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聊聊Java中的异常及处理

jiezi

前言

在编程中异常报错是不可避免的。特别是在学习某个语言初期，看到异常报错就抓耳挠腮，常常开玩笑说编程 1 分钟，改 bug1 小时。今天就让我们来看看什么是异常和怎么合理的处理异常吧！

异常与 error 介绍

下面还是先让我们来看一下基本概念吧！

​ 异常 指程序运行过程中出现的非正常现象，例如用户输入错误、除数为零、需要处理的文件不存在、数组下标越界等。异常机制本质就是当程序出现错误，程序安全退出的机制。在 Java 的异常处理机制中，引进了很多用来描述和处理异常的类，称为异常类。异常类定义中包含了该类异常的信息和对异常进行处理的方法。

​ Java 是采用面向对象的方式来处理异常的。处理过程：

  1. 抛出异常：在执行一个方法时，如果发生异常，则这个方法生成代表该异常的一个对象，停止当前执行路径，并把异常对象提交给 JRE。
  2. 捕获异常：JRE 得到该异常后，寻找相应的代码来处理该异常。JRE 在方法的调用栈中查找，从生成异常的方法开始回溯，直到找到相应的异常处理代码为止。

让我们来看看前面所讲到的异常类究竟是个什么东西!

其实所有的异常对象都是派生于 Throwable 类的一个实例。如果内置的异常类不能够满足需要，还可以创建自己的异常类。所有异常的根类为 java.lang.Throwable。看看它的家族长什么样。

Throwable 类下面主要是两大门派。Error和Exception。

  • Error是程序无法处理的错误，表示运行应用程序中较严重问题，系统 JVM 已经处于不可恢复的崩溃状态中。例如，说内存溢出和线程死锁等系统问题。

  • Exception是程序本身能够处理的异常。

    Exception 类是所有异常类的父类，其子类对应了各种各样可能出现的异常事件。通常 Java 的异常可分为：

    1. RuntimeException 运行时异常
    2. CheckedException 已检查异常

下面我们来研究研究这两个异常。

RuntimeException 和 CheckedException 异同

首先我们先来看看什么是 运行时异常。

这类异常通常是由编程错误导致的，所以在编写程序时，并不要求必须使用异常处理机制来处理这类异常, 而是经常需要通过增加“逻辑处理来避免这些异常”。

比如以下常见的几种异常：

ArithmeticException 异常

 int b=0;
 System.out.println(1/b);
 // 解决：if(b!=0){System.out.println(1/b);
   }

NumberFormatException 异常

String str = "1234abcf";
System.out.println(Integer.parseInt(str));
// 解决：Pattern p = Pattern.compile("^\\d+$");
Matcher m = p.matcher(str);
if (m.matches()) { // 如果 str 匹配代表数字的正则表达式, 才会转换
    System.out.println(Integer.parseInt(str));
}

ClassCastException 异常

Animal a=new Dog();
Cat c=(Cat)a;
// 解决：if (a instanceof Cat) {Cat c = (Cat) a;
}

这里再补充两点，方便大家更好的理解 java 异常的机制和处理过程。

  1. 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。
  2. 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。

上面我们讲述了什么是运行时异常以及一些处理方式，下面就再来看看什么是 已检查异常 吧！

所有不是 RuntimeException 的异常，统称为 Checked Exception，又被称为“已检查异常”，如 IOException、SQLException 等以及用户自定义的 Exception 异常。这类异常在编译时就必须做出处理，否则无法通过编译。

通常异常的处理方式有两种：

  1. 使用“try/catch”捕获异常
  2. 使用“throws”声明异常。

下面就来详细的聊聊吧!

异常的处理

上面已经提了，异常处理通常有 2 种方式。先看看捕获异常吧。

捕获异常 是通过 3 个关键词来实现的：try-catch-finally。用 try 来执行一段程序，如果出现异常，系统抛出一个异常，可以通过它的类型来捕捉 (catch) 并处理它，最后一步是通过 finally 语句为异常处理提供一个统一的出口，finally 所指定的代码都要被执行。

这个捕获异常其实也是我们在面试的时候会经常碰到的问题。下面我们分别再来对各个部分做一个简单的提示吧!

  • try

一个 try 语句必须带有至少一个 catch 语句块或一个 finally 语句块。当异常处理的代码执行结束以后，不会再回到 try 语句去执行尚未执行的代码。

  • catch

每个 try 语句块可以伴随一个或多个 catch 语句，用于处理可能产生的不同类型的异常对象。在此介绍一些常用的方法，这些方法均继承自 Throwable 类。

  1. toString ()方法，显示异常的类名和产生异常的原因。
  2. getMessage()方法，只显示产生异常的原因，但不显示类名。
  3. printStackTrace()方法，用来跟踪异常事件发生时堆栈的内容。

这里有一个需要特别注意的地方，那就是 catch 捕获异常时的捕获顺序：

如果异常类之间有继承关系，在顺序安排上就需注意。越是顶层的类，越放在下面，再不然就直接把多余的 catch 省略掉。也就是说先捕获子类异常再捕获父类异常。

  • finally

finally 语句块中始终都要执行，除了遇到了 System.exit(0)结束程序运行。针对这个特性，所以我们通常在 finally 中关闭程序块已打开的资源，比如：关闭文件流、释放数据库连接等。

即使 try 和 catch 块中存在 return 语句，finally 语句也会执行。是在执行完 finally 语句后再通过 return 退出。

在这里就有一道非常经典的一个面试题。

public class Test {public static void main(String[]args) {System.out.println(new Test().test());;
    }
    static int test(){
       int x = 1;
       try{retun x;}finally{System.out.print("jdbk"+ ++x);
       }
    }
}
// 问输出结果？

先解释哈这里存在的玄妙吧!

看了上面的讲述，我们都知道了当 try 和 catch 中有 return 时，finally 仍然会执行，所以正常逻辑来说此题的答案应该是“jdbk2 2”, 但这里存在一个陷阱，那就是：

finally 是在 return 后面的表达式运算后执行的（此时并没有返回运算后的值，而是先把要返回的值保 存起来，不管 finally 中的代码怎么样，返回的值都不会改变，任然是之前保存的值），所以函数返回值是 在 finally 执行前确定的。因此正确答案应该是：“jdbk2 1”。

还有一点需要注意的就是：finally 中最好不要包含 return，否则程序会提前退出，返回值不是 try 或 catch 中保存的返回值。

接下来再来讲讲 声明异常 吧，它相对来说就比较简单了。

在一些情况下，当前方法并不需要处理发生的异常，而是向上传递给调用它的方法处理。如果一个方法抛出多个已检查异常，就必须在方法的首部列出所有的异常，之间以逗号隔开。

public static void readFile(String fileName) throws FileNotFoundException,IOException {}

需要注意的地方就是：

  1. 在方法重写中声明异常时：子类重写父类方法时，如果父类方法有声明异常，那么子类声明的异常范围不能超过父类声明的范围。
  2. 声明异常我们一般在 server 层中。在 controller 层或则数据访问层一般是捕获异常。

自定义异常

我们为什么要自定义异常？还不是因为在程序中，可能会遇到 JDK 提供的任何标准异常类都无法充分描述清楚我们想要表达的问题。此时我们就可以创建自己的异常类，即自定义异常类。

那我们怎么自定义异常类呢？相信你看了上面的异常类的家族图应该就猜到了。不错，自定义异常类只需从 Exception 类或者它的子类派生一个子类即可。如果你继承 Exception 类，则为受检查异常，必须对其进行处理; 如果不想处理，可以让自定义异常类继承运行时异常 RuntimeException 类。通常我们自定义异常类应该包含 2 个构造器：一个是默认的构造器，另一个是带有详细信息的构造器。这里举一个例子。

/**IllegalAgeException：非法年龄异常，继承 Exception 类 */
class IllegalAgeException extends Exception {
    // 默认构造器
    public IllegalAgeException() {}
    // 带有详细信息的构造器，信息存储在 message 中
    public IllegalAgeException(String message) {super(message);
    }
}

   public void setAge(int age) throws IllegalAgeException {if (age < 0) {throw new IllegalAgeException("人的年龄不应该为负数");
        }
        this.age = age;
    }

最后给大家讲述一点使用异常机制的建议：

1. 要避免使用异常处理代替错误处理，这样会降低程序的清晰性，并且效率低下。

2. 处理异常不可以代替简单测试 — 只在异常情况下使用异常机制。

3. 不要进行小粒度的异常处理 — 应该将整个任务包装在一个 try 语句块中。

4. 异常往往在高层处理。

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