Java中的异常Exception和捕获，自定义异常

1. 异常概述

1.1 什么是程序的异常

 在使用计算机语言进行项目开发的过程中，即使程序员把代码写得尽善尽美，在系统的运行过程中仍然会遇到一些问题，因为很多问题不是靠代码能够避免的。

异常 ：指的是程序在执行过程中，出现的非正常情况，如果不处理最终会导致JVM的非正常停止。

异常指的并不是语法错误和逻辑错误。语法错了，编译不通过，不会产生字节码文件，根本不能运行。代码逻辑错误，只是没有得到想要的结果，例如：求a与b的和，你写成了a-b。

1.2 异常的抛出机制

 Java中把不同的异常用不同的类表示，一旦发生某种异常，就创建该异常类型的对象，并且抛出（throw）。然后程序员可以捕获(catch)到这个异常对象，并处理；如果没有捕获(catch)这个异常对象，那么这个异常对象将会导致程序终止。

模拟程序会产生一个数组角标越界异常（ArrayIndexOfBoundsException）：

public class ArrayTools {
    // 对给定的数组通过给定的角标获取元素。
    public static int getElement(int[] arr, int index) {
        int element = arr[index];
        return element;
    }
}
//测试类
public class ExceptionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = { 34, 12, 67 };
        intnum = ArrayTools.getElement(arr, 4)
        System.out.println("num=" + num);
        System.out.println("over");
    }
}

上述程序执行过程图解：

1.3 如何对待异常

 对于程序出现的异常，一般有两种解决方法：一是遇到错误就终止程序的运行。另一种方法是程序员在编写程序时，就充分考虑到各种可能发生的异常和错误，极力预防和避免。实在无法避免的，要编写相应的代码进行异常的检测、以及异常的处理，保证代码的健壮性。

2. Java异常体系

2.1 Throwable

Throwable中的常用方法：

• public void printStackTrace()：打印异常的详细信息。

包含了异常的类型、异常的原因、异常出现的位置、在开发和调试阶段都得使用printStackTrace。

• public String getMessage()：获取发生异常的原因。

2.2 Error 和 Exception

Throwable可分为两类：Error和Exception。分别对应着java.lang.Error与java.lang.Exception两个类。

Error：Java虚拟机无法解决的严重问题。如：JVM系统内部错误、资源耗尽等严重情况。一般不编写针对性的代码进行处理。

• 例如：StackOverflowError（栈内存溢出）和OutOfMemoryError（堆内存溢出，简称OOM）。

Exception: 其它因编程错误或偶然的外在因素导致的一般性问题，需要使用针对性的代码进行处理，使程序继续运行。否则一旦发生异常，程序也会挂掉。

• 空指针访问
• 试图读取不存在的文件
• 网络连接中断
• 数组角标越界
• …

说明：

• 无论是Error还是Exception，还有很多子类，异常的类型非常丰富。当代码运行出现异常时，特别是我们不熟悉的异常时，不要紧张，把异常的类名，找到对应API中去了解是什么类型的异常。

2.3 编译时异常和运行时异常

Java程序的执行分为编译时过程和运行时过程。有的错误只有在运行时才会发生。

根据异常可能出现的阶段，可以将异常分为：

• 编译时期异常（即checked异常、受检异常）：在代码编译阶段，编译器就能明确警示当前代码可能发生（不是一定发生）xx异常，并明确督促程序员提前编写处理它的代码。如果程序员没有编写对应的异常处理代码，则编译器就会直接判定编译失败，从而不能生成字节码文件。通常，这类异常的发生不是由程序员的代码引起的，或者不是靠加简单判断就可以避免的，例如：FileNotFoundException（文件找不到异常）。
• 运行时期异常（即runtime异常、unchecked异常、非受检异常）：在代码编译阶段，编译器完全不做任何检查，无论该异常是否会发生，编译器都不给出任何提示。只有等代码运行起来并确实发生了xx异常，它才能被发现。通常，这类异常是由程序员的代码编写不当引起的，只要稍加判断，或者细心检查就可以避免。

• java.lang.RuntimeException:类及它的子类都是运行时异常。比如：ArrayIndexOutOfBoundsException:数组下标越界异常，ClassCastException类型转换异常。

3. 常见的错误和异常

3.1 Error

最常见的就是VirtualMachineError，它有两个经典的子类：StackOverflowError、OutOfMemoryError。

@Test
public void test01(){
    //StackOverflowError
    recursion();
}
public void recursion(){ //递归方法
    recursion(); 
}

@Test
public void test02(){
    //OutOfMemoryError
    //方式一：
    int[] arr = new int[Integer.MAX_VALUE];
}

3.2 运行时异常

@Test
public void test05(){
    int a = 1;
    int b = 0;
    //ArithmeticException
    System.out.println(a/b);
}

3.3 编译时异常

@Test
public void test06() {
    Thread.sleep(1000);//休眠1秒  InterruptedException
}

4. 异常的处理

4.1 异常处理概述

 在编写程序时，经常要在可能出现错误的地方加上检测的代码，如进行x/y运算时，要检测分母为0，数据为空，输入的不是数据而是字符等。过多的if-else分支会导致程序的代码加长、臃肿，可读性差，程序员需要花很大的精力“堵漏洞”。因此采用异常处理机制。

Java异常处理:

Java采用的异常处理机制，是将异常处理的程序代码集中在一起，与正常的程序代码分开，使得程序简洁、优雅，并易于维护。

Java异常处理的方式：

方式一： try-catch-finally

方式二： throws + 异常类型

4.2 捕获异常（try-catch-finally）

Java提供了异常处理的抓抛模型。

• Java程序的执行过程中如出现异常，会生成一个异常类对象，该异常对象将被提交给Java运行时系统，这个过程称为抛出(throw)异常。
• 如果一个方法内抛出异常，该异常对象会被抛给调用者方法中处理。如果异常没有在调用者方法中处理，它继续被抛给这个调用方法的上层方法。这个过程将一直继续下去，直到异常被处理。这一过程称为捕获(catch)异常。
• 如果一个异常回到main()方法，并且main()也不处理，则程序运行终止。

4.2.1 try-catch-finally基本格式

try{
  ......  //可能产生异常的代码
}
catch( 异常类型1 e ){
  ......  //当产生异常类型1型异常时的处置措施
}
catch( 异常类型2 e ){
  ......  //当产生异常类型2型异常时的处置措施
}  
finally{
  ...... //无论是否发生异常，都无条件执行的语句
} 

1、整体执行过程：

当某段代码可能发生异常，不管这个异常是编译时异常（受检异常）还是运行时异常（非受检异常），我们都可以使用try块将它括起来，并在try块下面编写catch分支尝试捕获对应的异常对象。

• 如果在程序运行时，try块中的代码没有发生异常，那么catch所有的分支都不执行。
• 如果在程序运行时，try块中的代码发生了异常，根据异常对象的类型，将从上到下选择第一个匹配的catch分支执行。此时try中发生异常的语句下面的代码将不执行，而整个try…catch之后的代码可以继续运行。
• 如果在程序运行时，try块中的代码发生了异常，但是所有catch分支都无法匹配（捕获）这个异常，那么JVM将会终止当前方法的执行，并把异常对象“抛”给调用者。如果调用者不处理，程序就挂了。

2、try：

捕获异常的第一步是用try{…}语句块选定捕获异常的范围，将可能出现异常的业务逻辑代码放在try语句块中。

3、catch (Exceptiontype e)

• catch分支，分为两个部分，catch()中编写异常类型和异常参数名，{}中编写如果发生了这个异常，要做什么处理的代码。
• 如果明确知道产生的是何种异常，可以用该异常类作为catch的参数；也可以用其父类作为catch的参数。
  比如：可以用ArithmeticException类作为参数的地方，就可以用RuntimeException类作为参数，或者用所有异常的父类Exception类作为参数。但不能是与ArithmeticException类无关的异常，如NullPointerException（catch中的语句将不会执行）。
• 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。
• 如果有多个catch分支，并且多个异常类型有父子类关系，必须保证小的子异常类型在上，大的父异常类型在下。否则，报错。
• catch中常用异常处理的方式

• public String getMessage()：获取异常的描述信息，返回字符串
• public void printStackTrace()：打印异常的跟踪栈信息并输出到控制台。包含了异常的类型、异常的原因、还包括异常出现的位置，在开发和调试阶段，都得使用printStackTrace()。

4.2.2 finally使用及举例

• 因为异常会引发程序跳转，从而会导致有些语句执行不到。而程序中有一些特定的代码无论异常是否发生，都需要执行。例如，数据库连接、输入流输出流、Socket连接、Lock锁的关闭等，这样的代码通常就会放到finally块中。所以，我们通常将一定要被执行的代码声明在finally中。

• 唯一的例外，使用 System.exit(0) 来终止当前正在运行的 Java 虚拟机。

• 不论在try代码块中是否发生了异常事件，catch语句是否执行，catch语句是否有异常，catch语句中是否有return，finally块中的语句都会被执行。
• finally语句和catch语句是可选的，但finally不能单独使用。

4.3 声明抛出异常类型（throws）

 如果在编写方法体的代码时，某句代码可能发生某个编译时异常，不处理编译不通过，但是在当前方法体中可能不适合处理或无法给出合理的处理方式，则此方法应显示地声明抛出异常，表明该方法将不对这些异常进行处理，而由该方法的调用者负责处理。

具体方式： 在方法声明中用throws语句可以声明抛出异常的列表，throws后面的异常类型可以是方法中产生的异常类型，也可以是它的父类。

4.3.1 throws基本格式

声明异常格式：

修饰符 返回值类型 方法名(参数) throws 异常类名1,异常类名2…{ }

在throws后面可以写多个异常类型，用逗号隔开。

public void readFile(String file)  throws FileNotFoundException,IOException {
  ...
  // 读文件的操作可能产生FileNotFoundException或IOException类型的异常
  FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
    //...
}

 throws后面也可以写运行时异常类型，只是运行时异常类型，写或不写对于编译器和程序执行来说都没有任何区别。如果写了，唯一的区别就是调用者调用该方法后，使用try…catch结构时，IDEA可以获得更多的信息，需要添加哪种catch分支。

4.3.2 方法重写中throws的要求

方法重写时：

（1）方法名必须相同

（2）形参列表必须相同

（3）返回值类型

• 基本数据类型和void：必须相同
• 引用数据类型：<=

（4）权限修饰符：>=，而且要求父类被重写方法在子类中是可见的

（5）不能是static，final修饰的方法

对于throws异常列表要求：

• 如果父类被重写方法的方法签名后面没有 “throws 编译时异常类型”，那么重写方法时，方法签名后面也不能出现“throws 编译时异常类型”。
• 如果父类被重写方法的方法签名后面有 “throws 编译时异常类型”，那么重写方法时，throws的编译时异常类型必须 <= 被重写方法throws的编译时异常类型，或者不throws编译时异常。
• 方法重写，对于“throws 运行时异常类型”没有要求。

4.4 两种异常处理方式的选择

对于异常，使用相应的处理方式。此时的异常，主要指的是编译时异常

• 如果程序代码中，涉及到资源的调用（流、数据库连接、网络连接等），则必须考虑使用try-catch-finally来处理，保证不出现内存泄漏。
• 如果父类被重写的方法没有throws异常类型，则子类重写的方法中如果出现异常，只能考虑使用try-catch-finally进行处理，不能throws。
• 开发中，方法a中依次调用了方法b,c,d等方法，方法b,c,d之间是递进关系。此时，如果方法b,c,d中有异常，我们通常选择使用throws，而方法a中通常选择使用try-catch-finally。

5. 手动抛出异常对象：throw

Java 中异常对象的生成有两种方式：

• 由虚拟机自动生成：程序运行过程中，虚拟机检测到程序发生了问题，那么针对当前代码，就会在后台自动创建一个对应异常类的实例对象并抛出。
  
• 由开发人员手动创建：new 异常类型([实参列表]);，如果创建好的异常对象不抛出对程序没有任何影响，和创建一个普通对象一样，但是一旦throw抛出，就会对程序运行产生影响了。
  

5.1 使用格式

throw new 异常类名(参数);

throw语句抛出的异常对象，和JVM自动创建和抛出的异常对象一样。

• 如果是编译时异常类型的对象，同样需要使用throws或者try…catch处理，否则编译不通过。
• 如果是运行时异常类型的对象，编译器不提示。
• 可以抛出的异常必须是Throwable或其子类的实例。

5.2 使用注意点

无论是编译时异常类型的对象，还是运行时异常类型的对象，如果没有被try..catch合理的处理，都会导致程序崩溃。

throw语句会导致程序执行流程被改变，throw语句是明确抛出一个异常对象，因此它下面的代码将不会执行。

如果当前方法没有try…catch处理这个异常对象，throw语句就会代替return语句提前终止当前方法的执行，并返回一个异常对象给调用者。

6. 自定义异常

6.1 为什么需要自定义异常类

 Java中不同的异常类，分别表示着某一种具体的异常情况。那么在开发中总是有些异常情况是核心类库中没有定义好的，此时我们需要根据自己业务的异常情况来定义和业务相关的异常类。

6.2 如何自定义异常类

（1）要继承一个异常类型

自定义一个编译时异常类型：自定义类继承java.lang.Exception。

自定义一个运行时异常类型：自定义类继承java.lang.RuntimeException。

（2）建议提供至少两个构造器，一个是无参构造，一个是(String message)构造器。

（3）自定义异常需要提供serialVersionUID

6.3 注意点

1. 自定义的异常只能通过throw抛出。
2. 自定义异常最重要的是异常类的名字和message属性。当异常出现时，可以根据名字判断异常类型。比如：TeamException(“成员已满，无法添加”);
3. 自定义异常对象只能手动抛出。抛出后由try…catch处理，也可以甩锅throws给调用者处理。

示例：

//自定义异常：
public class NotTriangleException extends Exception{
    static final long serialVersionUID = 13465653435L;
    public NotTriangleException() {
    }
    public NotTriangleException(String message) {
        super(message);
    }
}
//手动抛出异常对象
throw new NotTriangleException("输入数据不正确");

7. 总结

异常处理5个关键字：

世界上最遥远的距离，是我在if里你在else里，似乎一直相伴又永远分离；

世界上最痴心的等待，是我当case你是switch，或许永远都选不上自己；

世界上最真情的相依，是你在try我在catch。无论你发神马脾气，我都默默承受，静静处理。到那时，再来期待我们的finally。