Java语言的异常处理机制研究

Java语言的异常处理机制研究

 

    摘  要　异常是用来处理程序错误的有效机制。本文通过对Java语言异常处理机制的分析，结合实例，对这一处理程序错误的有效方式和设计原则进行了探讨。

    关键词　Java；异常；异常处理机制

 

1　引言

    程序执行时经常会出现除零溢出、数组越界等运行错误，影响程序的正常执行。错误及异常是不可避免的，一个好的应用程序，在满足用户要求的各种功能的同时，还应具备能预见程序执行过程中可能产生的各种异常的能力，并能为异常情况给予恰当处理。在Java语言中，这种技术就是异常处理（Exception Handling）。

    Java语言通过面向对象的异常处理机制来解决运行期间的错误，可以预防错误的程序代码或系统错误所造成的不可预期的结果发生。减少编程人员的工作，增加了程序的灵活性，增加程序的可读性和健壮性^[1]。

    本文结合实例，对Java语言中的异常处理机制及异常设计原则进行了探讨。

2　Java的异常处理机制

    Java通过面向对象的方法来处理异常。把各种异常进行分类，并提供了良好的接口。在一个方法的运行过程中，如果发生了异常，则这个方法生成代表该异常的一个对象，并把它交给运行时系统。运行时系统寻找相应的代码来处理这一异常。

2.1　Java中的异常类

    面向对象的Java语言把异常封装到类里。Java异常类层次结构如图1所示。Java异常是对象或类的实例，所有异常类的基类是Throwable类。Java将异常分为Error和Exception两大类。Error类描述了Java运行系统中的内部错误、死循环或内存溢出等类似情况，称之为致命性错误。只能在编程阶段解决，运行时程序本身无法解决。只能靠其它程序干预，所以应用程序不应该抛出这类异常^[2]。程序设计中关注的是Exception类。它有三个子类，RuntimeException、IOException和其它异常子类，包括用户自定义异常。

    RuntimeException类型的异常是由编程导致的错误，和Error一样，如果在程序运行时产生，只能找出程序中的错误加以修改。Exception的其它子类必须在程序中进行处理，否则不能通过编译。本文研究的正是这类异常。

2.2　Java异常处理方法

    Java程序设计中，采用try……catch……finally语句结构和主动抛出异常语句throw等方法来实现。通过try……catch……finally语句可以捕获一个或多个异常，其基本格式是：

    try{

        语句体

    }catch（异常错误类型变量名）{

        语句体

    }finally{

        语句体

    }

    上面语句中的异常对象是在Java运行时由系统抛出的。还可以使用throw语句明确抛出一个异常，其基本格式是：

    throw异常对象

2.2.1　创建和捕获异常

    对异常进行处理时，将引起异常的语句添加到最近的try语句中，由catch进行识别和处理。如果异常发生时能确保有一段代码被执行，则应该使用finally子句。请参看例1。

    例1  class MyEx01{

public int divide（int x，int y）     {

         return x/y；

    }

}

class ExTest01{

    public static void main（String[] args）  {

           try              {

             int result=new MyEx01().divide（3，0）；

             System.out.println（"result="+result）；

           }

           catch（Exception e）            {

                    System.out.println（"发生异常，异常类型为："+e.getMessage()）；

           }

           finally{

                    System.out.println（“finally语句被执行”）；

    }

}

    例1主动产生一个被0除的异常，然后用catch语句捕获。被0除异常是一种ArithmeticException类的异常，通过getMessage()方法显示出具体类型，而finally语句最终也被执行。

2.2.2　自定义异常及抛出异常

    在Java编程的过程中，可以抛出类库中的异常或自定义的异常。Java程序在运行时如果引发了一个可识别的错误，就会产生一个与该错误相对应的异常，这个过程被称为异常的抛出。根据异常类的不同，抛出异常的方法也不同。

    1）系统自动抛出的异常

    所有的系统定义的运行异常都是由系统自动抛出。如例1，由于错误地以0为除数，运行过程中将引发ArithmeticException；这个异常类是系统预先定义好的类，对应于系统可识别的错误，所以Java虚拟机遇到这种错误就会自动中止程序的流程，并新建一个ArithmeticException类的异常，即抛出一个算术运算异常。此程序没有编译错误，但存在运行错误，由于没有接收异常和处理异常的语句，所以程序在运行时给出如此信息。

    2）语句抛出的异常

    用户程序自定义的异常不可能依靠系统自动抛出，而必须借助于throw语句来定义何种情况下产生了这种错误对应的异常，并及时抛出这个异常类的新对象。请参看例2。

    例2  class MyEx02 extends Exception

{

    public MyEx02()

    {

           super（"字符串太短"）；

    }

    public void someMethod（String s） throws MyEx02

    {

      if（s.length()<=3）

      {

     throw new MyEx02()；

      }

      else

      {

       System.out.println（"字符串长度符合规定"）；

      }

    }

}      

class ExTest02

{

    public static void main（String[] args）

    {

           try

        {

                    MyEx my=new MyEx02()；

                    my.someMethod（"abcedef"）；

                    my.someMethod（"ab"）；

           }

           catch （MyEx02 e）

           {

                    System.out.println（e.getMessage()）；

           }

    }

}                

    例2这种抛出异常的语句应该被定义在满足一定条件时执行，所以通常把throw语句放在if语句中，即用户定义的逻辑错误发生时才执行。

2.2.3　隐瞒异常，或改报其他异常

    在方法调用过程中有时为了安全保密，内部人员按照一定的约定，然后通过throw语句根据相应情况，灵活主动地抛出异常，可以隐瞒异常，或改报其他异常，请参看例3。

    例3  class MyEx03{

public void testL（String s）throws Exception{

try{

    int i=s.length()；

    }catch（NullPointerException e）{

    throw new ArraylndexOutOfBoundsException（"越界"）；

    }

    }

public static void main（String[]args）{

    MyEx03 exTest=new MyEx03()；

    String s=null；

    try{

    exTest.testL（s）；

    }catch（Exception e）{

    e.printStackTrace()；

    }

}

}

3　异常处理的设计原则

3.1　定义分层次的异常

    一般来说，不同的异常需通过定义不同的类来实现，且在产生异常实例中需要用不同的初始化参数。一个好的异常设计需要定义一系列可能的异常树。异常是多种多样的，我们应该尽可能地捕捉到所有的异常，但是将try块的范围扩大并不是一个好的解决方案，相反地，我们应该尽可能地缩小try块的范围，使异常处理与方法的主要逻辑分离，这将有利于代码的调试和维护。

3.2　合理地运用异常父类

    运用异常的基类可以捕获一类异常，可以使程序简捷一些，而且很多时候我们也的确不需要对捕捉的异常类型做特殊的处理，但是也并不是鼓励全都使用父类，比如Exception可以捕捉所有的异常，但如果全都使用Exception的话，对调试和代码维护都是极为不利的。

3.3　每个独立的线程要捕获所有异常和错误

    线程一旦启动，就相当于一个主程序。它的840 方法中如果出现异常或错误，将不会有其它主程序来捕获它。一般在写程序时，会捕获线程中的异常，不捕获将通不过编译，但要记住同时需捕获Error或RuntimeException，否则如果一个线程运行中出现这样的问题，很有可能程序会无声无息地死去。所以一个线程的840 方法中最好要有一个包含整个方法的try……catch块^[3]。

4　结束语

    计算机语言的演变允许开发人员处理失败，Java对异常处理程序的支持简化了这一任务^[4]。

本文通过实例分析了Java语言中的异常处理机制，对于采用面向对象的方法进行异常处理，合理优化程序设计，提高系统安全性和稳定性的机制作了初探。