学习博文 如何正确使用Java异常处理机制

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本文主要是基于以上博文做的一个总结。

一、异常发生的原因

如图1所示，你写的方法和外部实体交互大概可以分为五类：

1和资源（Resource）交互，见图⑤处。这里资源的范围很广，比如进程外部的数据库，文件，SOA服务，其他各种中间件；进程内的类，方法，线程……都算是资源。

2给进程内的其他方法（User Method）提供服务，见图②处。

3依赖进程内的其他方法（Server Method），见图③处。包括Java平台提供的方法和其他第三方供应方提供的方法。

4和系统环境交互，见图⑧处。系统环境可能是直接环境——JVM，也可能是间接环境——操作系统或硬件等。

5给外部实体提供服务，见图①处。这种外部实体一般会通过容器（或其他类似的机制）和你的方法进行交互。所以，可以归为②，不予探讨。

图1：你的方法与其他实体交互概要图

Java方法和每一类实体进行交互时，都可能发生异常。

1. 当和资源交互时，常常会因为资源不可用而发生异常，比如发生找不到文件、数据库连接错误、找不到类、找不到方法……等等状况。对于这类异常，通常有以下几个特点：

• 问题来自外部，你的方法本身的正常流程逻辑没问题。
• 这类异常通常是暂时的，过段时间就可用了（经过资源维护者的彻夜奋战……）。最终用户通常也可以接受暂时的等待或采取替补方案。
• 你的程序的其他功能还可以用。

           这时，你的方法应该这样处理：

• 返回到一种安全状态，并能够让用户执行一些其他的命令（比如支付宝支付失败时返回一个弹出框，说明余额不足等原因，让用户重新选择其他支付渠道）；
• 或者允许用户保存所有操作的结果，并以适当的方式终止程序（比如保存填了一半的表单）。

         然后，你应该协调各方，促进资源恢复可用，消除异常。

2. 当给用户方法（User Method）提供服务时，用户可能会传入一些不合法的数据（或者其他不恰当的使用方法），进而对程序的正常流程造成破坏。你的方法应该检查每一个输入数据，如果发现不合法的数据，马上阻止执行流程，并通知用户方法。
3. 当调用服务方法（Server Method）时，有可能会发生两类异常。一类是你的使用方法不正确，导致服务中止；一类是服务方法出了异常，然后传递给你的方法。如果是第一种异常，你应该检查并修改你的方法逻辑，消除BUG。对于第二类异常，你要么写一个处理器处理，要么继续传递给上层方法。
4. 当和系统环境交互时，有可能因为JVM参数设置不当，有可能因为程序产生了大量不必要的对象，也有可能因为硬故障（操作系统或硬件出了问题），导致整个程序不可用。当这类异常发生时，最终用户没法选择其他替代方案，操作到一半的数据会全部丢失。你的方法对这类异常一般没什么办法，既不能通过修改主流程逻辑来消除，也不能通过增加异常处理器来处理。所以通常你的方法对这类异常不需要做任何处理。但是你必须检查进程内的所有程序和系统环境是否正常，然后协调各方，修改BUG或恢复环境

Java的异常都是发生在方法内，所以研究Java异常，要以你设计的方法为中心。我们以“你的方法 ”为中心，总结一下内部处理办法：

•当服务方法告诉“你的方法 ”的主流程逻辑有问题时，就要及时修复BUG来消除异常；

•当用户方法非法使用“你的方法”时，应该直接中止主流程，并通知用户方法，强迫用户方法使用正确的方式，防止问题蔓延；

•当服务方法传递一个异常给“你的方法”时，你要判断“你的方法”是否合适处理这个异常，如果不合适，传递给上层方法，如果合适，写一个异常处理器处理这个异常。

•当系统环境出了问题，“你的方法”什么也做不了。

现在以“你的方法”为中心，总结一下方法外部的处理方法：

•当资源不可用的时候，你应该协调各方，恢复资源；

•当发生系统故障时，你应该协调各方，恢复系统。

二、JAVA异常处理类

     Java把异常当做是破坏正常流程的一个事件，当事件发生后，就会触发处理机制。

     Java有一套独立的异常处理机制，在遇到异常时，方法并不返回任何值（返回值属于正常流程），而是抛出一个封装了错误信息的对象。下图是Java异常处理机制类层级结构图：

图2：Java异常处理机制类层级结构图

      所有派生于Throwable类的异常类，基本都没有这些成员方法，也就是说所有的异常类都只是一个标记，记录发生了什么类型的异常（通过标记，编译期和JVM做不同的处理），所有实质性的行为Throwable都具备了。

      综上，在一个Throwable里面可以获取什么信息？

• 获取堆栈跟踪信息（源代码中哪个类，哪个方法，第几行出现了问题……从当前代码到最底层的代码调用链都可以查出来）
• 获取引发当前Throwable的Throwable。追踪获取底层的异常信息。
• 获取被压抑了，没抛出来的其他Throwable。一次只能抛出一个异常，如果发生了多个异常，其他异常就不会被抛出，这时可以通过加入suppressed异常列表来解决（JDK7以后才有）。
• 获取基本的详细描述信息

     从图2可以看出，Throwable类只有两个直接继承者：Error和Exception。然后Exception又分为RuntimeException和Checked Exception。

2.2 Error

      在Java中，由系统环境问题引起的异常，一般都继承于Error类。

对于Error类：

     一般开发者不要自定义Error子类，因为它代表系统级别的错误。与一般的程序无关。

     在Java异常处理机制中，Error不强制捕获或声明，也就是不强制处理。因为程序本身对此类错误无能为力。一般情况下我们只要把堆栈跟踪信息记录下来就行。

    下列是Java平台中直接继承于Error的错误类型：

AnnotationFormatError, AssertionError, AWTError, CoderMalfunctionError, FactoryConfigurationError,FactoryConfigurationError, IOError, LinkageError, ServiceConfigurationError, ThreadDeath,TransformerFactoryConfigurationError, VirtualMachineError

2.3 Exception

     在Java中，除了系统环境问题引起的异常，一般都继承于Exception。 Exception分为RuntimeException和Checked Exception。Checked Exception必须要捕获或声明。而RuntimeException不强制。

对于Exception类：如果你创建了一个异常类型，直接继承于Exception，那么这个异常类型将属于检查异常（Checked Exception）。

2.3.1  RuntimeException

在Java中，由于接口方法使用不当造成的异常，一般属于RuntimeException，也就是运行时异常。

对于RuntimeException：

如果你调用服务方法的方式不正确，你应该马上修改代码，避免发生RuntimeException

如果是用户方法调用你的方法的方式不正确，你应该立刻抛出RuntimeException，强制让使用者修正代码或改变使用方式，防止问题蔓延

一般情况下，不要捕获或声明RuntimeException。因为问题在于你的程序本身有问题，如果你用异常流程处理了，反而让正常流程问题一直存在

下列是Java平台中直接继承于RuntimeException的运行时异常：

AnnotationTypeMismatchException, ArithmeticException, ArrayStoreException, BufferOverflowException,BufferUnderflowException, CannotRedoException, CannotUndoException, ClassCastException,CMMException, ConcurrentModificationException,DataBindingException, DOMException,EmptyStackException, EnumConstantNotPresentException, EventException,FileSystemAlreadyExistsException, FileSystemNotFoundException, IllegalArgumentException,IllegalMonitorStateException,IllegalPathStateException, IllegalStateException, IllformedLocaleException,ImagingOpException,IncompleteAnnotationException, IndexOutOfBoundsException,JMRuntimeException, LSException, MalformedParameterizedTypeException,MirroredTypesException,MissingResourceException, NegativeArraySizeException,NoSuchElementException, NoSuchMechanismException, NullPointerException, ProfileDataException,ProviderException, ProviderNotFoundException, RasterFormatException, RejectedExecutionException,SecurityException, SystemException, TypeConstraintException, TypeNotPresentException,UndeclaredThrowableException, UnknownEntityException, UnmodifiableSetException,UnsupportedOperationException, WebServiceException, WrongMethodTypeException

2.3.2 Checked Exception

在Java中，直接或间接因为“资源”问题引起的异常，一般属于检查异常（Checked Exception）。检查异常继承于Exception，而不继承于RuntimeException。

对于检查异常：

必须捕获或声明

交给关心这个异常的方法处理

异常处理器应该引导用户接下来怎么办，至少做到安全退出

下列是Java平台中直接继承于Exception的检查异常：

AclNotFoundException, ActivationException, AlreadyBoundException, ApplicationException, AWTException,BackingStoreException, BadAttributeValueExpException, BadBinaryOpValueExpException,BadLocationException, BadStringOperationException,BrokenBarrierException, CertificateException,CloneNotSupportedException, DataFormatException, DatatypeConfigurationException, DestroyFailedException,ExecutionException, ExpandVetoException, FontFormatException, GeneralSecurityException,GSSException,IllegalClassFormatException, InterruptedException, IntrospectionException, InvalidApplicationException,InvalidMidiDataException, InvalidPreferencesFormatException, InvalidTargetObjectTypeException,IOException, JAXBException, JMException,KeySelectorException, LastOwnerException,LineUnavailableException, MarshalException, MidiUnavailableException, MimeTypeParseException,MimeTypeParseException, NamingException, NoninvertibleTransformException, NotBoundException,NotOwnerException, ParseException, ParserConfigurationException, PrinterException, PrintException,PrivilegedActionException, PropertyVetoException, ReflectiveOperationException, RefreshFailedException,RemarshalException, SAXException,ScriptException, ServerNotActiveException, SOAPException,SQLException, TimeoutException, TooManyListenersException, TransformerException, TransformException,UnmodifiableClassException, UnsupportedAudioFileException, UnsupportedCallbackException,UnsupportedFlavorException, UnsupportedLookAndFeelException, URIReferenceException, URISyntaxException, UserException, XAException, XMLParseException, XMLSignatureException,XMLStreamException, XPathException

2.3.3 Uncheck Exception

     Error和RuntimeException统称为非检查异常。两者的共同点就是都不被强制捕获或声明。实际上两者描述问题的范围完全没有交集。

2.4 总结

      所有的功能都在Throwable类里面实现了，子类只需要直接继承或间接继承它，并且加上需要的构造方法就行（一般而言，第一第二个构造方法是必须的，也可以全部加上），而且构造方法通常只需要一行代码：super(...)，也就是说只要调用父类的构造方法就行了。

      Java把异常分为三类（Error，Checked Exception，RuntimeException），只是在语法层面上有不同的标记而已。它们自身拥有的功能一样，运行时系统处理它们的方式也是一样的（你也可以捕获或声明非检查异常），不同的是编译器对它们的区别对待（检查异常必须要在代码里处理，非检查异常就不需要），以及程序员对它们的区别对待（这需要程序员遵循良好的实践原则）。

     这三类异常全部覆盖了第一节中所描述的异常发生场景，图1中，④⑤⑥处可能会发生Checked Exception，②③处既可能会发生RuntimeException也可能会发生Checked Exception，⑦⑧⑨处可能会发生Error。①处已经超出了Java异常处理机制的范畴（这属于容器要考虑的问题），通常在数据中加入返回码来通知异常信息。