Java 编程思想（十一）异常

转载：深入理解java异常处理机制

1. JAVA异常

      异常指不期而至的各种状况，如：文件找不到、网络连接失败、非法参数等。异常是一个事件，它发生在程序运行期间，干扰了正常的指令流程。Java通 过API中Throwable类的众多子类描述各种不同的异常。因而，Java异常都是对象，是Throwable子类的实例，描述了出现在一段编码中的 错误条件。当条件生成时，错误将引发异常。

      Java异常类层次结构图：

在 Java 中，所有的异常都有一个共同的祖先 Throwable（可抛出）。Throwable 指定代码中可用异常传播机制通过 Java 应用程序传输的任何问题的共性。
       Throwable： 有两个重要的子类：Exception（异常）和Error（错误），二者都是 Java 异常处理的重要子类，各自都包含大量子类。

       Error（错误）:是程序无法处理的错误，表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的操作无关，而表示代码运行时 JVM（Java 虚拟机）出现的问题。例如，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。这些错误是不可查的，因为它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。对于设计合理的应用程序来说，即使确实发生了错误，本质上也不应该试图去处理它所引起的异常状况。在 Java中，错误通过Error的子类描述。

       Exception（异常）:是程序本身可以处理的异常。

       Exception 类有一个重要的子类RuntimeException。RuntimeException 类及其子类表示“JVM 常用操作”引发的错误。例如，若试图使用空值对象引用、除数为零或数组越界，则分别引发运行时异常（NullPointerException、ArithmeticException）和 ArrayIndexOutOfBoundException。

   注意：异常和错误的区别：异常能被程序本身可以处理，错误是无法处理。

通常，Java的异常(包括Exception和Error)分为可查的异常（checked exceptions）和不可查的异常（unchecked exceptions）。
      可查异常（编译器要求必须处置的异常）：正确的程序在运行中，很容易出现的、情理可容的异常状况。可查异常虽然是异常状况，但在一定程度上它的发生是可以预计的，而且一旦发生这种异常状况，就必须采取某种方式进行处理。

      除了RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类都属于可查异常。这种异常的特点是Java编译器会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，要么用try-catch语句捕获它，要么用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。

     不可查异常(编译器不要求强制处置的异常):包括运行时异常（RuntimeException与其子类）和错误（Error）。

     Exception 这种异常分两大类运行时异常和非运行时异常(编译异常)。程序中应当尽可能去处理这些异常。

       运行时异常：都是RuntimeException类及其子类异常，如NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)等，这些异常是不检查异常，程序中可以选择捕获处理，也可以不处理。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。

      运行时异常的特点是Java编译器不会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，即使没有用try-catch语句捕获它，也没有用throws子句声明抛出它，也会编译通过。
       非运行时异常 （编译异常）：是RuntimeException以外的异常，类型上都属于Exception类及其子类。从程序语法角度讲是必须进行处理的异常，如果不处理，程序就不能编译通过。如IOException、SQLException等以及用户自定义的Exception异常，一般情况下不自定义检查异常。

2. 异常处理机制

在 Java 应用程序中，异常处理机制为：抛出异常，捕捉异常。

        抛出异常：当一个方法出现错误引发异常时，方法创建异常对象并交付运行时系统，异常对象中包含了异常类型和异常出现时的程序状态等异常信息。运行时系统负责寻找处置异常的代码并执行。

        捕获异常：在方法抛出异常之后，运行时系统将转为寻找合适的异常处理器（exception handler）。潜在的异常处理器是异常发生时依次存留在调用栈中的方法的集合。当异常处理器所能处理的异常类型与方法抛出的异常类型相符时，即为合适 的异常处理器。运行时系统从发生异常的方法开始，依次回查调用栈中的方法，直至找到含有合适异常处理器的方法并执行。当运行时系统遍历调用栈而未找到合适 的异常处理器，则运行时系统终止。同时，意味着Java程序的终止。

        对于运行时异常、错误或可查异常，Java技术所要求的异常处理方式有所不同。

        由于运行时异常的不可查性，为了更合理、更容易地实现应用程序，Java规定，运行时异常将由Java运行时系统自动抛出，允许应用程序忽略运行时异常。

       对于方法运行中可能出现的Error，当运行方法不欲捕捉时，Java允许该方法不做任何抛出声明。因为，大多数Error异常属于永远不能被允许发生的状况，也属于合理的应用程序不该捕捉的异常。

       对于所有的可查异常，Java规定：一个方法必须捕捉，或者声明抛出方法之外。也就是说，当一个方法选择不捕捉可查异常时，它必须声明将抛出异常。

        能够捕捉异常的方法，需要提供相符类型的异常处理器。所捕捉的异常，可能是由于自身语句所引发并抛出的异常，也可能是由某个调用的方法或者Java运行时 系统等抛出的异常。也就是说，一个方法所能捕捉的异常，一定是Java代码在某处所抛出的异常。简单地说，异常总是先被抛出，后被捕捉的。

         任何Java代码都可以抛出异常，如：自己编写的代码、来自Java开发环境包中代码，或者Java运行时系统。无论是谁，都可以通过Java的throw语句抛出异常。

        从方法中抛出的任何异常都必须使用throws子句。

        捕捉异常通过try-catch语句或者try-catch-finally语句实现。

         总体来说，Java规定：对于可查异常必须捕捉、或者声明抛出。允许忽略不可查的RuntimeException和Error。

2.1 捕获异常：try、catch 和 finally

1.try-catch语句

     在Java中，异常通过try-catch语句捕获。其一般语法形式为：

try {      // 可能会发生异常的程序代码  } catch (Type1 id1){      // 捕获并处置try抛出的异常类型Type1  }  catch (Type2 id2){       //捕获并处置try抛出的异常类型Type2  }  

关键词try后的一对大括号将一块可能发生异常的代码包起来，称为监控区域。Java方法在运行过程中出现异常，则创建异常对象。将异常抛出监控区域之 外，由Java运行时系统试图寻找匹配的catch子句以捕获异常。若有匹配的catch子句，则运行其异常处理代码，try-catch语句结束。

       匹配的原则是：如果抛出的异常对象属于catch子句的异常类，或者属于该异常类的子类，则认为生成的异常对象与catch块捕获的异常类型相匹配。需要注意的是，一旦某个catch捕获到匹配的异常类型，将进入异常处理代码。一经处理结束，就意味着整个try-catch语句结束。其他的catch子句不再有匹配和捕获异常类型的机会。对于有多个catch子句的异常程序而言，应该尽量将捕获底层异常类的catch子句放在前面，同时尽量将捕获相对高层的异常类的catch子句放在后面。否则，捕获底层异常类的catch子句将可能会被屏蔽。

      RuntimeException异常类包括运行时各种常见的异常，ArithmeticException类和ArrayIndexOutOfBoundsException类都是它的子类。因此，RuntimeException异常类的catch子句应该放在最后面，否则可能会屏蔽其后的特定异常处理或引起编译错误。

2. try－catch-finally语句

      try-catch语句还可以包括第三部分，就是finally子句。它表示无论是否出现异常，都应当执行的内容。try-catch-finally语句的一般语法形式为：

try {      // 可能会发生异常的程序代码  } catch (Type1 id1) {      // 捕获并处理try抛出的异常类型Type1  } catch (Type2 id2) {      // 捕获并处理try抛出的异常类型Type2  } finally {      // 无论是否发生异常，都将执行的语句块  }  

finally语句块将在方法返回之前被执行。在以下4种特殊情况下，finally块不会被执行：
1）在finally语句块中发生了异常。
2）在前面的代码中用了System.exit()退出程序。
3）程序所在的线程死亡。
4）关闭CPU。

finally中的return

包含finally的异常代码块结构如下： 

try{     return;}catch(){    return;} finally{    return;} 

这种结构里的return语句怎么执行呢？因为这是有finally时的情况，比较特殊。
1.没有异常，程序接着执行finally块，返回finally块中的return结果。 
2.有异常， 执行catch块中位于“return”之前的代码（包括return语句中的表达式运算），但不立即返回，然后紧跟着执行finally块，因为finally块中有return所以提前退出，覆盖了前边的return，所以并不会返回异常。

2.2 抛出异常

      任何Java代码都可以抛出异常，如：自己编写的代码、来自Java开发环境包中代码，或者Java运行时系统。无论是谁，都可以通过Java的throw语句抛出异常。从方法中抛出的任何异常都必须使用throws子句。

1. throws抛出异常

   如果一个方法可能会出现异常，但没有能力处理这种异常，可以在方法声明处用throws子句来声明抛出异常。例如汽车在运行时可能会出现故障，汽车本身没办法处理这个故障，那就让开车的人来处理。

     throws语句用在方法定义时声明该方法要抛出的异常类型，如果抛出的是Exception异常类型，则该方法被声明为抛出所有的异常。多个异常可使用逗号分割。throws语句的语法格式为：

methodname throws Exception1,Exception2,..,ExceptionN  {  } 

方法名后的throws Exception1,Exception2,...,ExceptionN 为声明要抛出的异常列表。当方法抛出异常列表的异常时，方法将不对这些类型及其子类类型的异常作处理，而抛向调用该方法的方法，由他去处理。例如：

import java.lang.Exception;  public class TestException {      static void pop() throws NegativeArraySizeException {          // 定义方法并抛出NegativeArraySizeException异常          int[] arr = new int[-3]; // 创建数组      }        public static void main(String[] args) { // 主方法          try { // try语句处理异常信息              pop(); // 调用pop()方法          } catch (NegativeArraySizeException e) {              System.out.println("pop()方法抛出的异常");// 输出异常信息          }      }    }  

使用throws关键字将异常抛给调用者后，如果调用者不想处理该异常，可以继续向上抛出，但最终要有能够处理该异常的调用者。

    pop方法没有处理异常NegativeArraySizeException，而是由main函数来处理。

    Throws抛出异常的规则：

    1) 如果是不可查异常（unchecked exception），即Error、RuntimeException或它们的子类，那么可以不使用throws关键字来声明要抛出的异常，编译仍能顺利通过，但在运行时会被系统抛出。

    2）必须声明方法可抛出的任何可查异常（checked exception）。即如果一个方法可能出现受可查异常，要么用try-catch语句捕获，要么用throws子句声明将它抛出，否则会导致编译错误。

    3)仅当抛出了异常，该方法的调用者才必须处理或者重新抛出该异常。当方法的调用者无力处理该异常的时候，应该继续抛出，而不是囫囵吞枣。

           4）调用方法必须遵循任何可查异常的处理和声明规则。若覆盖一个方法，则不能声明与覆盖方法不同的异常。声明的任何异常必须是被覆盖方法所声明异常的同类或子类。

void method1() throws IOException{}  //合法       //编译错误，必须捕获或声明抛出IOException    void method2(){      method1();    }       //合法，声明抛出IOException    void method3()throws IOException {      method1();    }       //合法，声明抛出Exception，IOException是Exception的子类    void method4()throws Exception {      method1();    }       //合法，捕获IOException    void method5(){     try{        method1();     }catch(IOException e){…}    }       //编译错误，必须捕获或声明抛出Exception    void method6(){      try{        method1();      }catch(IOException e){throw new Exception();}    }       //合法，声明抛出Exception    void method7()throws Exception{     try{      method1();     }catch(IOException e){throw new Exception();}    }   

2. 使用throw抛出异常

　  throw总是出现在函数体中，用来抛出一个Throwable类型的异常。程序会在throw语句后立即终止，它后面的语句执行不到，然后在包含它的所有try块中（可能在上层调用函数中）从里向外寻找含有与其匹配的catch子句的try块。
　　我们知道，异常是异常类的实例对象，我们可以创建异常类的实例对象通过throw语句抛出。该语句的语法格式为：

    throw new exceptionname;

    例如抛出一个IOException类的异常对象：

    throw new IOException;

    要注意的是，throw 抛出的只能够是可抛出类Throwable或者其子类的实例对象。下面的操作是错误的：

throw new String("exception");

    这是因为String 不是Throwable 类的子类。

   如果抛出了检查异常，则还应该在方法头部声明方法可能抛出的异常类型。该方法的调用者也必须检查处理抛出的异常。

       如果所有方法都层层上抛获取的异常，最终JVM会进行处理，处理也很简单，就是打印异常消息和堆栈信息。如果抛出的是Error或RuntimeException，则该方法的调用者可选择处理该异常。

3. 自定义异常

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。
    在程序中使用自定义异常类，大体可分为以下几个步骤。
（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）如果在当前抛出异常的方法中处理异常，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。

package Test;  import java.lang.Exception;  public class TestException {      static int quotient(int x, int y) throws MyException { // 定义方法抛出异常          if (y < 0) { // 判断参数是否小于0              throw new MyException("除数不能是负数"); // 异常信息          }          return x/y; // 返回值      }      public static void main(String args[]) { // 主方法          int  a =3;          int  b =0;           try { // try语句包含可能发生异常的语句              int result = quotient(a, b); // 调用方法quotient()          } catch (MyException e) { // 处理自定义异常              System.out.println(e.getMessage()); // 输出异常信息          } catch (ArithmeticException e) { // 处理ArithmeticException异常              System.out.println("除数不能为0"); // 输出提示信息          } catch (Exception e) { // 处理其他异常              System.out.println("程序发生了其他的异常"); // 输出提示信息          }      }    }  class MyException extends Exception { // 创建自定义异常类      String message; // 定义String类型变量      public MyException(String ErrorMessagr) { // 父类方法          message = ErrorMessagr;      }        public String getMessage() { // 覆盖getMessage()方法          return message;      }  }  

      1) 如果调用quotient(3,-1)，将发生MyException异常，程序调转到catch (MyException e)代码块中执行；

      2) 如果调用quotient(5,0)，将会因“除数为0”错误引发ArithmeticException异常，属于运行时异常类，由Java运行时系统自动抛出。quotient（）方法没有捕捉ArithmeticException异常，Java运行时系统将沿方法调用栈查到main方法，将抛出的异常上传至quotient（）方法的调用者：

int result = quotient(a, b); // 调用方法quotient()

        由于该语句在try监控区域内，因此传回的“除数为0”的ArithmeticException异常由Java运行时系统抛出，并匹配catch子句：

       catch (ArithmeticException e) { // 处理ArithmeticException异常           System.out.println("除数不能为0"); // 输出提示信息       } 

        处理结果是输出“除数不能为0”。Java这种向上传递异常信息的处理机制，形成异常链。

       Java方法抛出的可查异常将依据调用栈、沿着方法调用的层次结构一直传递到具备处理能力的调用方法，最高层次到main方法为止。如果异常传递到main方法，而main不具备处理能力，也没有通过throws声明抛出该异常，将可能出现编译错误。

      3)如还有其他异常发生，将使用catch (Exception e)捕捉异常。由于Exception是所有异常类的父类，如果将catch (Exception e)代码块放在其他两个代码块的前面，后面的代码块将永远得不到执行，就没有什么意义了，所以catch语句的顺序不可掉换。

4. Java常见异常

在Java中提供了一些异常用来描述经常发生的错误，对于这些异常，有的需要程序员进行捕获处理或声明抛出，有的是由Java虚拟机自动进行捕获处理。Java中常见的异常类:

1. RuntimeException子类:

   1、 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException

    数组索引越界异常。当对数组的索引值为负数或大于等于数组大小时抛出。

    2、java.lang.ArithmeticException

    算术条件异常。譬如：整数除零等。

    3、java.lang.NullPointerException

    空指针异常。当应用试图在要求使用对象的地方使用了null时，抛出该异常。譬如：调用null对象的实例方法、访问null对象的属性、计算null对象的长度、使用throw语句抛出null等等

    4、java.lang.ClassNotFoundException

    找不到类异常。当应用试图根据字符串形式的类名构造类，而在遍历CLASSPAH之后找不到对应名称的class文件时，抛出该异常。

   5、java.lang.NegativeArraySizeException  数组长度为负异常

   6、java.lang.ArrayStoreException数组中包含不兼容的值抛出的异常

   7、java.lang.SecurityException安全性异常

   8、java.lang.IllegalArgumentException非法参数异常

2.IOException

IOException：操作输入流和输出流时可能出现的异常。

EOFException  文件已结束异常

FileNotFoundException  文件未找到异常

3. 其他

ClassCastException    类型转换异常类

ArrayStoreException  数组中包含不兼容的值抛出的异常

SQLException  操作数据库异常类

NoSuchFieldException  字段未找到异常

NoSuchMethodException  方法未找到抛出的异常

NumberFormatException    字符串转换为数字抛出的异常

StringIndexOutOfBoundsException字符串索引超出范围抛出的异常

IllegalAccessException  不允许访问某类异常

InstantiationException  当应用程序试图使用Class类中的newInstance()方法创建一个类的实例，而指定的类对象无法被实例化时，抛出该异常