浅析java异常处理机制——理论篇

前言

try…catch…finally恐怕是大家再熟悉不过的语句了，刚接触的时候感觉用起来也是很简单，逻辑上似乎也是很容易理解。可是随着我们学习和理解的深入，发现这个东西并没有想象中的那么简单。异常处理往往是我们编程时必须时时注意和不得不解决的问题。而我们写程序的时候往往只是被硬性的要求必须写try…catch，必须对异常处理，可是如何处理才合理，如何处理才能让系统更完善考虑的很少。我们对它缺少一个深入而细致的了解。

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。

异常处理流程

当程序中抛出一个异常后，程序从程序中导致异常的代码处跳出，java虚拟机检测寻找和try关键字匹配的处理该异常的catch块，如果找到，将控制权交到catch块中的代码，然后继续往下执行程序，try块中发生异常的代码不会被重新执行。如果没有找到处理该异常的catch块，在所有的finally块代码被执行和当前线程的所属的ThreadGroup的uncaughtException方法被调用后，遇到异常的当前线程被中止。

异常类层次

Throwable是所有异常的基类，程序中一般不会直接抛出Throwable对象，Exception和Error是Throwable的子类，Exception下面又有RuntimeException和一般的Exception两类。可以把JAVA异常分为三类：

第一类是Error，Error表示程序在运行期间出现了十分严重、不可恢复的错误，在这种情况下应用程序只能中止运行，例如JAVA 虚拟机出现错误。Error是一种unchecked Exception,编译器不会检查Error是否被处理,在程序中不用捕获Error类型的异常；一般情况下，这些错误表示故障发生于虚拟机自身、或者发生在虚拟机试图执行应用时，如Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError）、类定义错误（NoClassDefFoundError）等。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。

第二类是RuntimeException, RuntimeException 是一种unchecked Exception，即表示编译器不会检查程序是否对RuntimeException作了处理，在程序中不必捕获RuntimException类型的异常，也不必在方法体声明抛出RuntimeException类。RuntimeException发生的时候，表示程序中出现了编程错误，所以应该找出错误修改程序，而不是去捕获RuntimeException。

第三类是一般的checked Exception,这也是在编程中使用最多的Exception,所有继承自Exception并且不是RuntimeException的异常都是checked Exception，如图1中的IOException和ClassNotFoundException。JAVA 语言规定必须对checked Exception作处理，编译器会对此作检查，要么在方法体中声明抛出checked Exception,要么使用catch语句捕获checked Exception进行处理，不然不能通过编译。checked Exception用于以下的语义环境：
（1） 该异常发生后是可以被恢复的，如一个Internet连接发生异常被中止后，可以重新连接再进行后续操作。
（2） 程序依赖于不可靠的外部条件，该依赖条件可能出错，如系统IO。
（3） 该异常发生后并不会导致程序处理错误，进行一些处理后可以继续后续操作。

处理异常机制

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。

运行时异常、受检查异常或Error

对于运行时异常、可查异常或错误，Java技术所要求的异常处理方式有所不同。
Exception类可以分为两种：运行时异常和受检查异常。

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。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。

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。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。

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：

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。 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。

最佳解决方案

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。
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!
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。

总结

我们编写程序时所捕捉的异常，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。