异常的概念和体系结构

异常的概念

异常的体系结构

异常的分类

1.编译时异常

2.运行时异常

异常的处理

防御式编程

LBYL

EAFP

异常的抛出

异常的捕获

异常声明throws

try-catch捕获并处理

finally

异常的处理流程

异常的概念和体系结构

异常的概念

在Java中，将程序执行过程中发生的不正常行为称为异常。比如经常遇到的：

1.算数异常

System.out.println(10 / 0);

//执行结果

Exception(异常) in thread "main" java.lang.ArithmeticException(算数异常): / by zero

2.数组越界异常

int arr[] = {1, 2, 3};
System.out.println(arr[100]);

//执行结果

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException(数组越界异常): Index 100 out of bounds for length 3

3.空指针异常

int[] arr = null;
System.out.println(arr.length);

//执行结果

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException(空指针异常): Cannot read the array length because "arr" is null

从上述过程中可以看到，Java中不同类型的异常，都有对应的类来进行描述。

注意：当程序出现异常之后，将不会继续执行异常之后的代码。

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。

从上图可以看到：

1.Throwable: 是指异常的顶层类，其派出两个重要的子类，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（栈溢出错误）和OutOfMemoryError（类内存不足错误），一旦发生回力乏术

3.Exception：异常产生之后程序员可以通过代码进行处理，使程序继续执行。

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，根据发生时机的不同，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，也称受检查异常（即在编译期间一定要处理，否则代码不通过）

public class Person {private String name;private String gender;int age;//想要让该类支持深拷贝，覆写Object类的clone方法即可@Overridepublic Person clone() {return (Person)super.clone();}
}//编译时报错
//Error:java:未报告的异常错误java.lang.CloneNotSupportedException;
//必须对其进行捕获或声明以便抛出

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。

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：编译时出现语法性错误，不能称之为异常。例如拼写错误等。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。

异常的处理

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员。

主要的方式

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) {//处理登陆游戏时的错误;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;
}
...

缺陷：正常流程和错误处理流程的代码混在一起，代码整体显得较乱。

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 {登录游戏();开始匹配();游戏确认();选择英雄();...
} catch(登陆游戏时异常) {//处理登陆游戏时异常
} catch(开始匹配时异常) {//处理开始匹配时异常
} catch(游戏确认时异常) {//处理确认游戏时异常
} catch(选择英雄时异常) {//处理选择英雄时异常
}
...

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，异常处理的核心思想就是EAFP.

在Java中，异常处理的五个关键字：throw, try, catch, final, throws

异常的抛出

在编写程序时，如果程序出现错误，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")；

抛出异常的方式：1.某段程序触发 2.通过throw关键字抛出异常。

throw一般用于抛出自定义的异常。

举个例子：实现一个获取数组中任意位置元素的方法。

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，可以交给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

异常的捕获

异常的捕获，也就是异常具体的处理方式，主要有两种：异常声明：throws以及try-catch捕获处理。

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，此时就可以使用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。

有以下几种方式可以在方法中不处理异常,而是将异常抛出给调用者处理:

1.不添加异常处理代码，直接不添加try-catch等异常处理代码,让异常在方法内部抛出。

public void method() {
// 操作可能抛出异常
throw new Exception();
}
2.使用throws声明抛出异常，在方法声明中使用throws关键字声明可能抛出的异常类型

public void method() throws Exception {
// ...
}
3.重新抛出异常，捕获异常后使用throw语句重新抛出

public void method() {
try {
// ...
} catch (Exception e) {
throw e;
}
}
4.抛出未检查异常，对于运行时异常,可以直接抛出而不用声明

public void method() {
throw new RuntimeException();
}

主要语法格式：

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...{

}

举个栗子：加载指定的配置文件config.ini

public class Config {File file;/*FileNotFoundException:编译时异常，表明文件不存在此处不处理，也没有能力处理，应该将错误信息报告给调用者，让调用者检查文件名字是否给错误了*/public void OpenConfig(String filename) throws FileNotFoundException {if(filename.equals("config.ini")) {throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");}//打开文件}public void readConfig() {}   
}

注意事项

1.throws必须跟在方法参数列表之后

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，中间用逗号隔开，如果抛出多个异常类型具有父子关系，直接声明父类即可。

public class Config {File file;//public void OpenConfig(String filename)throws IOException, FileNotFoundException {//FileNotFoundException继承自IOExceptionpublic void OpenConfig(String filename) throws IOException {if(filename.endsWith(".ini")) {throw new IOException("文件不是.ini文件");}if(filename.equals("config.ini")) {throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");}//打开文件}public void readConfig() {}
}

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（异常实际上未被程序员处理，实际上还是交给了JVM）

public static void main(String[] args) throws IOException {Config config = new Config();config.OpenConfig("config.ini");
}

try-catch捕获并处理

throws对异常并没有真正的处理，而是将异常报告给抛出异常方法的调用者，由调用者进行处理，就需要try-catch.

语法格式如下

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捕获时的异常类型与try中抛出的异常类型
一致时，或者是try中抛出异常的基类型时，就会被捕捉到*///对异常就可以正常处理，处理完成后，就会跳出try-catch结构，继续执行后续代码
} [{catch(异常类型 e) {//对异常进行处理
} finally {//此处代码一定会被执行到
}]//后续代码
//当异常被捕获到时，异常就被处理了，这里的后续代码一定会被执行到
//如果捕获了，由于捕获时的类型不对，那就没有被捕获到，这里的代码就不会执行

注意：

1. [ ]中表示可选项，可以添加，也可以不添加

2.try中的代码可能会抛出异常，也可能不会

让我们赓续上一个例子，用try-catch来写一下这种异常捕获形式：

import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;public class Config {File file;public void openConfig(String filename) throws FileNotFoundException {if(filename.equals("config.ini")) {throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");}//打开文件}public void readConfig() {}public static void main(String[] args) {Config config = new Config();try {//可能出现异常的代码config.openConfig("config.ini");System.out.println("文件打开成功");} catch(IOException e) {//异常的处理方式//System.out.println(e.getMessage());//只打印出异常信息//System.out.println(e);//打印异常类型：异常信息e.printStackTrace();//打印信息最全面}//一旦异常被捕获处理了，此处的代码会执行System.out.println("异常如果被处理了，这里的代码也可以执行");}
}

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，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，可以记录错误日志，并通过监控报警程序及时通知程序员

对于可能会恢复的问题(和网络相关的场景)，可以进行重试

在我们当前的代码中采取的是经过简化的第二种方式，我们记录的错误日志时出现异常的方法调用信息，能很快的让我们找到出现异常的位置，以后工作中我们会采取更完备的方式来记录异常信息。

注意事项

1.try块内抛出异常位置之后的代码将不会被执行

2.如果抛出异常类型与catch时异常类型不匹配，即异常不会被成功捕获，也就不会被处理，继续向外抛，直到JVM收到后中断程序-异常是按照类型来捕获的

3.try中可能会抛出多个不同的异常，则必须用多个catch来捕获-即多种异常，多次捕获（虽然可以捕获多种异常，但是同一时刻，只能抛出一个异常）

如果多个异常方式处理方式完全相同，也可以这样（不太推荐）

catch(NullPointerException | ArrayIndexOutOfBoundsException e){...}

如果异常之间具有父子关系，一定是子类异常在前catch，父类在后catch，否则语法错误：

public class Test2 {public static void main(String[] args) {int[] arr = {1,2,3};try {System.out.println("before");arr = null;System.out.println(arr[0]);System.out.println("after");} catch(Exception e) {//Exceiom可以捕获到所有异常e.printStackTrace();} catch (NullPointerException e) {//永远都可以被执行到e.printStackTrace();}System.out.println("after try catch");}
}

4.可以通过一个catch捕获所有的异常，即多个异常，一次捕获（不推荐：即不能用父类接收所有的异常子类，这样是不精准的（可以放在后面捕获殿后））

备注：catch进行类型匹配的时候，不光会匹配相同类型的异常对象，也会捕捉目标异常类型的子类对象

finally

写程序时，有些特定的代码，不论程序是否会发生异常，都需要执行，比如程序中打开资源：网络连接，数据库连接，IO流等，在程序正常或异常退出时，必须要对资源进行回收。另外，因为异常引发的程序跳转，有的可能执行不到，finally就是用来解决该问题的。

语法格式：

try{//可能会发生异常的代码//如果这里有return,仍会执行finally,finally执行时机在return之前
}catch(异常类型 e){//对捕获的异常进行处理
}finally{//此处的语句无论是否发生异常，都会被执行到
}

finally执行时机是在方法返回之前（try或者catch中如果有return会在这个return之前执行finally）.但是如果finally中也存在return语句，那就会执行finally中的return，从而不会执行到try中的return。（一般不建议在finally中写return）

异常的处理流程

调用栈

方法之间是存在相互调用的关系的，这种调用关系我们可以用"调用栈"来描述，在JVM中有一块内存空间称为“虚拟机栈”专门存储方法之间的调用关系。当代码中出现异常的时候，我们就可以使用e.printStackTrace()的方式查看异常代码的调用栈

如果本方法中没有合适的异常处理方式，就会沿着调用栈向上传递，举个例子：

public class Test3 {public static void main(String[] args) {try{func();}catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){e.printStackTrace();}System.out.println("after try catch");}public static void func() {int[] arr = {1,2,3};System.out.println(arr[100]);}
}

执行结果：

异常处理流程总结：

1.程序先执行try中的代码

2.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

3.如果找到匹配的异常类型，就会执行catch中的代码

4.如果没有找到匹配的异常类型，就会把异常向上传递到上层调用者

5.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

6.如果上层调用者也没有处理了的异常，就继续向上传递

7.一直到main方法也没有合适的代码处理异常，就会交给JVM处理，此时程序就会异常终止