异常处理的基本概念

异常（Exception）是指在程序运行中由代码产生的一种错误。在不支持异常处理的程序设计语言中，每一个运行时错误必须由程序员手动控制。这样不仅会给程序员增加很大的工作量，而且这种方法本身也是很麻烦的。Java语言中的异常处理机制避免了这些问题，在处理的过程中，把程序运行时错误的管理带到了面向对象的世界中。

错误和异常

Java系统中根据错误严重程度的不同,而将运行错分为下面两类：

(1)错误：是指程序在执行过程中所遇到的硬件或操作系统的错误。如内存溢出、虚拟机错等。错误对于程序而言是致命的,错误将导致程序无法运行，而且程序本身不能处理错误，只能依靠外界干预,否则会一直处于非正常状态。

(2)异常：是指在硬件和操作系统正常时,程序遇到的运行错。有些异常是由于算法考虑不周而引起的，也有些是由编程过程中疏忽大意而引发的。如运算时除数为0、操作数超出数据范围、数组下标越界、文件找不到或网络连接中断等。

由于异常是可以检测和处理的，所以就产生了相应的异常处理机制。目前大多数面向对象的语言都提供了异常处理机制，而错误处理一般由系统承担，语言本身不提供错误处理机制。

Java语言的异常处理机制

1. 异常

异常是指程序在运行过程中发生由于算法考虑不周或软件设计错误等导致的程序异常事件。Java提供的异常处理机制是通过面向对象的方法来处理异常的。所以在Java中所有异常都是以类的形式存在的，除了内置的异常类之外，Java也允许用户自行定义异常类。

2. 抛出异常

在一个程序运行过程中，如果发生了异常事件，则产生代表该异常的一个“异常对象”并把它交给运行系统，再由运行系统寻找相应的代码来处理这一异常。生成异常对象并把它提交给运行系统的过程称为抛出异常。异常本身作为一个对象，产生一个异常就是产生一个异常对象。该异常对象中包含了异常事件类型以及发生异常时应用程序目前的状态和调佣过程等必要的信息。

3. 捕获异常

异常抛出后，运行系统从生成异常对象的代码开始，沿方法的调用逐层回潮查找，直到找到包含相应异常处理的方法，并把异常对象提交给该方法为止，这个过程称为捕获异常。

异常本质上是一个在程序执行期间发生的事件，这个事件将中断程序的正常执行。

简单地说，发现异常的代码可以“抛出”一个异常,运行系统“捕获”该异常，并交由程序员编写的相应代码进行异常处理。

异常处理类

在“异常”类层次上的最上层有一个单独的类叫做Throwable,它是java.lang包中的个类。这个类用来表示所有的异常情况,该类派生了两个子类java.lang.Error和java.lang.Exception。一般情况下,通过产生它的子类来创建自己的异常,即Exception类对象是Java程序抛出和处理的对象,它有各种不同的子类分别对应于各种不同类型的异常。由于应用程序不处理Error类所以一般所说的异常都是指Exception类及其子类。

同其他类相同，Exception类有自己的属性和方法，它的构造方法有两个：

public Exception( );
 
public Exception(String s);

第二个构造方法可以接收字符串参数传人的信息,该信息通常是对该异常所对应的错误的描述。

Exception类从父类Throwable那里还继承了若干方法常用的有如下两个：

public String toString      

该方法返回描述当前Exception类信息的字符串。

public void printStackTrace()

该方法没有返回值。他的功能是完成一个输出操作。

异常类的层次结构如图所示：

有关异常类层次结构，请参考  Top 10 Questions about Java Exceptions

异常的处理

使用 try - catch - finally 语句捕获和处理异常

try
{
    要检查的语句序列
}
catch（异常类名 形参对象名）
{
    异常发生时的处理语句序列
}
finally
{
    一定会运行的语句序列
}

代码示例详解

public class TryCatchFinallyExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 尝试执行可能会抛出异常的代码
        try {
            // 调用除法方法，可能会抛出 ArithmeticException 异常
            int result = divide(10, 0);
            // 如果没有抛出异常，这行代码将会执行
            System.out.println("Result: " + result);
        } catch (ArithmeticException e) {
            // 捕获并处理 ArithmeticException 异常
            System.out.println("Exception caught: " + e.getMessage());
        } finally {
            // 无论是否发生异常，finally 块的代码总是会执行
            System.out.println("Finally block executed.");
        }
        // 程序继续执行其余部分
        System.out.println("Program continues...");
    }
    // 一个简单的除法方法，可能会抛出 ArithmeticException
    public static int divide(int a, int b) {
        return a / b; // 这里可能会抛出除以零异常
    }
}

当运行上述代码时：

进入 try 块，调用 divide(10, 0)。

由于 b 为 0，抛出 ArithmeticException 异常。

异常被 catch 块捕获并处理，打印异常信息 "Exception caught: / by zero"。

无论是否发生异常，finally 块中的代码总会执行，打印 "Finally block executed."。

finally 块执行后，程序继续执行 try-catch-finally 结构之后的代码，打印 "Program continues..."。

抛出异常

在Java中，抛出异常（throwing an exception）是指在程序运行过程中检测到某些错误或不正常的情况时，通过 throw 关键字显式地抛出异常对象。抛出的异常可以被捕获和处理，也可以被传播到调用者。

抛出异常的方法

方式一

在方法体内使用throw语句抛出异常对象，其语法格式为：

throw  由异常类所产生的对象；

其中“由异常类所产生的对象”是一个从Throwable 派生的异常类对象。

方式二

在方法头部添加throws子句表示方法将抛出异常。带有throws子句的方法的声明格式如下:

[修饰符]  返回值类型  方法名 （[参数列表]）  throws  异常类列表；

代码示例

// 定义一个自定义异常类，继承自 Exception
class CustomException extends Exception {
    // 构造函数接受一个字符串参数作为异常消息
    public CustomException(String message) {
        super(message); // 调用父类 Exception 的构造函数
    }
}
 
public class ThrowExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 调用可能会抛出自定义异常的方法
            validateNumber(-5);
        } catch (CustomException e) {
            // 捕获并处理自定义异常
            System.out.println("Exception caught: " + e.getMessage());
        } finally {
            // finally 块，无论是否抛出异常都会执行
            System.out.println("Finally block executed.");
        }
        // 主程序继续执行
        System.out.println("Program continues...");
    }
 
    // 定义一个方法，用于验证数字是否为正数，如果不是则抛出自定义异常
    public static void validateNumber(int number) throws CustomException {
        if (number < 0) {
            // 创建并抛出自定义异常
            throw new CustomException("Number must be non-negative");
        }
        // 如果数字是正数，打印验证成功信息
        System.out.println("Number is valid: " + number);
    }
}

异常处理小结

1. 异常类可分为两大类，分别为java.lang.Exception与java.lang.Error类
2. 程序代码没有编写处理异常时，Java语言的默认异常处理机制是：

     (1) 抛出异常

(2) 停止程序的执行

3. 当异常发生时,有两种处理方式

     (1) 交由Java语言默认的异常处理机制作处理

     (2) 自行编写try-catch-finally语句块来捕获异常

4. try语句块若有异常发生时，程序的运行便会中断，抛出“由异常类所产生的对象”，并按下列步骤来运行

(1)  抛出的对象如果属catch()括号内所欲捕获的异常类，catch会捕获此异常，然后进人 catch语句块继续运行

(2)无论try语句块是否捕获异常，或者捕获的异常是否与 catch() 括号中的异常相匹配，最后一定会运行finally语句块中的程序代码

(3)finally块运行结束后,程序转到try-catch-finally语句块之后的语句继续运行

5. RuntimeException 可以不编写异常处理的程序代码，仍然可以编译成功，它是在程序运行时才有可能发生；而 IOException 一定要进行捕获处理才行，它通常用来处理与输人输出有关的操作。
6. 抛出异常有下列两种方式

(1) 系统自动抛出异常

(2) 指定方法抛出异常

7. 方法中没有使用try-catch语句来处理异常，可在方法声明的头部使用throws语句或在方法内部使用throw语句将它送往上一层调用机构去处理。即如果一个方法可能会抛出异常，则可将处理此异常的try-catch-finally块写在调用此方法的程序块内。
8. catch() 括号内只接收由 Throwable 类的子类所产生的对象，其他类均不接受。