言的一大特色，也是个难点，掌握异常处理可以让写的代码更健壮和易于维护。

二、Java异常类类图

下面是这几个类的层次图：
java.lang.Object
  java.lang.Throwable
      java.lang.Exception
       java.lang.RuntimeException
   java.lang.Error
       java.lang.ThreadDeath

下面四个类的介绍来自java api 文档。

1、Throwable
Throwable 类是 Java 语言中所有错误或异常的超类。只有当对象是此类（或其子类之一）的实例时，才能通过 Java 虚拟机或者 Java throw 语句抛出。类似地，只有此类或其子类之一才可以是 catch 子句中的参数类型。 
两个子类的实例，Error 和 Exception，通常用于指示发生了异常情况。通常，这些实例是在异常情况的上下文中新近创建的，因此包含了相关的信息（比如堆栈跟踪数据）。

2、Exception
Exception 类及其子类是 Throwable 的一种形式，它指出了合理的应用程序想要捕获的条件，表示程序本身可以处理的异常。

3、Error
Error 是 Throwable 的子类，表示仅靠程序本身无法恢复的严重错误，用于指示合理的应用程序不应该试图捕获的严重问题。
在执行该方法期间，无需在方法中通过throws声明可能抛出但没有捕获的 Error 的任何子类，因为Java编译器不去检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常时，即使没有用try...catch语句捕获它，也没有用throws字句声明抛出它，还是会编译通过。

4、RuntimeException
RuntimeException 是那些可能在 Java 虚拟机正常运行期间抛出的异常的超类。Java编译器不去检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常时，即使没有用try...catch语句捕获它，也没有用throws字句声明抛出它，还是会编译通过，这种异常可以通过改进代码实现来避免。 

5、ThreadDeath
调用 Thread 类中带有零参数的 stop 方法时，受害线程将抛出一个 ThreadDeath 实例。 
仅当应用程序在被异步终止后必须清除时才应该捕获这个类的实例。如果 ThreadDeath 被一个方法捕获，那么将它重新抛出非常重要，因为这样才能让该线程真正终止。 
如果没有捕获 ThreadDeath，则顶级错误处理程序不会输出消息。 
虽然 ThreadDeath 类是“正常出现”的，但它只能是 Error 的子类而不是 Exception 的子类，因为许多应用程序捕获所有出现的 Exception，然后又将其放弃。

以上是对有关异常API的一个简单介绍，用法都很简单，关键在于理解异常处理的原理，具体用法参看Java API文档。

三、Java异常处理机制

对于可能出现异常的代码，有两种处理办法：
       第一、在方法中用try...catch语句捕获并处理异常，catach语句可以有多个，用来匹配多个异常。例如：
public void p(int x){
try{
  ...
}catch(Exception e){
  ...
}finally{
  ...
}
}

第二、对于处理不了的异常或者要转型的异常，在方法的声明处通过throws语句抛出异常。例如：
public void test1() throws MyException{
...
if(....){
  throw new MyException();
}
} 
如果每个方法都是简单的抛出异常，那么在方法调用方法的多层嵌套调用中，Java虚拟机会从出现异常的方法代码块中往回找，直到找到处理该异常的代码块为止。然后将异常交给相应的catch语句处理。如果Java虚拟机追溯到方法调用栈最底部main()方法时，如果仍然没有找到处理异常的代码块，将按照下面的步骤处理：
第一、调用异常的对象的printStackTrace()方法，打印方法调用栈的异常信息。
第二、如果出现异常的线程为主线程，则整个程序运行终止；如果非主线程，则终止该线程，其他线程继续运行。
通过分析思考可以看出，越早处理异常消耗的资源和时间越小，产生影响的范围也越小。因此，不要把自己能处理的异常也抛给调用者。
还有一点，不可忽视：finally语句在任何情况下都必须执行的代码，这样可以保证一些在任何情况下都必须执行代码的可靠性。比如，在数据库查询异常的时候，应该释放JDBC连接等等。finally语句先于return语句执行，而不论其先后位置，也不管是否try块出现异常。finally语句唯一不被执行的情况是方法执行了System.exit()方法。System.exit()的作用是终止当前正在运行的 Java 虚拟机。finally语句块中不能通过给变量赋新值来改变return的返回值，也建议不要在finally块中使用return语句，没有意义还容易导致错误。

最后还应该注意一下异常处理的语法规则：
        第一、try语句不能单独存在，可以和catch、finally组成 try...catch...finally、try...catch、try...finally三种结构，catch语句可以有一个或多个，finally语句最多一个，try、catch、finally这三个关键字均不能单独使用。
        第二、try、catch、finally三个代码块中变量的作用域分别独立而不能相互访问。如果要在三个块中都可以访问，则需要将变量定义到这些块的外面。
        第三、多个catch块时候，Java虚拟机会匹配其中一个异常类或其子类，就执行这个catch块，而不会再执行别的catch块。
        第四、throw语句后不允许有紧跟其他语句，因为这些没有机会执行。
        第五、如果一个方法调用了另外一个声明抛出异常的方法，那么这个方法要么处理异常，要么声明抛出。

那怎么判断一个方法可能会出现异常呢？一般来说，方法声明的时候用了throws语句，方法中有throw语句，方法调用的方法声明有throws关键字。

throw和throws关键字的区别
        throw用来抛出一个异常，在方法体内。语法格式为：throw 异常对象。
        throws用来声明方法可能会抛出什么异常，在方法名后，语法格式为：throws 异常类型1，异常类型2...异常类型n。


四、如何定义和使用异常类

1、使用已有的异常类，假如为IOException、SQLException。
try{
  程序代码
}catch(IOException ioe){
  程序代码
}catch(SQLException sqle){
  程序代码
}finally{
  程序代码
}

2、自定义异常类
创建Exception或者RuntimeException的子类即可得到一个自定义的异常类。例如:
public class MyException extends Exception{
  public MyException(){}
  public MyException(String smg){
   super(smg);
  }
}

3、使用自定义的异常
用throws声明方法可能抛出自定义的异常，并用throw语句在适当的地方抛出自定义的异常。例如：
在某种条件抛出异常
public void test1() throws MyException{
...
if(....){
  throw new MyException();
}
}

将异常转型（也叫转译），使得异常更易读易于理解
public void test2() throws MyException{
...
try{
  ...
}catch(SQLException e){
  ...
  throw new MyException();
}
}

还有一个代码，很有意思：
public void test2() throws MyException{
...
try {
  ...
} catch (MyException e) {
  throw e;
} 
}

这段代码实际上捕获了异常，然后又和盘托出，没有一点意义，如果这样还有什么好处理的，不处理就行了，直接在方法前用throws声明抛出不就得了。异常的捕获就要做一些有意义的处理。

五、运行时异常和受检查异常

Exception类可以分为两种：运行时异常和受检查异常。
1、运行时异常
RuntimeException类及其子类都被称为运行时异常，这种异常的特点是Java编译器不去检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常时，即使没有用try...catch语句捕获它，也没有用throws字句声明抛出它，还是会编译通过。例如，当除数为零时，就会抛出java.lang.ArithmeticException异常。
2、受检查异常
除了RuntimeException类及其子类外，其他的Exception类及其子类都属于受检查异常，这种异常的特点是要么用try...catch捕获处理，要么用throws语句声明抛出，否则编译不会通过。
3、两者的区别
运行时异常表示无法让程序恢复运行的异常，导致这种异常的原因通常是由于执行了错误的操作。一旦出现错误，建议让程序终止。
受检查异常表示程序可以处理的异常。如果抛出异常的方法本身不处理或者不能处理它，那么方法的调用者就必须去处理该异常，否则调用会出错，连编译也无法通过。当然，这两种异常都是可以通过程序来捕获并处理的，比如除数为零的运行时异常：
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
  System.out.println("Hello World!!!"); 
  try{
   System.out.println(1/0);
  }catch(ArithmeticException e){
   System.out.println("除数为0!");
  }
  System.out.println("除数为零后程序没有终止啊，呵呵!!!");  
}
}

运行结果：

Hello World!!!
除数为0!
除数为零后程序没有终止啊，呵呵!!!

4、运行时错误
Error类及其子类表示运行时错误，通常是由Java虚拟机抛出的，JDK中与定义了一些错误类，比如VirtualMachineError
和OutOfMemoryError，程序本身无法修复这些错误.一般不去扩展Error类来创建用户自定义的错误类。而RuntimeException类表示程序代码中的错误，是可扩展的，用户可以创建特定运行时异常类。
Error（运行时错误）和运行时异常的相同之处是:Java编译器都不去检查它们，当程序运行时出现它们，都会终止运行。

5、最佳解决方案
对于运行时异常，我们不要用try...catch来捕获处理，而是在程序开发调试阶段，尽量去避免这种异常，一旦发现该异常，正确的做法就会改进程序设计的代码和实现方式，修改程序中的错误，从而避免这种异常。捕获并处理运行时异常是好的解决办法，因为可以通过改进代码实现来避免该种异常的发生。
对于受检查异常，没说的，老老实实去按照异常处理的方法去处理，要么用try...catch捕获并解决，要么用throws抛出！
对于Error（运行时错误），不需要在程序中做任何处理，出现问题后，应该在程序在外的地方找问题，然后解决。

六、异常转型和异常链
异常转型在上面已经提到过了，实际上就是捕获到异常后，将异常以新的类型的异常再抛出，这样做一般为了异常的信息更直观！比如：
public void run() throws MyException{
...
try{
  ...
}catch(IOException e){
  ...
  throw new MyException();
}finally{
  ...
}
}

        异常链，在JDK1.4以后版本中，Throwable类支持异常链机制。Throwable 包含了其线程创建时线程执行堆栈的快照。它还包含了给出有关错误更多信息的消息字符串。最后，它还可以包含 cause（原因）：另一个导致此 throwable 抛出的 throwable。它也称为异常链 设施，因为 cause 自身也会有 cause，依此类推，就形成了异常链，每个异常都是由另一个异常引起的。 
通俗的说，异常链就是把原始的异常包装为新的异常类，并在新的异常类中封装了原始异常类，这样做的目的在于找到异常的根本原因。

通过Throwable的两个构造方法可以创建自定义的包含异常原因的异常类型：
Throwable(String message, Throwable cause) 
          构造一个带指定详细消息和 cause 的新 throwable。 
Throwable(Throwable cause) 
          构造一个带指定 cause 和 (cause==null ? null :cause.toString())（它通常包含类和 cause 的详细消息）的详细消息的新 throwable。 
getCause() 
          返回此 throwable 的 cause；如果 cause 不存在或未知，则返回 null。
initCause(Throwable cause) 
          将此 throwable 的 cause 初始化为指定值。
在Throwable的子类Exception中，也有类似的指定异常原因的构造方法：
Exception(String message, Throwable cause) 
          构造带指定详细消息和原因的新异常。 
Exception(Throwable cause) 
          根据指定的原因和 (cause==null ? null : cause.toString()) 的详细消息构造新异常（它通常包含 cause 的类和详细消息）。 
因此，可以通过扩展Exception类来构造带有异常原因的新的异常类。

七、Java异常处理的原则和技巧

1、避免过大的try块，不要把不会出现异常的代码放到try块里面，尽量保持一个try块对应一个或多个异常。
2、细化异常的类型，不要不管什么类型的异常都写成Excetpion。
3、catch块尽量保持一个块捕获一类异常，不要忽略捕获的异常，捕获到后要么处理，要么转译，要么重新抛出新类型的异常。
4、不要把自己能处理的异常抛给别人。
5、不要用try...catch参与控制程序流程，异常控制的根本目的是处理程序的非正常情况。