Java 中的异常处理

一、认识异常

程序中可能会有很多意想不到的问题的出现，这些问题中，有些是在编写阶段时就无法编译通过，比如写代码时变量名写错，出现语法错误 java.lang.Error: Unresolved compilation problem ……；有些是在程序运行的时候出现的，比如一个除法程序，结果用户输入的除数是 0，那么就会引发 java.lang.ArithmeticException 等等。异常发生的原因很多，但无论怎样，这些异常和其他的对象一样，都只是类的实例。

1.1 异常分类

Java 中异常处理主要有三类：

• 检查性异常（Checked Exception）：检查一词可以理解为编译器对代码的检查，如果代码中含有此类异常且没有进行处理，编译就无法通过，比如文件无法找到的异常等。这种异常可以说是 Java 的特色，其他流行语言少有这种异常。这样的异常一般是由程序运行的环境所导致的，程序员无法知道程序最终的运行环境，所以应该时刻准备好应对这些异常（用 try ... catch ... 捕获并处理）；
• 运行时异常（Runtime Exception）：这是编译器无法检查到，程序运行时才会出现的异常，比如除数为零这样的异常。对于这类异常，程序员应该先尝试直接修改代码的逻辑避免出现此类异常，实在不行时再用 try ... catch ... 去捕获它并进行处理。一个好的代码，应该尽可能少地抛出运行时异常；
• 错误（Error）：错误是 Java 程序无法处理的严重故障，程序员一般不应该去捕获它们，捕获了可能也无法处理，这也是程序员无法预见的，在编译时编译器也无法检查到，大部分错误都与程序员执行的操作无关，而是虚拟机本身在平台上的运行出现了问题。

下面是异常机制的继承关系图：

异常继承关系图

1.2 内置异常

Java 语言内置的标准异常类型都在 java.lang 标准包中。

1.2.1 运行时异常

下面只列出部分常用的运行时异常：

1.2.2 检查性异常

下面只列出部分检查性异常：

1.2.3 错误

下面只列出部分错误类型：

1.3 异常的方法

这里只说明 Throwable 的方法，其子类异常还有其他自己的方法，这里不展开讲述。下面是 Throwable 类的主要方法：

二、捕获异常

2.1 try ... catch ... 语句

和 C++ 语言类似，使用 try 关键字和 catch 关键字捕获异常。在 try 语句块中的部分代码是可能出现异常的代码，catch 关键字后面表示捕获哪一种特殊的异常，并在其语句块中进行相应的处理。

try {
// 某种异常} catch (ExceptionTypee) { // ExceptionType表示某种异常类型，e是这个异常实例对象的引用名// 处理方式}

下面是一个使用 try ... catch ... 的示例：

publicclassTest {
publicstaticvoidmain(String[] args) {
System.out.println(divide(1, 0));
// Output:// 除数不能为零！// 0    }
publicstaticintdivide(intnum1, intnum2) {
try {
returnnum1/num2;
        } catch (ArithmeticExceptione) {
System.out.println("除数不能为零！");
return0;
        }
    }
}

2.2 多重捕获

当异常类型不只一种的时候，就需要多重捕获。

try {
// 某种异常} catch (ExceptionType1e1) {
// 对于第一种异常的处理方式} catch (ExceptionType2e2) {
// 对于第二种异常的处理方式}

2.3 finally 关键字

这个 finally 关键字和 Python 异常处理中的 finally 关键字类似，都是在 try ... catch ... 语句执行完后执行 finally 关键字中的内容。

try {
// 捕获异常} catch (ExceptionTypee) {
// 处理异常} finally {
// 最后执行（不管上面是否对异常进行了处理）}

下面和 Python 的异常处理进行对比：

""" Python 的异常处理 """try:
    ...  # 捕获异常exceptExceptionTypease:  # e是异常类型的实例对象的引用变量名    ...  # 处理异常else:
    ...  # 没有异常时执行的代码finally:
    ...  # 最后必定执行的代码

除了 else 是 Python 中特有的用法之外，其余部分和 Java 中的几乎完全相同。

另外，标准 C++ 的异常处理中没有 finally 关键字（MSVC 中有个 __finally 关键字做了 finally 的替代，但其他的 C++ 编译器不一定有）

总结一下，下面是 try ... catch ... finally ... 语句的执行流程图：

try ... catch ... finally ... 语句

此外，还要注意以下几点问题：

• catch 或者 finally 关键字不能独立于 try 关键字而存在；
• 当不是 try-with-resources 语法时，try 后面必须接上 catch 或者 finally 关键字；
• 多重捕获时，具体异常要放在宽泛异常之前，不然无法捕获到（逻辑上宽泛异常包含了具体异常）；

2.4 try-with-resources 语法糖

try-with-resouces 语法糖是 Java 的一种特殊语法，是在 Java7 为了简化语法（方便打开资源）而引入的。在 Java7 之前，打开文件、套接字等，都需要程序员手动地去关闭这些资源，很麻烦，用 finally 也不方便。于是就在 Java7 出现了这个语法糖，它可以在执行完相关的操作后自动关闭这些资源。

该语法糖的基本格式如下：

try (resource_declaration_1; resource_declaration_2; ...) { // 圆括号内可声明或实例化一个或多个（用分号间隔）资源对象// 使用的资源} // 执行完后，资源对象将被自动关闭，关闭顺序与声明或实例化顺序相反

下面是一个示例：

publicstaticvoidtry_with_res() throwsIOException { // 下面产生的异常（被声明了）会传递到方法外部，相当于处理了（后面会讲）try (Scanners=newScanner(newFile("input.txt")); PrintWriterw=newPrintWriter(newFile("output.txt"))) {
while (s.hasNext())
w.print(s.nextLine());
    }
}

其实这个语法糖在资源打开操作方面和 Python 中的 with 关键字有异曲同工之妙，都可以简化资源的操作（打开后自动关闭），下面给出一个示例（Python3.8）以进行对比：

withopen('input.txt', 'r') asinput_file, open('output.txt', 'w') asoutput_file:
whileline :=input_file.readline():
output_file.write(line)

三、抛出异常和声明异常

3.1 throw 关键字

程序员可以用 throw 关键字来显式地抛出异常。

thrownewExceptionObject(...);

下面是一个示例：

publicstaticvoidCheckArgument(Objectarg) {
if (arginstanceofInteger) {
thrownewIllegalArgumentException("参数类型不能为整型！");
    }
}

3.2 throws 关键字

程序员可以用 throws 关键字来为方法声明可能抛出的异常，这只是一个声明，并非运行时一定抛出该异常。当该方法中真的抛出声明中指定的异常时，此异常就会向外传递到方法外部，也就是调用该方法的地方。throws 关键字放在方法头之后，花括号之前，后面跟要声明的异常，可以有多个，通过逗号间隔。

下面是一个示例：

publicstaticvoidCheckArgument(Objectarg) throwsIllegalArgumentException, UnknownError {
if (arginstanceofInteger) {
thrownewIllegalArgumentException("参数类型不能为整型！");
    }
}

四、自定义异常

程序员除了可以使用 Java 内置的异常之外，还可以自己定义一个异常来使用，但无论怎样，自定义的异常也是异常最顶层父类 Throwable 的子类。用途的不同的异常，需要继承的父类异常也不一样，若是要自定义运行时异常，则应该继承类 RuntimeException；若是检查性异常，则应该继承类 Exception；若是错误，则应该继承类 Error。

自定义的异常类型和其他的异常一样，实际都是对象。自定义的异常一般应该满足以下条件，当然，这不是强制的：

• 有一个无参构造函数；
• 有一个带有 String 参数的构造函数，并传递给父类的构造函数；
• 有一个带有 Throwable 参数的构造函数，并传递给父类的构造函数；
• 有一个带有 String 参数和 Throwable 参数，并都传递给父类构造函数；

下面是一个自定义异常的简单示例：

classZeroDivisionExceptionextendsArithmeticException {
}