Java中的异常和处理详解

简介

Java异常的分类和类结构图

Java标准裤内建了一些通用的异常，这些类以Throwable为顶层父类。

Throwable又派生出Error类和Exception类。

错误：Error类以及他的子类的实例，代表了JVM本身的错误。错误不能被程序员通过代码处理，Error很少出现。因此，程序员应该关注Exception为父类的分支下的各种异常类。

异常：Exception以及他的子类，代表程序运行时发送的各种不期望发生的事件。可以被Java异常处理机制使用，是异常处理的核心。

总体上我们根据Javac对异常的处理要求，将异常类分为2类。

非检查异常（unckecked exception）：Error 和 RuntimeException 以及他们的子类。javac在编译时，不会提示和发现这样的异常，不要求在程序处理这些异常。所以如果愿意，我们可以编写代码处理（使用try...catch...finally）这样的异常，也可以不处理。对于这些异常，我们应该修正代码，而不是去通过异常处理器处理 。这样的异常发生的原因多半是代码写的有问题。如除0错误ArithmeticException，错误的强制类型转换错误ClassCastException，数组索引越界ArrayIndexOutOfBoundsException，使用了空对象NullPointerException等等。

检查异常（checked exception）：除了Error 和 RuntimeException的其它异常。javac强制要求程序员为这样的异常做预备处理工作（使用try...catch...finally或者throws）。在方法中要么用try-catch语句捕获它并处理，要么用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。这样的异常一般是由程序的运行环境导致的。因为程序可能被运行在各种未知的环境下，而程序员无法干预用户如何使用他编写的程序，于是程序员就应该为这样的异常时刻准备着。如SQLException , IOException,ClassNotFoundException 等。

需要明确的是：检查和非检查是对于javac来说的，这样就很好理解和区分了。

初识异常

下面的代码会演示2个异常类型：ArithmeticException 和 InputMismatchException。前者由于整数除0引发，后者是输入的数据不能被转换为int类型引发。

package com.example;
import java. util .Scanner ;
public class AllDemo
{
      public static void main (String [] args )
      {
            System . out. println( "----欢迎使用命令行除法计算器----" ) ;
            CMDCalculate ();
      }
      public static void CMDCalculate ()
      {
            Scanner scan = new Scanner ( System. in );
            int num1 = scan .nextInt () ;
            int num2 = scan .nextInt () ;
            int result = devide (num1 , num2 ) ;
            System . out. println( "result:" + result) ;
            scan .close () ;
      }
      public static int devide (int num1, int num2 ){
            return num1 / num2 ;
      }
}
/*****************************************

----欢迎使用命令行除法计算器----
2
0
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException : / by zero
    at com.example.AllDemo.devide( AllDemo.java:30 )
    at com.example.AllDemo.CMDCalculate( AllDemo.java:22 )
    at com.example.AllDemo.main( AllDemo.java:12 )

----欢迎使用命令行除法计算器----
1
r
Exception in thread "main" java.util.InputMismatchException
    at java.util.Scanner.throwFor( Scanner.java:864 )
    at java.util.Scanner.next( Scanner.java:1485 )
    at java.util.Scanner.nextInt( Scanner.java:2117 )
    at java.util.Scanner.nextInt( Scanner.java:2076 )
    at com.example.AllDemo.CMDCalculate( AllDemo.java:20 )
    at com.example.AllDemo.main( AllDemo.java:12 )
*****************************************/

异常最先发生的地方，叫做异常抛出点。

从上面的例子可以看出，当devide函数发生除0异常时，devide函数将抛出ArithmeticException异常，因此调用他的CMDCalculate函数也无法正常完成，因此也发送异常，而CMDCalculate的caller——main 因为CMDCalculate抛出异常，也发生了异常，这样一直向调用栈的栈底回溯。这种行为叫做异常的冒泡，异常的冒泡是为了在当前发生异常的函数或者这个函数的caller中找到最近的异常处理程序。由于这个例子中没有使用任何异常处理机制，因此异常最终由main函数抛给JRE，导致程序终止。

上面的代码不使用异常处理机制，也可以顺利编译，因为2个异常都是非检查异常。但是下面的例子就必须使用异常处理机制，因为异常是检查异常。

代码中我选择使用throws声明异常，让函数的调用者去处理可能发生的异常。但是为什么只throws了IOException呢？因为FileNotFoundException是IOException的子类，在处理范围内。

@Test
public void testException() throws IOException
{
    //FileInputStream的构造函数会抛出FileNotFoundException
    FileInputStream fileIn = new FileInputStream("E:\\a.txt");
   
    int word;
    //read方法会抛出IOException
    while((word =  fileIn.read())!=-1)
    {
        System.out.print((char)word);
    }
    //close方法会抛出IOException
    fileIn.clos
}

throws声明：如果一个方法内部的代码会抛出检查异常（checked exception），而方法自己又没有完全处理掉，则javac保证你必须在方法的签名上使用throws关键字声明这些可能抛出的异常，否则编译不通过。

throws是另一种处理异常的方式，它不同于try...catch...finally，throws仅仅是将函数中可能出现的异常向调用者声明，而自己则不具体处理。

采取这种异常处理的原因可能是：方法本身不知道如何处理这样的异常，或者说让调用者处理更好，调用者需要为可能发生的异常负责。

public void foo() throws ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN
{
    //foo内部可以抛出 ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN 类的异常，或者他们的子类的异常对象。
}

finally块

finally块不管异常是否发生，只要对应的try执行了，则它一定也执行。只有一种方法让finally块不执行：System.exit()。因此finally块通常用来做资源释放操作：关闭文件，关闭数据库连接等等。

良好的编程习惯是：在try块中打开资源，在finally块中清理释放这些资源。

需要注意的地方:

1、finally块没有处理异常的能力。处理异常的只能是catch块。

2、在同一try...catch...finally块中 ，如果try中抛出异常，且有匹配的catch块，则先执行catch块，再执行finally块。如果没有catch块匹配，则先执行finally，然后去外面的调用者中寻找合适的catch块。

3、在同一try...catch...finally块中 ，try发生异常，且匹配的catch块中处理异常时也抛出异常，那么后面的finally也会执行：首先执行finally块，然后去外围调用者中寻找合适的catch块。

这是正常的情况，但是也有特例。关于finally有很多恶心，偏、怪、难的问题，我在本文最后统一介绍了，>：finally块和return

throw 异常抛出语句

throw exceptionObject

程序员也可以通过throw语句手动显式的抛出一个异常。throw语句的后面必须是一个异常对象。

throw 语句必须写在函数中，执行throw 语句的地方就是一个异常抛出点，它和由JRE自动形成的异常抛出点没有任何差别。

public void save(User user)
{
      if(user  == null)
          throw new IllegalArgumentException("User对象为空");
      //......
       
}

异常的链化

在一些大型的，模块化的软件开发中，一旦一个地方发生异常，则如骨牌效应一样，将导致一连串的异常。假设B模块完成自己的逻辑需要调用A模块的方法，如果A模块发生异常，则B也将不能完成而发生异常，但是B在抛出异常时，会将A的异常信息掩盖掉，这将使得异常的根源信息丢失。异常的链化可以将多个模块的异常串联起来，使得异常信息不会丢失。

异常链化:以一个异常对象为参数构造新的异常对象。新的异对象将包含先前异常的信息。这项技术主要是异常类的一个带Throwable参数的函数来实现的。这个当做参数的异常，我们叫他根源异常（cause）。

查看Throwable类源码，可以发现里面有一个Throwable字段cause，就是它保存了构造时传递的根源异常参数。这种设计和链表的结点类设计如出一辙，因此形成链也是自然的了。

public class Throwable implements Serializable {
    private Throwable cause = this;
 
    public Throwable(String message, Throwable cause) {
        fillInStackTrace();
        detailMessage = message;
        this.cause = cause;
    }
    public Throwable(Throwable cause) {
        fillInStackTrace();
        detailMessage = (cause==null ? null : cause.toString());
        this.cause = cause;
    }
   
    //........
} 

下面是一个例子，演示了异常的链化：从命令行输入2个int，将他们相加，输出。输入的数不是int，则导致getInputNumbers异常，从而导致add函数异常，则可以在add函数中抛出

一个链化的异常。

public static void main(String[] args)
{
   
    System.out.println("请输入2个加数");
    int result;
    try
    {
        result = add();
        System.out.println("结果:"+result);
    } catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
    }
}
//获取输入的2个整数返回
private static List<Integer> getInputNumbers()
{
    List<Integer> nums = new ArrayList<>();
    Scanner scan = new Scanner(System.in);
    try {
        int num1 = scan.nextInt();
        int num2 = scan.nextInt();
        nums.add(new Integer(num1));
        nums.add(new Integer(num2));
    }catch(InputMismatchException immExp){
        throw immExp;
    }finally {
        scan.close();
    }
    return nums;
}

//执行加法计算
private static int add() throws Exception
{
    int result;
    try {
        List<Integer> nums =getInputNumbers();
        result = nums.get(0)  + nums.get(1);
    }catch(InputMismatchException immExp){
        throw new Exception("计算失败",immExp);  /////////////////////////////链化:以一个异常对象为参数构造新的异常对象。
    }
    return  result;
}

/*
请输入2个加数
r 1
java.lang.Exception: 计算失败
    at practise.ExceptionTest.add(ExceptionTest.java:53)
    at practise.ExceptionTest.main(ExceptionTest.java:18)
Caused by: java.util.InputMismatchException
    at java.util.Scanner.throwFor(Scanner.java:864)
    at java.util.Scanner.next(Scanner.java:1485)
    at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2117)
    at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2076)
    at practise.ExceptionTest.getInputNumbers(ExceptionTest.java:30)
    at practise.ExceptionTest.add(ExceptionTest.java:48)
    ... 1 more

*/

自定义异常

如果要自定义异常类，则扩展Exception类即可，因此这样的自定义异常都属于检查异常（checked exception）。如果要自定义非检查异常，则扩展自RuntimeException。

按照国际惯例，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。

异常的注意事项

1、当子类重写父类的带有 throws声明的函数时，其throws声明的异常必须在父类异常的可控范围内——用于处理父类的throws方法的异常处理器，必须也适用于子类的这个带throws方法 。这是为了支持多态。

例如，父类方法throws 的是2个异常，子类就不能throws 3个及以上的异常。父类throws IOException，子类就必须throws IOException或者IOException的子类。

 至于为什么？我想，也许下面的例子可以说明。

class Father
{
    public void start() throws IOException
    {
        throw new IOException();
    }
}

class Son extends Father
{
    public void start() throws Exception
    {
        throw new SQLException();
    }
}
/**********************假设上面的代码是允许的（实质是错误的）***********************/
class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Father[] objs = new Father[2];
        objs[0] = new Father();
        objs[1] = new Son();

        for(Father obj:objs)
        {
        //因为Son类抛出的实质是SQLException，而IOException无法处理它。
        //那么这里的try。。catch就不能处理Son中的异常。
        //多态就不能实现了。
            try {
                obj.start();
            }catch(IOException)
            {
                //处理IOException
            }
        }
  }
}

2、Java程序可以是多线程的。每一个线程都是一个独立的执行流，独立的函数调用栈。如果程序只有一个线程，那么没有被任何代码处理的异常 会导致程序终止。如果是多线程的，那么没有被任何代码处理的异常仅仅会导致异常所在的线程结束。

finally块和return

首先一个不容易理解的事实：在 try块中即便有return，break，continue等改变执行流的语句，finally也会执行。

public static void main(String[] args)
{
    int re = bar();
    System.out.println(re);
}
private static int bar()
{
    try{
        return 5;
    } finally{
        System.out.println("finally");
    }
}
/*输出：
finally
5
*/

 也就是说：try...catch...finally中的return 只要能执行，就都执行了，他们共同向同一个内存地址（假设地址是0x80）写入返回值，后执行的将覆盖先执行的数据，而真正被调用者取的返回值就是最后一次写入的。那么，按照这个思想，下面的这个例子也就不难理解了。

finally中的return 会覆盖 try 或者catch中的返回值。

• 不要在fianlly中使用return。
• 不要在finally中抛出异常。
• 减轻finally的任务，不要在finally中做一些其它的事情，finally块仅仅用来释放资源是最合适的。
• 将尽量将所有的return写在函数的最后面，而不是try ... catch ... finally中。