Java学习之==>异常体系

一、定义

程序运行时总是会遇到各种各样的问题，Java中的异常体系就是针对这些问题提出的统一的处理方案。在Java中，将这些各种各样的问题进行归类后，统一称为异常。

二、分类

我们先来看看下面这个图：

• 错误（Error）
  • 虚拟机错误（VirtualMachineError），如：资源耗尽、内存溢出；
• 异常（Exception）
  • 运行时异常（RuntimeException）
  • 受检异常（Checked Exception）

　　由上图可以看出来，Java的异常体系由 Throwable 类作为超类，两个直接子类是 Error 类和 Exception 类分别代表错误和异常。其中，异常又包括运行时异常（RuntimeException）和受检异常（Checked Exception），下面将介绍这些错误和异常的区别：

1、错误（Error）和异常（Exception）

　　Error 是程序无法处理的错误，它是由Java虚拟机（JVM）产生和抛出的，比如：OutOfMemoryError、ThreadDeath等。这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。

　　Exception 是程序本身可以处理的异常，这种异常分两大类，运行时异常和受检异常，程序中可以处理这些异常。

2、运行时异常（RuntimeException）和受检异常（Checked Exception）

　　运行时异常都是RuntimeException类及其子类异常，如NullPointerException、IndexOutOfBoundsException等，此类异常属于不可查异常，一般是由程序逻辑错误引起的，在程序中可以选择捕获处理，也可以不处理。

　　受检异常是除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，在程序中，通常不会自定义该类异常，而是直接使用系统提供的异常类。

三、异常的处理

1、受检异常

通常，我们在处理受检异常时有三种方式：

第一种：在方法名后面使用关键字throws抛出异常，同时在调用该方法时需要使用try..catch来处理该异常

public class App {

  public static void main(String[] args) {

    try {
      demo01();
    } catch (FileNotFoundException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }

  private static void demo01() throws FileNotFoundException {

    new FileInputStream(new File("test.log"));

  }
}

第二种：直接使用try..catch处理，自己抛出，自己处理

public class App {

  public static void main(String[] args) {

    demo01();
  }

  private static void demo01() {

    try {
      new FileInputStream(new File("test.log"));
    } catch (FileNotFoundException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

第三种：使用try..catch，在try里面把异常声明出来，然后再catch

public class App {

  public static void main(String[] args) {

    demo01();
  }

  private static void demo01() {
    try (FileInputStream inputStream = new FileInputStream(new File("test.log"))) {
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

运行结果如下：

2、运行时异常

在编译时，运行时异常不会被发现，所以不要要求在代码中一定要处理这些异常。但是，如果程序员愿意，也可以使用 try...catch...finally 来处理这些异常。对于这些异常，发生的原因多半是代码写的有问题，我们应该修正代码，而不是去通过异常处理器处理。

public class App {

  public static void main(String[] args) {

    demo01(0);
  }

  private static void demo01(Integer num) {

    if (num == 0) {
      throw new ArithmeticException("分母不能为0");
    }
    
    int result = 1024/num;
  }
}

上面这种情况，如果没有 if() 代码，程序在运行过程中会抛出异常中断程序，虽然我们增加了 if() 代码块主动抛出了异常增加了异常的可读性，但是程序仍然会中断。正确的处理方式是我们可以在 if() 代码块下进行一些其他逻辑的处理，从而程序不会走到除法分支，从而不会报错。这就是上面所说的，运行时异常，我们通常需要去优化代码逻辑，而不是处理异常。

public class App {

  public static void main(String[] args) {

    demo01(0);
  }

  private static void demo01(Integer num) {

    try {
      int result = 1024/num;
    }catch (ArithmeticException e) {
      e.printStackTrace();
    }finally {
      System.out.println("处理完毕");
    }
  }
}

这种情况是使用 try...catch...finally 捕获异常再进行处理。

四、异常处理流程

public class App {

  public static void main(String[] args) {

    demo01(0);
    System.out.println("-------------");
    demo01(1);
  }

  private static int demo01(Integer num) {
    try {
      // 这里是正常的业务代码,要被我处理的代码,
      System.out.println("AAA");
      int result = 1024 / num;
      System.out.println("BBB");
      return result;
      
    } catch (Exception e) {
      // 这里是出了问题时怎么处理的
      System.out.println("CCC");
      return -1;

    } finally {
      // 最后的收尾动作，finally中不要写retrun，不然前面的结果不能返回
      System.out.println("DDD");
      return -2;
    }
  }
}

运行结果：

先执行try中的代码块，如果没有报错则在return前执行finally中的代码块

如果try中的代码块有报错，则执行catch中的代码块，在return前执行finally中的代码块

如果finally中有return，则不会执行try中代码块的return和catch中的代码块，所以一般finally中的代码块一般不写return

五、常用写法

public class App {

  public static void main(String[] args) {

    demo01();
  }

  private static void demo01() {
    try {
      // 被检查的代码块
      new FileInputStream(new File("test.log"));
    }catch (IllegalStateException ex){
      // 第一个要处理的异常
      ex.printStackTrace();
    }catch (IllegalFormatException ex){
      // 第二个要处理的异常
      ex.printStackTrace();
    }catch (IllegalArgumentException ex){
      // 第三个要处理的异常
      ex.printStackTrace();
    }catch (IOException ex){
      // 第四个要处理的异常
      ex.printStackTrace();
    }finally {
      // 最终怎么做
      System.out.println("异常处理完成");
    }
  }
}

六、自定义异常

如果要自定义异常类，则继承Exception类即可，因此这样的自定义异常都属于受检异常（checked exception）。如果要自定义运行时异常，则继承自类RuntimeException。按照惯例，自定义的异常应该总是包含如下的构造函数：

• 一个无参构造函数；
• 一个带有String参数的构造函数，并传递给父类的构造函数；
• 一个带有String参数和Throwable参数，并都传递给父类构造函数；
• 一个带有Throwable 参数的构造函数，并传递给父类的构造函数；

如下：

public class TestException extends RuntimeException {

  public TestException() {
  }

  public TestException(String message) {
    super(message);
  }

  public TestException(String message, Throwable cause) {
    super(message, cause);
  }

  public TestException(Throwable cause) {
    super(cause);
  }
}

调用如下：

public class App {

  public static void main(String[] args) {

    demo01();
  }

  private static void demo01() {
    throw new TestException("测试异常：TestException");
  }
}

运行结果：

七、异常方法分析

常用的异常方法包括以下三个，通过源码来分析以下它们的使用：

• printStackTrace()
• getStackTrace()
• getMessage()

public StackTraceElement[] getStackTrace() {
  return getOurStackTrace().clone();
}

private synchronized StackTraceElement[] getOurStackTrace() {
  // Initialize stack trace field with information from
  // backtrace if this is the first call to this method
  if (stackTrace == UNASSIGNED_STACK ||
          (stackTrace == null && backtrace != null) /* Out of protocol state */) {
    int depth = getStackTraceDepth();
    stackTrace = new StackTraceElement[depth];
    for (int i=0; i < depth; i++)
      stackTrace[i] = getStackTraceElement(i);
  } else if (stackTrace == null) {
    return UNASSIGNED_STACK;
  }
  return stackTrace;
}

getStackTrace()返回的是通过getOurStackTrace方法获取的StackTraceElement[]数组，而这个StackTraceElement是ERROR的每一个cause by的信息。

public void printStackTrace() {
  printStackTrace(System.err);
}

/**
 * Prints this throwable and its backtrace to the specified print stream.
 *
 * @param s {@code PrintStream} to use for output
 */
public void printStackTrace(PrintStream s) {
  printStackTrace(new Throwable.WrappedPrintStream(s));
}

private void printStackTrace(Throwable.PrintStreamOrWriter s) {
  // Guard against malicious overrides of Throwable.equals by
  // using a Set with identity equality semantics.
  Set<Throwable> dejaVu =
          Collections.newSetFromMap(new IdentityHashMap<Throwable, Boolean>());
  dejaVu.add(this);

  synchronized (s.lock()) {
    // Print our stack trace
    s.println(this);
    StackTraceElement[] trace = getOurStackTrace();
    for (StackTraceElement traceElement : trace)
      s.println("	at " + traceElement);

    // Print suppressed exceptions, if any
    for (Throwable se : getSuppressed())
      se.printEnclosedStackTrace(s, trace, SUPPRESSED_CAPTION, "	", dejaVu);

    // Print cause, if any
    Throwable ourCause = getCause();
    if (ourCause != null)
      ourCause.printEnclosedStackTrace(s, trace, CAUSE_CAPTION, "", dejaVu);
  }
}

printStackTrace()返回的是一个void值，但是可以看到其方法内部将当前传入打印流锁住，然后同样通过getOurStackTrace方法获取的StackTraceElement[]数组，只不过printStackTrace()方法直接打印出来了。而getStackTrace()则是得到数组，使用者可以根据自己的需求去得到打印信息，相比printStackTrace()会更详细一些。

/**
 * Specific details about the Throwable.  For example, for
 * {@code FileNotFoundException}, this contains the name of
 * the file that could not be found.
 *
 * @serial
 */
private String detailMessage;

/**
 * Returns the detail message string of this throwable.
 *
 * @return  the detail message string of this {@code Throwable} instance
 *          (which may be {@code null}).
 */
public String getMessage() {
  return detailMessage;
}

getMessage()只是获取到了异常的名称。

八、Java异常体系设计分析

我们先来看看Java异常体系的继承机构

Throwable是所有子类的基类，分为 Exception 和 Error 两个分支，Exception 和 Error 又分别有他们自己的子类，层层继承。

再来看看所有类中实现的方法：

我们看到除了基类 Throwable 以外，其他所有的子类都没有实现任何方法。

我们随便来看几个类：

public class Exception extends Throwable {
  static final long serialVersionUID = -3387516993124229948L;

  /**
   * Constructs a new exception with {@code null} as its detail message.
   * The cause is not initialized, and may subsequently be initialized by a
   * call to {@link #initCause}.
   */
  public Exception() { super(); }
  
  public Exception(String message) {
    super(message);
  }
  
  public Exception(String message, Throwable cause) {
    super(message, cause);
  }
  
  public Exception(Throwable cause) {
    super(cause);
  }
  
  protected Exception(String message, Throwable cause,
                      boolean enableSuppression,
                      boolean writableStackTrace) {
    super(message, cause, enableSuppression, writableStackTrace);
  }
}

public class Error extends Throwable {
  static final long serialVersionUID = 4980196508277280342L;

  /**
   * Constructs a new error with {@code null} as its detail message.
   * The cause is not initialized, and may subsequently be initialized by a
   * call to {@link #initCause}.
   */
  public Error() {
    super();
  }
  
  public Error(String message) {
    super(message);
  }
  
  public Error(String message, Throwable cause) {
    super(message, cause);
  }
  
  public Error(Throwable cause) {
    super(cause);
  }
  
  protected Error(String message, Throwable cause,
                  boolean enableSuppression,
                  boolean writableStackTrace) {
    super(message, cause, enableSuppression, writableStackTrace);
  }
}

public class RuntimeException extends Exception {
  static final long serialVersionUID = -7034897190745766939L;

  /** Constructs a new runtime exception with {@code null} as its
   * detail message.  The cause is not initialized, and may subsequently be
   * initialized by a call to {@link #initCause}.
   */
  public RuntimeException() {
    super();
  }
  
  public RuntimeException(String message) {
    super(message);
  }
  
  public RuntimeException(String message, Throwable cause) {
    super(message, cause);
  }
  
  public RuntimeException(Throwable cause) {
    super(cause);
  }
  
  protected RuntimeException(String message, Throwable cause,
                             boolean enableSuppression,
                             boolean writableStackTrace) {
    super(message, cause, enableSuppression, writableStackTrace);
  }
}

从以上代码可以看出，所有子类中的构造方法都调用父类的构造方法，最终调用的都是 Throwable 中实现的构造方法。除Throwable 以外，所有类都没有其他方法实现。

九、面试

Java异常体系如何设计、分类的？

相信如果看完了上面的文章，大家应该知道了这个问题怎么回答了吧！！