Java学习笔记（五）：异常处理

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。而在我们的程序中需要对这些异常进行捕获和处理来避免程序卡死等情况。

Java异常

我们先看一张异常的层次结构图：

在 Java 中，所有的异常都有一个共同的祖先 Throwable（可抛出）。Throwable 指定代码中可用异常传播机制通过 Java 应用程序传输的任何问题的共性。

Throwable

有两个重要的子类：Exception（异常）和 Error（错误），二者都是 Java 异常处理的重要子类，各自都包含大量子类。

Error（错误）

是程序无法处理的错误，表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的操作无关，而表示代码运行时 JVM（Java 虚拟机）出现的问题。例如，Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError），当 JVM 不再有继续执行操作所需的内存资源时，将出现 OutOfMemoryError。这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。

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。在 Java中，错误通过Error的子类描述。

Exception（异常）

是程序本身可以处理的异常。

Exception 类有一个重要的子类 RuntimeException。RuntimeException 类及其子类表示“JVM 常用操作”引发的错误。例如，若试图使用空值对象引用、除数为零或数组越界，则分别引发运行时异常（NullPointerException、ArithmeticException）和 ArrayIndexOutOfBoundException。

注意：异常和错误的区别：异常能被程序本身可以处理，错误是无法处理。

通常，Java的异常(包括Exception和Error)分为可查的异常（checked exceptions）和不可查的异常（unchecked exceptions）。

可查异常

可查异常（编译器要求必须处置的异常）：正确的程序在运行中，很容易出现的、情理可容的异常状况。可查异常虽然是异常状况，但在一定程度上它的发生是可以预计的，而且一旦发生这种异常状况，就必须采取某种方式进行处理。

除了RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类都属于可查异常。这种异常的特点是Java编译器会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，要么用try-catch语句捕获它，要么用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。

不可查异常

不可查异常(编译器不要求强制处置的异常):包括运行时异常（RuntimeException与其子类）和错误（Error）。

Exception 这种异常分两大类运行时异常和非运行时异常(编译异常)。程序中应当尽可能去处理这些异常。

运行时异常

运行时异常：都是RuntimeException类及其子类异常，如NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)等，这些异常是不检查异常，程序中可以选择捕获处理，也可以不处理。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。

运行时异常的特点是Java编译器不会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，即使没有用try-catch语句捕获它，也没有用throws子句声明抛出它，也会编译通过。

非运行时异常

非运行时异常 （编译异常）：是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等以及用户自定义的Exception异常，一般情况下不自定义检查异常。

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。

捕获异常

在Java中，异常通过try-catch语句捕获。其一般语法形式为：

try {
    // 可能会发生异常的程序代码
} catch (Type1 id1){
    // 捕获并处置try抛出的异常类型Type1
}
catch (Type2 id2){
     //捕获并处置try抛出的异常类型Type2
}

需要注意的是，一旦某个catch捕获到匹配的异常类型，将进入异常处理代码。一经处理结束，就意味着整个try-catch语句结束。其他的catch子句不再有匹配和捕获异常类型的机会。

catch到指定异常的类型或子类型都会进入该catch语句。

我们来看一个例子：

package org.hammerc.study;

public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        try
        {
            System.out.println("abc");
            throw new Exception1();
            System.out.println("def");
        }
        catch(Exception2 e)
        {
            System.err.println("Exception2");
        }
        catch(Exception1 e1)
        {
            System.err.println("Exception1");
        }
        catch(Exception e2)
        {
            System.err.println("Exception");
        }
    }
}

class Exception1 extends Exception
{
}

class Exception2 extends Exception1
{
}

catch语句需要从子类开始写起，如果第一个catch就是Exception，那么就没有进入下面Exception的机会了。

try{}包含的代码块一旦有异常抛出，下面的代码就会暂停执行。

finally

try-catch语句还可以包括第三部分，就是finally子句。它表示无论是否出现异常，都应当执行的内容。try-catch-finally语句的一般语法形式为：

try {
    // 可能会发生异常的程序代码
} catch (Type1 id1) {
    // 捕获并处理try抛出的异常类型Type1
} catch (Type2 id2) {
    // 捕获并处理try抛出的异常类型Type2
} finally {
    // 无论是否发生异常，都将执行的语句块
}

try-catch-finally规则

1. 必须在 try 之后添加 catch 或 finally 块。try 块后可同时接 catch 和 finally 块，但至少有一个块。
2. 必须遵循块顺序：若代码同时使用 catch 和 finally 块，则必须将 catch 块放在 try 块之后。
3. catch 块与相应的异常类的类型相关。
4. 一个 try 块可能有多个 catch 块。若如此，则执行第一个匹配块。即Java虚拟机会把实际抛出的异常对象依次和各个catch代码块声明的异常类型匹配，如果异常对象为某个异常类型或其子类的实例，就执行这个catch代码块，不会再执行其他的 catch代码块
5. 可嵌套 try-catch-finally 结构。
6. 在 try-catch-finally 结构中，可重新抛出异常。
7. 除了下列情况，总将执行 finally 做为结束：JVM 过早终止（调用 System.exit(int)）；在 finally 块中抛出一个未处理的异常；计算机断电、失火、或遭遇病毒攻击。

try-catch-finally执行顺序

1. 当try没有捕获到异常时：try语句块中的语句逐一被执行，程序将跳过catch语句块，执行finally语句块和其后的语句；
2. 当try捕获到异常，catch语句块里没有处理此异常的情况：当try语句块里的某条语句出现异常时，而没有处理此异常的catch语句块时，此异常将会抛给JVM处理，finally语句块里的语句还是会被执行，但finally语句块后的语句不会被执行；
3. 当try捕获到异常，catch语句块里有处理此异常的情况：在try语句块中是按照顺序来执行的，当执行到某一条语句出现异常时，程序将跳到catch语句块，并与catch语句块逐一匹配，找到与之对应的处理程序，其他的catch语句块将不会被执行，而try语句块中，出现异常之后的语句也不会被执行，catch语句块执行完后，执行finally语句块里的语句，最后执行finally语句块后的语句；

图示

小结

try 块：用于捕获异常。其后可接零个或多个catch块，如果没有catch块，则必须跟一个finally块。

catch 块：用于处理try捕获到的异常。

finally 块：无论是否捕获或处理异常，finally块里的语句都会被执行。当在try块或catch块中遇到return语句时，finally语句块将在方法返回之前被执行。在以下4种特殊情况下，finally块不会被执行：

1. 在finally语句块中发生了异常。
2. 在前面的代码中用了System.exit()退出程序。
3. 程序所在的线程死亡。
4. 关闭CPU。

finally和return

这两个的关系在面试题中经常会被问到，我们来看一个经典的面试题：

package org.hammerc.study;

public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.print(tt());
    }

    public static int tt()
    {
        int b = 23;
        try
        {
            System.out.println("yes");
            return b += 88;
        }
        catch (Exception e)
        {
            System.out.println("error: " + e);
        }
        finally
        {
            if (b > 25)
            {
                System.out.println("b>25: " + b);
            }
            System.out.println("finally");
        }
        return b;
    }
}

大家可以先想想再看结果：

yes
b>25: 111
finally
111

我们可以看做finally语句是在try的return语句执行之后，return返回之前执行。

下面再看看：

package org.hammerc.study;

public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.print(tt());
    }

    public static int tt()
    {
        int b = 23;
        try
        {
            System.out.println("yes");
            return b += 88;
        }
        catch (Exception e)
        {
            System.out.println("error: " + e);
        }
        finally
        {
            if (b > 25)
            {
                System.out.println("b>25: " + b);
            }
            System.out.println("finally");
            return 100;
        }
        //return b;
    }
}

如果在finally中进行返回，则会覆盖上面的返回：

yes
b>25: 111
finally
100

还有一种情况：

package org.hammerc.study;

public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.print(tt());
    }

    public static int tt()
    {
        int b = 23;
        try
        {
            System.out.println("yes");
            return b += 88;
        }
        catch (Exception e)
        {
            System.out.println("error: " + e);
        }
        finally
        {
            if (b > 25)
            {
                System.out.println("b>25: " + b);
            }
            System.out.println("finally");
            b = 100;
        }
        return b;
    }
}

结果是：

yes
b>25: 111
finally
111

可以发现，在finally中修改返回的变量是无效的，可以理解为return时返回的值已经压入栈中了，接着运行finally的代码不会影响返回的值。

抛出异常

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。

throw

throw总是出现在函数体中，用来抛出一个Throwable类型的异常。程序会在throw语句后立即终止，它后面的语句执行不到，然后在包含它的所有try块中（可能在上层调用函数中）从里向外寻找含有与其匹配的catch子句的try块。

如果抛出了检查异常，则还应该在方法头部声明方法可能抛出的异常类型。该方法的调用者也必须检查处理抛出的异常。

如果所有方法都层层上抛获取的异常，最终JVM会进行处理，处理也很简单，就是打印异常消息和堆栈信息。如果抛出的是Error或RuntimeException，则该方法的调用者可选择处理该异常。

package Test;
import java.lang.Exception;
public class TestException {
    static int quotient(int x, int y) throws MyException { // 定义方法抛出异常
        if (y < 0) { // 判断参数是否小于0
            throw new MyException("除数不能是负数"); // 异常信息
        }
        return x/y; // 返回值
    }
    public static void main(String args[]) { // 主方法
        int  a =3;
        int  b =0; 
        try { // try语句包含可能发生异常的语句
            int result = quotient(a, b); // 调用方法quotient()
        } catch (MyException e) { // 处理自定义异常
            System.out.println(e.getMessage()); // 输出异常信息
        } catch (ArithmeticException e) { // 处理ArithmeticException异常
            System.out.println("除数不能为0"); // 输出提示信息
        } catch (Exception e) { // 处理其他异常
            System.out.println("程序发生了其他的异常"); // 输出提示信息
        }
    }

}
class MyException extends Exception { // 创建自定义异常类
    String message; // 定义String类型变量
    public MyException(String ErrorMessagr) { // 父类方法
        message = ErrorMessagr;
    }

    public String getMessage() { // 覆盖getMessage()方法
        return message;
    }
}

throws

如果一个方法可能会出现异常，但没有能力处理这种异常，可以在方法声明处用throws子句来声明抛出异常。

throws语句用在方法定义时声明该方法要抛出的异常类型，如果抛出的是Exception异常类型，则该方法被声明为抛出所有的异常。多个异常可使用逗号分割。

methodname throws Exception1,Exception2,..,ExceptionN
{
}

方法名后的throws Exception1,Exception2,...,ExceptionN 为声明要抛出的异常列表。当方法抛出异常列表的异常时，方法将不对这些类型及其子类类型的异常作处理，而抛向调用该方法的方法，由他去处理。

import java.lang.Exception;
public class TestException {
    static void pop() throws NegativeArraySizeException {
        // 定义方法并抛出NegativeArraySizeException异常
        int[] arr = new int[-3]; // 创建数组
    }

    public static void main(String[] args) { // 主方法
        try { // try语句处理异常信息
            pop(); // 调用pop()方法
        } catch (NegativeArraySizeException e) {
            System.out.println("pop()方法抛出的异常");// 输出异常信息
        }
    }

}

Throws抛出异常的规则

1. 如果是不可查异常（unchecked exception），即Error、RuntimeException或它们的子类，那么可以不使用throws关键字来声明要抛出的异常，编译仍能顺利通过，但在运行时会被系统抛出。
2. 必须声明方法可抛出的任何可查异常（checked exception）。即如果一个方法可能出现受可查异常，要么用try-catch语句捕获，要么用throws子句声明将它抛出，否则会导致编译错误
3. 仅当抛出了异常，该方法的调用者才必须处理或者重新抛出该异常。当方法的调用者无力处理该异常的时候，应该继续抛出，而不是囫囵吞枣。
4. 调用方法必须遵循任何可查异常的处理和声明规则。若覆盖一个方法，则不能声明与覆盖方法不同的异常。声明的任何异常必须是被覆盖方法所声明异常的同类或子类。

异常链

Java方法抛出的可查异常将依据调用栈、沿着方法调用的层次结构一直传递到具备处理能力的调用方法，最高层次到main方法为止。如果异常传递到main方法，而main不具备处理能力，也没有通过throws声明抛出该异常，将可能出现编译错误。