【JavaSE】基础笔记 - 异常（Exception）

1、异常的概念和体系结构

1.1、异常的概念

在日常开发中，绞尽脑汁将代码写的尽善尽美，在程序运行过程中，难免会出现一些奇奇怪怪的问题。有时通过代码很难去控制，比如：数据格式不对、网络不通畅、内存报警等。

当出现这些问题时，JVM虚拟机会自动捕获这些问题并抛出错误信息。在Java中，将程序执行过程中发生的不正常行为称为异常。

例如：

（1）算术异常

System.out.println(10 / 0);

（2）数组越界异常

int[] arr = {1, 2, 3};

System.out.println(arr[100]);

（3）空指针异常

int[] arr = null;

System.out.println(arr.length);

从上述过程中可以看到，java中不同类型的异常，都有与其对应的类来进行描述。

1.2、 异常的体系结构

异常种类繁多，为了对不同异常或者错误进行很好的分类管理，Java内部维护了一个异常的体系结构：

从上图中可以看到：

1. Throwable：是异常体系的顶层类，其派生出两个重要的子类, Error 和 Exception
2. Error：指的是Java虚拟机无法解决的严重问题，比如：JVM的内部错误、资源耗尽等，典型代表：StackOverflowError和OutOfMemoryError，一旦发生回力乏术。
3. Exception：异常产生后程序员可以通过代码进行处理，使程序继续执行。比如：感冒、发烧。我们平时所说的异常就是Exception。

1.3 异常的分类

异常可能在编译时发生，也可能在程序运行时发生，根据发生的时机不同，可以将异常分为：

1. 编译时异常

在程序编译期间发生的异常，称为编译时异常，也称为受检查异常(Checked Exception)

2. 运行时异常

在程序执行期间发生的异常，称为运行时异常，也称为非受检查异常(Unchecked Exception)

RunTimeException以及其子类对应的异常，都称为运行时异常。

比如：NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException、ArithmeticException。

注意：编译时出现的语法性错误，不能称之为异常。例如将 System.out.println 拼写错了, 写成了system.out.println. 此时编译过程中就会出错, 这是 "编译期" 出错。而运行时指的是程序已经编译通过得到class 文件了, 再由 JVM 执行过程中出现的错误。

2、异常的处理

2.1、防御式编程

错误在代码中是客观存在的. 因此我们要让程序出现问题的时候及时通知程序猿。主要的方式

1. LBYL: Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查。即：事前防御型

boolean ret = false;
        ret = 登陆游戏();
        if (!ret) {
            处理登陆游戏错误;
            return;
        }
        ret = 开始匹配();
        if (!ret) {
            处理匹配错误;
            return;
        }
        ret = 游戏确认();
        if (!ret) {
            处理游戏确认错误;
            return;
        }
        ret = 选择英雄();
        if (!ret) {
            处理选择英雄错误;
            return;
        }
        ret = 载入游戏画面();
        if (!ret) {
            处理载入游戏错误;
            return;
        }

缺陷：正常流程和错误处理流程代码混在一起, 代码整体显的比较混乱。

2. EAFP: It's Easier to Ask Forgiveness than Permission. "事后获取原谅比事前获取许可更容易". 也就是先操作, 遇到问题再处理. 即：事后认错型

try {
            登陆游戏();
            开始匹配();
            游戏确认();
            选择英雄();
            载入游戏画面();
...
        } catch (登陆游戏异常) {
            处理登陆游戏异常;
        } catch (开始匹配异常) {
            处理开始匹配异常;
        } catch (游戏确认异常) {
            处理游戏确认异常;
        } catch (选择英雄异常) {
            处理选择英雄异常;
        } catch (载入游戏画面异常) {
            处理载入游戏画面异常;
        }

优势：正常流程和错误流程是分离开的, 程序员更关注正常流程，代码更清晰，容易理解代码

2.2、异常的抛出

在编写程序时，如果程序中出现错误，此时就需要将错误的信息告知给调用者，比如：参数检测。

在Java中，可以借助throw关键字，抛出一个指定的异常对象，将错误信息告知给调用者。具体语法如下：

throw new XXXException("异常产生的原因");

【注意事项】

1. throw必须写在方法体内部
2. 抛出的对象必须是Exception 或者 Exception 的子类对象
3. 如果抛出的是 RunTimeException 或者 RunTimeException 的子类，则可以不用处理，直接交给JVM来处理
4. 如果抛出的是编译时异常，用户必须处理，否则无法通过编译
5. 异常一旦抛出，其后的代码就不会执行（除非使用try-catch捕捉可能异常代码）

2.3、异常的捕获

异常的捕获，也就是异常的具体处理方式。

主要有两种：异常声明throws 以及 try-catch捕获处理。

2.3.1、异常声明throws

处在方法声明时参数列表之后，当方法中抛出编译时异常，用户不想处理该异常，此时就可以借助throws将异常抛给方法的调用者来处理。即当前方法不处理异常，提醒方法的调用者处理异常。

语法格式：

修饰符 返回值类型 方法名(参数列表) throws 异常类型1，异常类型2...{

}

【注意事项】

1. throws必须跟在方法的参数列表之后。
2. 声明的异常必须是 Exception 或者 Exception 的子类。
3. 方法内部如果抛出了多个异常，throws之后必须跟多个异常类型，之间用逗号隔开，如果抛出多个异常类型具有父子关系，直接声明父类即可。
4. 调用声明抛出异常的方法时，调用者必须对该异常进行处理，或者继续使用throws抛出。

2.3.2、try-catch捕获并处理

throws对异常并没有真正处理，而是将异常报告给抛出异常方法的调用者，由调用者处理。如果真正要对异常进行处理，就需要try-catch。

语法格式：

public static void main(String[] args) {
        try {
            // 将可能出现异常的代码放在这里
        } catch (要捕获的异常类型 e) {
            // 如果try中的代码抛出异常了，此处catch捕获时异常类型与try中抛出的异常类型一致时，或者是try中抛出异常的基类时，就会被捕获到
            // 对异常就可以正常处理，处理完成后，跳出try-catch结构，继续执行后序代码
        } finally {
            // 此处代码一定会被执行到
        }
        // 后序代码
        // 当异常被捕获到时，异常就被处理了，这里的后序代码一定会执行
        // 如果捕获了，由于捕获时类型不对，那就没有捕获到，这里的代码就不会被执行
    }

finally是什么？

finally中代码是一定会被执行的。

在写程序时，有些特定的代码，不论程序是否发生异常，都需要执行，比如程序中打开的资源：网络连接、数据库连接、IO流等，在程序正常或者异常退出时，必须要对资源进进行回收。另外，因为异常会引发程序的跳转，可能导致有些语句执行不到，finally就是用来解决这个问题的。

注意：不是说放在try中的代码就一定会抛出异常，只是在try内写的代码在抛出异常时会被捕捉到。需要理解一个误区。

关于异常的处理方式

异常的种类有很多, 我们要根据不同的业务场景来决定.

对于比较严重的问题(例如和算钱相关的场景), 应该让程序直接崩溃, 防止造成更严重的后果

对于不太严重的问题(大多数场景), 可以记录错误日志, 并通过监控报警程序及时通知程序猿

对于可能会恢复的问题(和网络相关的场景), 可以尝试进行重试。

我们记录的错误日志是出现异常的方法调用信息, 能很快速的让我们找到出现异常的位置. 以后在实际工作中我们会采取更完备的方式来记录异常信息。

【异常处理的流程总结】

• 程序先执行 try 中的代码。
• 如果 try 中的代码出现异常, 就会结束 try 中的代码, 看和 catch 中的异常类型是否匹配。
• 如果找到匹配的异常类型, 就会执行 catch 中的代码。
• 如果没有找到匹配的异常类型, 就会将异常向上传递到上层调用者。
• 无论是否找到匹配的异常类型, finally 中的代码都会被执行到(在该方法结束之前执行)。
• 如果上层调用者也没有处理的了异常, 就继续向上传递。
• 一直到 main 方法也没有合适的代码处理异常, 就会交给 JVM 来进行处理, 此时程序就会异常终止。

3、自定义异常类

自定义异常类必须继承自Exception或者RunTimeException，并且实现一个带有String类型参数的构造方法，参数含义：出现异常的原因

例如, 我们实现一个用户登陆功能。

//用于判断用户名的异常类
public class UserNameException extends RuntimeException{
    public UserNameException() {
        super();
    }
    public UserNameException(String s) {
        super(s);
    }
}
//用于判断密码的异常类
public class UserPasswordException extends RuntimeException {
    public UserPasswordException() {
        super();
    }
    public UserPasswordException(String s) {
        super(s);
    }
}

用户进行登录，用户名或者密码错误时需要提示用户名或密码错误，但是如果直接使用println打印，那么只能知道错了，但是无法得知是错在哪一行，而使用自定义异常类就能解决这个问题，方便程序员在大型工程中快速找到报错地方。

class Login {
    public String userName = "admin";
    public String passWord = "123456";
    public void login(String userName, String passWord) {
        if(!this.userName.equals(userName)) {
            //System.out.println("用户名错误！");
            //使用自定义异常类来提示用户名错误
            throw new UserNameException("用户名错误！");
        }
        if(!this.passWord.equals(passWord)) {
            //System.out.println("密码错误！");
            //使用自定义异常类来提示密码错误
            throw new UserPasswordException("密码错误！");
        }
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Login l = new Login();
            l.login("admin", "123");
        } catch (UserNameException | UserPasswordException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

【运行结果】

【注意事项】

• 自定义异常通常会继承自 Exception 或者 RuntimeException。
• 继承自 Exception 的异常默认是受查异常。
• 继承自 RuntimeException 的异常默认是非受查异常。