异常

异常

1 异常概述

在使用计算机语言进行项目开发的过程中，即使程序员把代码写得 尽善尽美，在系统的运行过程中仍然会遇到一些问题，因为很多问题不是靠代码能够避免的，比如：客户输入数据的格式，读取文件是否存在，网络是否始终保持通畅等等。

• 异常 ：指的是程序在执行过程中，出现的非正常的情况，如果不处理最终会导致JVM的非正常停止。

异常指的并不是语法错误,语法错了,编译不通过,不会产生字节码文件,根本不能运行.

异常也不是指逻辑代码错误而没有得到想要的结果，例如：求a与b的和，你写成了a-b

对于异常，一般有两种解决方法：一是遇到错误就终止程序的运行。另一种方法是由程序员在编写程序时，就考虑到错误的检测、错误消息的提示，以及错误的处理。

Java中是如何表示不同的异常情况，又是如何让程序员得知，并处理异常的呢？

Java中把不同的异常用不同的类表示，一旦发生某种异常，就通过创建该异常类型的对象，并且抛出，然后程序员可以catch到这个异常对象，并处理，如果无法catch到这个异常对象，那么这个异常对象将会导致程序终止。

2 异常体系

异常的根类是java.lang.Throwable，其下有两个子类：java.lang.Error与java.lang.Exception，平常所说的异常指java.lang.Exception。

Throwable体系：

• Error:严重错误Error，无法通过处理的错误，只能事先避免，好比绝症。

  • 例如：StackOverflowError和OOM（OutOfMemoryError）。

• Exception:表示异常，其它因编程错误或偶然的外在因素导致的一般性问题，程序员可以通过代码的方式纠正，使程序继续运行，是必须要处理的。好比感冒、阑尾炎。

  • 例如：空指针访问、试图读取不存在的文件、网络连接中断、数组角标越界

Throwable中的常用方法：

• public void printStackTrace():打印异常的详细信息。

  包含了异常的类型,异常的原因,还包括异常出现的位置,在开发和调试阶段,都得使用printStackTrace。

• public String getMessage():获取发生异常的原因。

  提示给用户的时候,就提示错误原因。

出现异常,不要紧张,把异常的简单类名,拷贝到API中去查。

3 异常分类

我们平常说的异常就是指Exception，因为这类异常一旦出现，我们就要对代码进行更正，修复程序。

异常(Exception)的分类:根据在编译时期还是运行时期去检查异常?

• 编译时期异常:checked异常。在编译时期,就会检查,如果没有处理异常,则编译失败。(如文件找不到异常)

• 运行时期异常:runtime异常。在运行时期,检查异常.在编译时期,运行异常不会被编译器检测到(不报错)。(如数组索引越界异常，类型转换异常)。程序员应该积极避免其出现的异常，而不是使用try..catch处理，因为这类异常很普遍，若都使用try..catch或throws处理可能会对程序的可读性和运行效率产生影响。

演示常见的错误和异常

1、VirtualMachineError

最常见的就是：StackOverflowError、OutOfMemoryError

    @Test
    public void test01(){
        //StackOverflowError
        digui();
    }
    
    public void digui(){
        digui();
    }

    @Test
    public void test02(){
        //OutOfMemoryError
        //方式一：
        int[] arr = new int[Integer.MAX_VALUE];
    }
    @Test
    public void test03(){
        //OutOfMemoryError
        //方式二：
        StringBuilder s = new StringBuilder();
        while(true){
            s.append("atguigu");
        }
    }

2、运行时异常

    @Test
    public void test01(){
        //NullPointerException
        int[][] arr = new int[3][];
        System.out.println(arr[0].length);
    }
    
    @Test
    public void test02(){
        //ClassCastException
        Person p = new Man();
        Woman w = (Woman) p;
    }
    
    @Test
    public void test03(){
        //ArrayIndexOutOfBoundsException
        int[] arr = new int[5];
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }
    
    @Test
    public void test04(){
        //InputMismatchException
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入一个整数：");
        int num = input.nextInt();
    }
    
    @Test
    public void test05(){
        int a = 1;
        int b = 0;
        //ArithmeticException
        System.out.println(a/b);
    }

3、编译时异常

    @Test
    public void test06() throws InterruptedException{
        Thread.sleep(1000);//休眠1秒
    }
    
    @Test
    public void test07() throws FileNotFoundException{
        FileInputStream fis = new FileInputStream("Java学习秘籍.txt");
    }
    
    @Test
    public void test08() throws SQLException{
        Connection conn = DriverManager.getConnection("....");
    }

4 异常的抛出机制

先运行下面的程序，程序会产生一个数组索引越界异常ArrayIndexOfBoundsException。我们通过图解来解析下异常产生的过程。

工具类

public class ArrayTools {
    // 对给定的数组通过给定的角标获取元素。
    public static int getElement(int[] arr, int index) {
        int element = arr[index];
        return element;
    }
}

测试类

public class ExceptionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = { 34, 12, 67 };
        intnum = ArrayTools.getElement(arr, 4)
        System.out.println("num=" + num);
        System.out.println("over");
    }
}

上述程序执行过程图解：

5 异常的处理

Java异常处理的五个关键字：try、catch、finally、throw、throws

1 异常throw

Java程序的执行过程中如出现异常，会生成一个异常类对象，该异常对象将被提交给Java运行时系统，这个过程称为抛出(throw)异常。异常对象的生成有两种方式：

• 由虚拟机自动生成：程序运行过程中，虚拟机检测到程序发生了问题，如果在当前代码中没有找到相应的处理程序，就会在后台自动创建一个对应异常类的实例对象并抛出——自动抛出

• 由开发人员手动创建：Exception exception = new ClassCastException();——创建好的异常对象不抛出对程序没有任何影响，和创建一个普通对象一样，但是一旦throw抛出，就会对程序运行产生影响了。

下面我们说明手动抛出异常：

比如，在定义方法时，方法需要接受参数。那么，当调用方法使用接受到的参数时，首先需要先对参数数据进行合法的判断，数据若不合法，就应该告诉调用者，这时可以使用抛出异常的方式来告诉调用者。

在java中，提供了一个throw关键字，它用来抛出一个指定的异常对象。那么，抛出一个异常具体如何操作呢？

1. 创建一个异常对象。封装一些提示信息(信息可以自己编写)。

2. 需要将这个异常对象告知给调用者。怎么告知呢？怎么将这个异常对象传递到调用者处呢？通过关键字throw就可以完成。throw 异常对象。

   throw用在方法内，用来抛出一个异常对象，将这个异常对象传递到调用者处，并结束当前方法的执行。

使用格式：

throw new 异常类名(参数);

例如：

throw new NullPointerException("要访问的arr数组不存在");
​
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("该索引在数组中不存在，已超出范围");

学习完抛出异常的格式后，我们通过下面程序演示下throw的使用。

public class ThrowDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个数组 
        int[] arr = {2,4,52,2};
        //根据索引找对应的元素 
        int index = 4;
        int element = getElement(arr, index);
​
        System.out.println(element);
        System.out.println("over");
    }
    /*
     * 根据 索引找到数组中对应的元素
     */
    public static int getElement(int[] arr,int index){ 
        if(arr == null){
            /*
             判断条件如果满足，当执行完throw抛出异常对象后，方法已经无法继续运算。
             这时就会结束当前方法的执行，并将异常告知给调用者。这时就需要通过异常来解决。 
              */
            throw new NullPointerException("要访问的arr数组不存在");
        }
        //判断  索引是否越界
        if(index<0 || index>arr.length-1){
             /*
             判断条件如果满足，当执行完throw抛出异常对象后，方法已经无法继续运算。
             这时就会结束当前方法的执行，并将异常告知给调用者。这时就需要通过异常来解决。 
              */
             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("哥们，角标越界了~~~");
        }
        int element = arr[index];
        return element;
    }
}

注意：如果产生了问题，我们就会throw将问题描述类即异常进行抛出，也就是将问题返回给该方法的调用者。

那么对于调用者来说，该怎么处理呢？一种是进行捕获处理，另一种就是继续讲问题声明出去，使用throws声明处理。

练习1

1、声明Husband类，包含姓名和妻子属性，属性私有化，提供一个Husband(String name)的构造器，重写toString方法，返回丈夫姓名和妻子的姓名

2、声明Wife类，包含姓名和丈夫属性，属性私有化，提供一个Wife(String name)的构造器，重写toString方法，返回妻子的姓名和丈夫的姓名

3、声明TestMarry类，在main中，创建Husband和Wife对象后直接打印妻子和丈夫对象，查看异常情况，看如何解决

练习2

1、声明银行账户类Account

（1）包含账号、余额属性，要求属性私有化，提供无参和有参构造，

（2）包含取款方法，当取款金额为负数时，抛出IllegalArgumentException，异常信息为“取款金额有误，不能为负数”，当取款金额超过余额时，抛出UnsupportedOperationException，异常信息为“取款金额不足，不支持当前取款操作”

（3）包含存款方法，当取款金额为负数时，抛出IllegalArgumentException，异常信息为“存款金额有误，不能为负数”

2、编写测试类，创建账号对象，并调用取款和存款方法，并传入非法参数，测试发生对应的异常。

2 声明异常throws

声明异常：将问题标识出来，报告给调用者。如果方法内通过throw抛出了编译时异常，而没有捕获处理（稍后讲解该方式），那么必须通过throws进行声明，让调用者去处理。

关键字throws运用于方法声明之上,用于表示当前方法不处理异常,而是提醒该方法的调用者来处理异常(抛出异常).

声明异常格式：

修饰符 返回值类型 方法名(参数) throws 异常类名1,异常类名2…{   }

声明异常的代码演示：

import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
​
public class TestException {
    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
        readFile("不敲代码学会Java秘籍.txt");
    }
    
    // 如果定义功能时有问题发生需要报告给调用者。可以通过在方法上使用throws关键字进行声明
    public static void readFile(String filePath) throws FileNotFoundException{
        File file = new File(filePath);
        if(!file.exists()){
            throw new FileNotFoundException(filePath+"文件不存在");
        }
    }
    
}

throws用于进行异常类的声明，若该方法可能有多种异常情况产生，那么在throws后面可以写多个异常类，用逗号隔开。

import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
​
public class TestException {
    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException,IllegalAccessException {
        readFile("不敲代码学会Java秘籍.txt");
    }
    
    // 如果定义功能时有问题发生需要报告给调用者。可以通过在方法上使用throws关键字进行声明
    public static void readFile(String filePath) throws FileNotFoundException,IllegalAccessException{
        File file = new File(filePath);
        if(!file.exists()){
            throw new FileNotFoundException(filePath+"文件不存在");
        }
        if(!file.isFile()){
            throw new IllegalAccessException(filePath + "不是文件，无法直接读取");
        }
        //...
    }
    
}

练习

1、声明银行账户类Account

（1）包含账号、余额属性，要求属性私有化，提供无参和有参构造，

（2）包含取款方法，当取款金额为负数时，抛出Exception，异常信息为“越取你余额越多，想得美”，当取款金额超过余额时，抛出Exception，异常信息为“取款金额不足，不支持当前取款操作”

（3）包含存款方法，当取款金额为负数时，抛出Exception，异常信息为“越存余额越少，你愿意吗？”

2、编写测试类，创建账号对象，并调用取款和存款方法，并传入非法参数，测试发生对应的异常。

3 捕获异常try…catch

如果异常出现的话,会立刻终止程序,所以我们得处理异常:

1. 该方法不处理,而是声明抛出,由该方法的调用者来处理(throws)。

2. 在方法中使用try-catch的语句块来处理异常。

try-catch的方式就是捕获异常。

• 捕获异常：Java中对异常有针对性的语句进行捕获，可以对出现的异常进行指定方式的处理。

捕获异常语法如下：

try{
     编写可能会出现异常的代码
}catch(异常类型1  e){
     处理异常的代码
     //记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
}catch(异常类型2  e){
     处理异常的代码
     //记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
}
....

try：该代码块中编写可能产生异常的代码。

catch：用来进行某种异常的捕获，实现对捕获到的异常进行处理。

• 可以有多个catch块，按顺序匹配。

• 如果多个异常类型有包含关系，那么小上大下

演示如下：

public class TestException {
    public static void main(String[] args)  {
        try {
            readFile("不敲代码学会Java秘籍.txt");
        } catch (FileNotFoundException e) {
//          e.printStackTrace();
//          System.out.println("好好敲代码，不要老是想获得什么秘籍");
            System.out.println(e.getMessage());
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } 
        System.out.println("继续学习吧...");
    }
    
    // 如果定义功能时有问题发生需要报告给调用者。可以通过在方法上使用throws关键字进行声明
    public static void readFile(String filePath) throws FileNotFoundException, IllegalAccessException{
        File file = new File(filePath);
        if(!file.exists()){
            throw new FileNotFoundException(filePath+"文件不存在");
        }
        if(!file.isFile()){
            throw new IllegalAccessException(filePath + "不是文件，无法直接读取");
        }
        //...
    }
}

如何获取异常信息：

Throwable类中定义了一些查看方法:

• public String getMessage():获取异常的描述信息,原因(提示给用户的时候,就提示错误原因。

• public void printStackTrace():打印异常的跟踪栈信息并输出到控制台。

包含了异常的类型,异常的原因,还包括异常出现的位置,在开发和调试阶段,都得使用printStackTrace。

4 finally块

finally：有一些特定的代码无论异常是否发生，都需要执行。另外，因为异常会引发程序跳转，导致有些语句执行不到。而finally就是解决这个问题的，在finally代码块中存放的代码都是一定会被执行的。

什么时候的代码必须最终执行？

当我们在try语句块中打开了一些物理资源(磁盘文件/网络连接/数据库连接等),我们都得在使用完之后,最终关闭打开的资源。

finally的语法:

 try{
     
 }catch(...){
     
 }finally{
     无论try中是否发生异常，也无论catch是否捕获异常，也不管try和catch中是否有return语句，都一定会执行
 }
 
 或
  try{
     
 }finally{
     无论try中是否发生异常，也不管try中是否有return语句，都一定会执行
 } 

注意:finally不能单独使用。

比如在我们之后学习的IO流中，当打开了一个关联文件的资源，最后程序不管结果如何，都需要把这个资源关闭掉。

finally代码参考如下：

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
​
public class TestException {
    public static void main(String[] args)  {
        readFile("不敲代码学会Java秘籍.txt");
        System.out.println("继续学习吧...");
    }
    
    // 如果定义功能时有问题发生需要报告给调用者。可以通过在方法上使用throws关键字进行声明
    public static void readFile(String filePath) {
        File file = new File(filePath);
        FileInputStream fis = null;
        try {
            if(!file.exists()){
                throw new FileNotFoundException(filePath+"文件不存在");
            }
            if(!file.isFile()){
                throw new IllegalAccessException(filePath + "不是文件，无法直接读取");
            }
            fis = new FileInputStream(file);
            //...
        } catch (Exception e) {
            //抓取到的是编译期异常  抛出去的是运行期 
            throw new RuntimeException(e);
        }finally{
            System.out.println("无论如何，这里的代码一定会被执行");
            try {
                if(fis!=null){
                    fis.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                //抓取到的是编译期异常  抛出去的是运行期 
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

当只有在try或者catch中调用退出JVM的相关方法，例如System.exit(0),此时finally才不会执行,否则finally永远会执行。

5 finally与return

形式一：从try回来

public class TestReturn {
    public static void main(String[] args) {
        int result = test("12");
        System.out.println(result);
    }
​
    public static int test(String str){
        try{
            Integer.parseInt(str);
            return 1;
        }catch(NumberFormatException e){
            return -1;
        }finally{
            System.out.println("test结束");
        }
    }
}

形式二：从catch回来

public class TestReturn {
    public static void main(String[] args) {
        int result = test("a");
        System.out.println(result);
    }
​
    public static int test(String str){
        try{
            Integer.parseInt(str);
            return 1;
        }catch(NumberFormatException e){
            return -1;
        }finally{
            System.out.println("test结束");
        }
    }
}

形式三：从finally回来

public class TestReturn {
    public static void main(String[] args) {
        int result = test("a");
        System.out.println(result);
    }
​
    public static int test(String str){
        try{
            Integer.parseInt(str);
            return 1;
        }catch(NumberFormatException e){
            return -1;
        }finally{
            System.out.println("test结束");
            return 0;
        }
    }
}

6 异常注意事项

• 多个异常使用捕获又该如何处理呢？

  1. 多个异常分别处理。

  2. 多个异常一次捕获，多次处理。(推荐)

  3. 多个异常一次捕获一次处理。

  一般我们是使用一次捕获多次处理方式，格式如下：

  try{
       编写可能会出现异常的代码
  }catch(异常类型A  e){  当try中出现A类型异常,就用该catch来捕获.
       处理异常的代码
       //记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
  }catch(异常类型B  e){  当try中出现B类型异常,就用该catch来捕获.
       处理异常的代码
       //记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
  }

  注意:这种异常处理方式，要求多个catch中的异常不能相同，并且若catch中的多个异常之间有子父类异常的关系，那么子类异常要求在上面的catch处理，父类异常在下面的catch处理。

• 运行时异常被抛出可以不处理。即不捕获也不声明抛出。

• 如果finally有return语句,永远返回finally中的结果,避免该情况.

• 如果父类抛出了多个异常,子类重写父类方法时,抛出和父类相同的异常或者是父类异常的子类或者不抛出异常。

• 父类方法没有抛出异常，子类重写父类该方法时也不可抛出异常。此时子类方法中产生了编译时异常，只能捕获处理，不能声明抛出

7 自定义异常

为什么需要自定义异常类:

我们说了Java中不同的异常类,分别表示着某一种具体的异常情况,那么在开发中总是有些异常情况是Java开发人员没有定义好的,此时我们根据自己业务的异常情况来定义异常类。例如年龄负数问题，考试成绩负数问题等等。那么能不能自己定义异常呢？可以

异常类如何定义:

1. 自定义一个编译期异常: 自定义类 并继承于java.lang.Exception。

2. 自定义一个运行时期的异常类:自定义类 并继承于java.lang.RuntimeException。

演示自定义异常：

要求：我们模拟注册操作，如果用户名已存在，则抛出异常并提示：亲，该用户名已经被注册。

首先定义一个登陆异常类RegisterException：

// 业务逻辑异常
public class RegisterException extends Exception {
    /**
     * 空参构造
     */
    public RegisterException() {
    }
​
    /**
     *
     * @param message 表示异常提示
     */
    public RegisterException(String message) {
        super(message);
    }
}

模拟登陆操作，使用数组模拟数据库中存储的数据，并提供当前注册账号是否存在方法用于判断。

public class Demo {
    // 模拟数据库中已存在账号
    private static String[] names = {"bill","hill","jill"};
   
    public static void main(String[] args) {     
        //调用方法
        try{
              // 可能出现异常的代码
            checkUsername("nill");
            System.out.println("注册成功");//如果没有异常就是注册成功
        }catch(RegisterException e){
            //处理异常
            e.printStackTrace();
        }
    }
​
    //判断当前注册账号是否存在
    //因为是编译期异常，又想调用者去处理 所以声明该异常
    public static boolean checkUsername(String uname) throws LoginException{
        for (int i=0; i<names.length; i++) {
            if(names[i].equals(uname)){//如果名字在这里面 就抛出登陆异常
                throw new RegisterException("亲"+name+"已经被注册了！");
            }
        }
        return true;
    }
}

结论：

• 从Exception类或者它的子类派生一个子类即可

• 习惯上，自定义异常类应该包含2个构造器：一个是无参构造，另一个是带有详细信息的构造器

• 自定义的异常只能通过throw抛出。

• 自定义异常最重要的是异常类的名字，当异常出现时，可以根据名字判断异常类型。