初识Java 13-2 异常

标准Java异常

新特性：更好的NullPointerException报告机制

使用finally执行清理

finally有什么用

在return时使用finally

缺陷：异常丢失

异常的约束

构造器

本笔记参考自：《On Java 中文版》

标准Java异常

Throwable类描述了任何可能抛出异常的事物，它有两个常用的子类：

Error：表示编译时错误和系统错误。
Exception：是一个基本类型，可从任何标准的Java库方法、自定义方法及运行事故中抛出。

很显然，作为Java程序员，我们会更加关心Exception。

对异常的理解和处理是较为重要的部分（与了解各种异常相比）。基本的思路是，异常的名字代表着所发生的问题。因此，异常的名字应该是浅显易懂的。

异常并不全部来自java.lang。有些异常是为不同的库设计的，这一点可以从他们的全限定类名或基类看出。

特例：RuntimeException（非检查型异常）

有这么一组异常，它们总是会被Java自动抛出，而不需要程序员将它们包含在任何异常说明之中。这种异常都被放在了RuntimeException这一基类之下。

这就是一个继承的完美示例。

||| RuntimeException：表示编程错误，它包括：

无法预料的错误，比如在我们控制之外的null引用。
作为程序员，应该在代码中检查的错误（例如ArrayIndexOutOfBoundsException，这表示我们的数组大小可能出现问题）。

注意：在一个地方发现的异常，往往也可能成为另一个地方的问题。

正如之前所说，RuntimeException及其子类不需要异常说明，这类异常也被称为“非检查型异常”（它们指出的是bug。若必须检查，代码会变得十分复杂）。不过，尽管我们一般不会捕捉RuntimeException，但我们可以有选择地抛出一个RuntimeException。

若不捕捉这类异常，RuntimeException就可能逐层返回，知道到达main()方法：

【例子：若不捕捉RuntimeException】

public class NeverCaught {static void f() {throw new RuntimeException("来自f()");}static void g() {f();}public static void main(String[] args) {g();}
}

程序执行的结果是：

若一个RuntimeException没有被捕获，关于这个异常的printStackTrace()会在程序结束时被调用。这就体现出了RuntimeException（及其子类）的特殊性，这类异常不会被要求写入异常说明，它们的输出将被报告给System.err。

只有RuntimeException（及其子类）类型的异常可被忽略，编译器会强制实施对所有检查型异常的处理。

新特性：更好的NullPointerException报告机制

在JDK 15之前，NullPointerException能够报告的信息并不多。

【例子：NullPointerException的报错】

package exceptions;class A {String s;A(String s) {this.s = s;}
}class B {A a;B(A a) {this.a = a;}
}class C {B b;C(B b) {this.b = b;}
}public class BetterNullPointerReports {public static void main(String[] args) {C[] ca = {new C(new B(new A(null))),new C(new B(null)),new C(null),};for (C c : ca) {try {System.out.println(c.b.a.s);} catch (NullPointerException npe) {System.out.println(npe);}}}
}

若是在JDK 11的环境中运行，会得到如下的结果：

但若是在JDK 15或更高版本中运行，则会显示：

更多的信息有助于我们理解和处理这些异常。

使用finally执行清理

我们可能会需要手动进行一些清理操作，这种操作通常是内存恢复之外的动作，因为内存会由垃圾收集器处理。在这种情况下，我们可能会希望：无论try块是否抛出异常，都会有一段代码必须执行。

为此，可以在所有的异常处理程序的末尾添加一个finally子句：

try {// 被守护区域
} catch(A a1) {// 情况A的处理程序
} catch(B b1) {// 情况B的处理程序
} finally {// 不管哪种情况都会执行的活动
}

【例子：添加了finally的异常处理】

class ThreeException extends Exception {
}public class FinallyWorks {static int count = 0;public static void main(String[] args) {while (true) {try {if (count++ == 0) // 使用后缀++，第一次的结果就是0throw new ThreeException();System.out.println("没有异常");} catch (ThreeException e) {System.out.println("ThreeException");} finally {System.out.println("在finally子句中");if (count == 2) // 跳出循环break;}}}
}

程序执行的结果是：

有输出可知，无论是否抛出异常，finally子句都会执行。并且，Java中的异常不会允许我们回退到异常抛出的地方。

finally有什么用

若语言没有垃圾收集，并且不会自动调用析构函数，那么finally就需要确保内存的释放。但Java并不需要这一功能。对Java而言，finally主要用于清理内存之外的某些东西。

为了演示finally的作用，首先创建一个需要使用的组件：

public class PnOffSwitch {private static Switch sw = new Switch();public static void f()throws OnOffException1, OnOffException2 {}public static void main(String[] args) {try {sw.on();// 可能抛出异常的代码...f();sw.off();} catch (OnOffException1 e) {System.out.println("OnOffException1");sw.off();} catch (OnOffException2 e) {System.out.println("OnOffException1");sw.off();}}
}

两个需要使用的异常：

若不使用finally，一般情况下我们会这样进行异常处理：

public class OnOffSwitch {private static Switch sw = new Switch();public static void f()throws OnOffException1, OnOffException2 {}public static void main(String[] args) {try {sw.on();// 可能抛出异常的代码...f();sw.off();} catch (OnOffException1 e) {System.out.println("OnOffException1");sw.off();} catch (OnOffException2 e) {System.out.println("OnOffException1");sw.off();}}
}

当程序结束时，我们要求sw处于关闭状态。因此每个catch子句的末尾都添加了sw.off()。但程序还有可能抛出某个没有在这里被捕获的异常，这种情况会导致sw.off()被忽略。因此finally就有了用武之地，可以把try块中的清理工作都放在这里：

【例子：finally的清理】

public class WithFinally {static Switch sw = new Switch();public static void main(String[] args) {try {sw.on();// 可能抛出异常的代码...OnOffSwitch.f();} catch (OnOffException1 e) {System.out.println("OnOffException1");} catch (OnOffException2 e) {System.out.println("OnOffException2");} finally {sw.off(); // 无论何种情况都会执行}}
}

即使抛出的异常没有在当前这组catch子句中捕获，在异常处理机制向更高一层进行搜索之前，finally也会执行。

【例子：总是执行的finally】

class FourException extends Exception {
}public class AlwaysFinally {public static void main(String[] args) {System.out.println("进入第一个try块");try {System.out.println("进入第二个try块");try {throw new FourException();} finally {System.out.println("finally在第二个try块中执行");}} catch (FourException e) {System.out.println("在第一个try块的处理程序中捕获异常FourException");} finally {System.out.println("finally在第一个try块中执行");}}
}

程序执行的结果是：

涉及break或continue语句时，finally也会执行。

在return时使用finally

利用finally子句总会执行的特性，我们可以在一个多返回的方法中保证重要的清理工作能够完成：

【例子：在多返回的方法中使用finally】

public class MultipleReturns {public static void f(int i) {System.out.println("初始化后执行清理");try {System.out.println("Point 1");if (i == 1)return;System.out.println("Point 2");if (i == 2)return;System.out.println("Point 3");if (i == 3)return;System.out.println("结束");return;} finally {System.out.println("执行清理");}}public static void main(String[] args) {for (int i = 1; i <= 4; i++){f(i);System.out.println();}}
}

程序执行的结果是：

缺陷：异常丢失

在一些特殊的finally子句的使用中，可能发生异常丢失的情况：

【例子：特殊子句中的异常丢失】

class VeryImportantException extends Exception {@Overridepublic String toString() {return "这是一个很重要的异常，它不应该被忽略";}
}class HoHumException extends Exception {@Overridepublic String toString() {return "一个不重要的异常";}
}public class LostMessage {void f() throws VeryImportantException {throw new VeryImportantException();}void dispose() throws HoHumException {throw new HoHumException();}public static void main(String[] args) {try {LostMessage lm = new LostMessage();try {lm.f();} finally {lm.dispose();}} catch (VeryImportantException |HoHumException e) {System.out.println(e);}}
}

程序执行的结果是：

原本应该被捕获的VeryImportantException被finally子句中的HoHumException取代了。这是十分严重的问题，因为它意味着一个异常可能会完全丢失（并且难以察觉）。

C++会将在第一个异常处理前抛出第二个异常视为严重的编程错误。

目前Java还未修复这一问题。为了处理这一麻烦，我们需要将任何可能抛出异常的方法（就是上面的dispose）包在另一个try-catch子句中。

还有一种会丢失异常的方式，就是在finally子句中执行return：

【例子：另一种异常丢失】

public class ExceptionSilencer {public static void main(String[] args) {try {throw new RuntimeException();}finally {return; // 在finally中使用return，会阻止任何的异常报错}}
}

若运行程序，会发现并无任何报错。

异常的约束

存在着这样一个约束：在重写一个方法时，只能抛出 ①该方法的基类版本中说明的异常，或者是 ②以原有异常为基类派生而出的异常。

这一约束指向一个概念：能够配合基类工作的代码，可以自动配合从这个基类派生出的其他类的对象进行工作，异常也不会例外。

【例子：异常的各种约束】

class BaseballException extends Exception {
}class Foul extends BaseballException {
}class Strike extends BaseballException {
}abstract class Inning {Inning() throws BaseballException {}public void event() throws BaseballException {}public abstract void atBat() throws Strike, Foul;public void walk() { // 该方法没有抛出检查型异常}
}class StormException extends Exception {
}class RainedOut extends StormException {
}class PopFoul extends Foul {
}interface Storm {void event() throws RainedOut;void rainHard() throws RainedOut;
}public class StormyInning extends Inning implements Storm {// 子类构造器可以有新的异常，但在处理这些异常时还需要考虑基类的异常public StormyInning()throws RainedOut, BaseballException {}public StormyInning(String s)throws BaseballException {}// 普通的方法在重写时，必须遵守基类方法的约定// 1. 访问权限// 2. 不能擅自添加异常// void walk() throws PopFoul{}// event()方法已经存在于基类当中，接口无法增加其的异常// public void event() throws RainedOut {}// 若是基类中不存在的方法，则可以自行添加声明：@Overridepublic void rainHard() throws RainedOut {}// 即使基类版本会抛出异常，其子类版本也可以选择不进行异常抛出：@Overridepublic void event() {}// 若是重写的方法，可以抛出其基类版本所说明的异常的子类：@Overridepublic void atBat() throws PopFoul { // PopFoul是Foul的子类}public static void main(String[] args) {try {StormyInning si = new StormyInning();si.atBat();} catch (PopFoul e) {System.out.println("Pop Foul（一次违规的挥棒）");} catch (RainedOut e) {System.out.println("Rained out（下雨了）");} catch (BaseballException e) { // 这里，派生的si.atBat()不会抛出Strike异常System.out.println("通用的baseball（棒球）异常");}try {// 若向上转型，情况会有所不同Inning i = new StormyInning();i.atBat();// 此时，就必须捕获来自基类版本的异常} catch (Strike e) {System.out.println("Strike（发生碰撞）");} catch (Foul e) {System.out.println("Foul（犯规）");} catch (RainedOut e) {System.out.println("Rained out（下雨了）");} catch (BaseballException e) {System.out.println("通用的baseball（棒球）异常");}}
}

先观察Inning类：

该类的构造器和event()方法都有异常列表，这就向编译器说明它们会抛出异常，但实际上并没有。这种做法是合法的，因为编译器会要求用户捕获任何可能在event()的重写版本中添加的异常（这也适用于抽象方法）。

StormyInning继承了Inning类和Storm接口，其中event()方法即存在于Inning中，也存在于Storm中。注意，这个event()方法不能改变Inning中的event()方法的异常说明：

假设这种语法能够成立，那么在我们使用基类的时候，就难以判断是否捕获了正确的异常。

构造器由于其多样的调用形式，在异常的约束方面也不同于一般的方法。有上述例子可以发现，构造器可以抛出任何异常。也因此，子类构造器必须在其异常说明中声明基类构造器提到的异常。

子类构造器不能捕获基类构造器抛出的异常。

再看StormyInning类中的walk()方法：

这个方法之所以无法编译，就是因为其抛出了一个Inning.walk()没有抛出的异常。

而从StormyInning类中的event()方法中可以发现：

即使基类方法抛出异常，其子类也可以选择不进行异常抛出。因为这不会破坏基类版本会抛出异常的情况。

最后需要提一点，在main()中，我们首先定义了一个StormInning对象：

StormyInning si = new StormyInning();

此时，编译器会强制要求我们只处理StormInning类声明会抛出的异常。但是，若我们将其向上转型为Inning：

Inning i = new StormyInning();

则编译器会强制我们捕获基类声明会抛出的异常。

异常说明不是方法类型的一部分，因此不能依赖方法说明作为重载方法的依据。

注意：在继承和重写的过程中，“异常说明”可以缩小，但是不能扩大——这就和继承过程中的规则恰恰相反。

构造器

我们需要常常怀疑：当发生异常时，程序是否正确地进行了清理。

构造器的存在会使得对象有一个安全的起始状态。但是，构造器可能会执行某些操作，比如打开文件，这种操作需要通过特殊的清理方法处理。若构造器内抛出了异常，这些清理行为可能就不会正确执行了。

finally可能是一个办法。但是，由于finally每次都会执行清理代码，若构造器半途而废，finally就可能会把构造器还未成功构建的部分也一并清理。

【例子：文件的打开与清理】

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;public class InputFile {private BufferedReader in;public InputFile(String fname) throws Exception {try {in = new BufferedReader(new FileReader(fname));// 剩下的部分也可能抛出异常} catch (FileNotFoundException e) {System.out.println("无法打开[" + fname + "]");// 因为没有打开，所以不用关闭文件throw e;} catch (Exception e) {// 除上述异常，其他异常情况都需要关闭文件try {in.close(); // 对于可能抛出异常的close()方法，也需要使用try进行处理} catch (IOException e2) {System.out.println("in.close() 执行失败");}throw e; // 重新抛出异常} finally {// 不应该在这里进行文件关闭}}public String getLine() {String s;try {s = in.readLine();} catch (IOException e) { // 在方法内部直接处理异常throw new RuntimeException("readline() 失败");}return s;}public void dispose() {try {in.close();System.out.println("dispose() 执行成功");} catch (IOException e) {throw new RuntimeException("in.close() 失败");}}
}

除了捕获FileNotFoundException（文件未发现）的catch子句外，其他catch子句都应该关闭文件（此时文件已经被打开）。

比较好的做法是，在执行完异常处理后再次抛出异常。因为构造器的调用已经失败，那么我们当然不会希望构造器的调用者认为构造器顺利完成了任务。

就像之前所说，在构造器中，finally绝对不适合调用close()来进行文件关闭。因为这种做法会导致文件在构造器调用完毕后就被关闭，这很明显与我们的期望相违背。

上述的代码中，有些方法会抛出异常，而有的方法会在内部直接处理异常。这种对异常处理的设计需要仔细考虑。

现在必须提醒一点，Java存在着一个缺点：除了内存的清理，其他清理都不会自动发生。这就导致Java必须告诉客户程序员，那些要让他们自己处理。

下面的例子演示了如何清理可能抛出异常的类：

【例子：嵌套的try块】

public class Cleanup {public static void main(String[] args) {try {InputFile in = new InputFile("Cleanup.java");try {String s;int i = 1;while ((s = in.getLine()) != null); // 一行一行进行数据处理} catch (Exception e) {System.out.println("在main()中捕获异常");e.printStackTrace(System.out);} finally {in.dispose();}} catch (Exception e) {System.out.println("InputFile对象构造失败");}}
}

程序执行的结果是：

InputFile对象的构造存在于外层的try块之中。若构造器执行失败，程序不会向下进入下一个try块中，而是直接来到外层的try块对应的catch子句内。

这里体现了一种清理惯用法：在创建了一个需要清理的对象后，直接跟一个try-finally块。

【例子：清理惯用法】

class NeedsCleanup {// 该构造不会失败private static long counter = 1;private final long id = counter++;public void dispose() {System.out.println("需要清理 id:" + id);}
}class ConstructionException extends Exception {
}class NeedsCleanup2 extends NeedsCleanup {// 该构造可能失败NeedsCleanup2() throws ConstructionException {}
}public class CleanupIdiom {public static void main(String[] args) {// 直接的处理方式：在需要清理的对象后紧跟一个try-finally块NeedsCleanup nc1 = new NeedsCleanup();try {// ...} finally {nc1.dispose();}// 可以将不会失败的构造对象组织在一起：NeedsCleanup nc2 = new NeedsCleanup();NeedsCleanup nc3 = new NeedsCleanup();try {// ...} finally {// 释放顺序与构造顺序相反nc3.dispose();nc2.dispose();}// 若构造可能失败，就需要确保每个对象的清理try {NeedsCleanup2 nc4 = new NeedsCleanup2();try {NeedsCleanup2 nc5 = new NeedsCleanup2();try {// ...} finally {nc5.dispose();}} catch (ConstructionException e) {// 处理nc5可能报出的异常System.out.println(e);} finally {nc4.dispose();}} catch (ConstructionException e) {// 处理nc4System.out.println(e);}}
}

程序执行的结果是：