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【Java】异常处理指南

2024-10-15 11:00:06基础资料围观94次

这篇文章介绍了【Java】异常处理指南，分享给大家做个参考，收藏Java资料网收获更多编程知识

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1. 异常是什么❓

💘 异常：程序在运行过程中产生的不正常情况

程序在运行的时候，发生了一些不被预期的事件，从而没有按照我们编写的代码执行，这就是异常。

举一些例子：

（1）算术异常

System.out.println(5/0)

// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero

这个时候你的程序是可以正常编译的，但是在运行的时候，因为你用0做了除数，会抛出 java.lang.ArithmeticException 的异常。

（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: 100

（3）空指针

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

// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException

（4）其他：

输入了错误的数据，比如：程序需要的是int类型数据，而用户输入了一串字符串；
对象没有初始化就调用：下面这段代码就会提示空指针异常；
```
String str = null;
int length = str.length(); 
```
要打开的文件不存在;
网络通信时连接中断，或者JVM内存溢出。

2. 异常体系结构 🫛

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：

Throwable：是异常体系的顶层类，其派生出两个重要的子类，Error 和 Exception
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。
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
Exception的直接子类：编译时异常，要求程序员在编写程序阶段必须预先对这些异常进行处理，如果不处理编译器报错，因此得名编译时异常
RuntimeException：运行时异常。在编写程序阶段程序员可以预先处理，也可以不管，都行

3. 异常的分类📚

编译时异常和运行时异常，都发生在运行阶段。编译阶段异常是不会发生的。

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：

3.1 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)

编译时异常因为什么而得名？

因为编译时异常必须在编译（编写）阶段预先处理，如果不处理编译器报错，因此得名
所有异常都是运行阶段发生的。因为只有程序运行阶段才可以new对象
因为异常的发生都是new异常对象

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
    @Override
    public Person clone() {
        return (Person)super.clone();
    }
}
编译时报错：
Error:(17, 35) 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

3.2 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。

ClassCastException(类转换异常)
IndexOutOfBoundsException(数组越界)
NullPointerException(空指针)
ArrayStoreException(数据存储异常，操作数组时类型不一致)

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

🍎注意：异常是Java中的错误，但是并不是所有的错误都是异常。比如：编译时出现的语法性错误，不能称之为异常。你在定义变量名的时候没有依照Java的规则，在语句的结尾少了一个分号，那么运行出来结果是提示是错误 java.lang.Error；这是 "编译期" 出错。

3.3 区别

编译时异常和运行时异常的区别是什么？

编译时异常一般发生的概率比较高。对于一些发生概率高的异常，需要在编译时预先对其处理
运行时异常一般发生的概率很低。你可以预先处理，也可以不处理

假设java中没有对异常进行划分，没有分编译时异常和运行时异常，所有的异常都需要在编写阶段对其预处理，将是怎样的效果？

首先，如果这样做的话，程序肯定是绝对的安全。
但是程序员就太累，到处都是处理异常的代码，显得很乱。

4. 异常的处理 🔍

4.1 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

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

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，异常处理主要的5个关键字：throw、try、catch、final、throws。

4.2 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

主动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");

首先我们来看系统自动抛出异常：

public static void main(String[] args) {
    int a = 10;
    int b = 0;
    System.out.println(a/b);
}

运行这段代码系统会自动抛出 java.lang.ArithmeticException 异常。

这段程序使用 throw关键字也可以实现：

public static void main(String[] args) {
    int a = 10;
    int b = 0;
    if(b == 0){
        throw new ArithmeticException("/ by zero");
    }
    System.out.println(a/b);
}

throw是语句抛出一个异常，一般是在代码块的内部，当程序出现某种逻辑错误时由程序员主动抛出某种特定类型的异常。

【注意事项】

throw必须写在方法体内部
抛出的对象必须是 Exception 或者 Exception 的子类对象
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
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
异常一旦抛出，其后的代码就不会执行
使用 throw关键字主动抛出检测性异常的时候，在方法名上必须使用 throws表明调用这个方法可能存在要抛出的异常（异常声明）

4.3 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。

4.3.1 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...{
}

🍎 还记得我们异常抛出那里说的：使用throw关键字主动抛出检测性异常的时候，在方法名上必须使用throws表明调用这个方法可能存在要抛出的异常（异常声明）

举个例子：

public static void test1(int a,int b){
    if(b == 0)
        throw new ArithmeticException("/by zero");
    System.out.println(a/b);
}

public static void test2(int a,int b) throws FileNotFoundException{
    throw new FileNotFoundException();
}

ArithmeticException属于运行时异常，是在运行时检测的，所以上述代码编译是能通过的
FileNotFoundException是属于检测型异常，是在编译之前就需要处理的，所以第二段程序要加上throws才能通过编译。

【注意事项】

throws必须跟在方法的参数列表之后
声明的异常必须是 Exception 或者 Exception 的子类对象
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。
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

说到这个检测型异常，我们需要了解一下常见的检测型异常和非检测型异常

4.3.2 常用的异常类

非检测型异常：

异常	描述
ArithmeticException	当出现异常的运算条件时，抛出此异常。例如，一个整数"除以零"时，抛出此类的一个实例
ArrayIndexOutOfBoundsException	用非法索引访问数组时抛出的异常。如果索引为负或大于等于数组大小，则该索引为非法索引
ClassCastException	当试图将对象强制转换为不是实例的子类时，抛出该异常
IllegalArgumentException	抛出的异常表明向方法传递了一个不合法或不正确的参数
IllegalMonitorStateException	抛出的异常表明某一线程已经试图等待对象的监视器，或者试图通知其他正在等待对象的监视器而本身没有指定监视器的线程
IllegalStateException	在非法或不适当的时间调用方法时产生的信号。换句话说，即 Java 环境或 Java 应用程序没有处于请求操作所要求的适当状态下
IllegalThreadStateException	线程没有处于请求操作所要求的适当状态时抛出的异常
IndexOutOfBoundsException	指示某排序索引（例如对数组、字符串或向量的排序）超出范围时抛出
NullPointerException	当应用程序试图在需要对象的地方使用 null 时，抛出该异常
NumberFormatException	当应用程序试图将字符串转换成一种数值类型，但该字符串不能转换为适当格式时，抛出该异常
StringIndexOutOfBoundsException	此异常由 String 方法抛出，指示索引或者为负，或者超出字符串的大小

检测型异常：

异常	描述
ClassNotFoundException	应用程序试图加载类时，找不到相应的类，抛出该异常。
CloneNotSupportedException	当调用 Object 类中的 clone 方法克隆对象，但该对象的类无法实现 Cloneable 接口时，抛出该异常。
IllegalAccessException	拒绝访问一个类的时候，抛出该异常。
InstantiationException	当试图使用 Class 类中的 newInstance 方法创建一个类的实例，而指定的类对象因为是一个接口或是一个抽象类而无法实例化时，抛出该异常。
InterruptedException	一个线程被另一个线程中断，抛出该异常。
NoSuchFieldException	请求的变量不存在
NoSuchMethodException	请求的方法不存在
IOException及其子类	对文件或流的操作有误时，抛出异常

4.3.3 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：
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
}[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

注意：

[]中表示可选项，可以添加，也可以不用添加
try中的代码可能会抛出异常，也可能不会

举个例子：

private static void m1() throws FileNotFoundException {
    System.out.println("m1 begin");
    m2();
    // 以上代码出异常，这里是无法执行的。
    System.out.println("m1 over");
}

try {
    m1();
    // m1方法出异常，下面代码不执行。
    System.out.println("hello world!");//不执行
} catch (FileNotFoundException e){ 
	//异常处理
    System.out.println("出异常了！！");
    System.out.println(e); 
}
System.out.println("hello world"); //会执行

【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，继续往外抛，直到JVM收到后中断程序----异常是按照类型来捕获的

public static void main(String[] args) {
  try {
    int[] array = {1,2,3};
    System.out.println(array[3]);  // 此处会抛出数组越界异常
 }catch (NullPointerException e){  // 捕获时候捕获的是空指针异常--真正的异常无法被捕获到
    e.printStackTrace();
 }
  System.out.println("后序代码");
}
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
at day20210917.ArrayOperator.main(ArrayOperator.java:24)

（3）try中可能会抛出多个不同的异常对象，则必须用多个catch来捕获----即多种异常，多次捕获

public static void main(String[] args) {
	int[] arr = { 1, 2, 3 };
	try {
		System.out.println("before");
		//arr = null;
		System.out.println(arr[100]);
		System.out.println("after");
	}
	catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
		System.out.println("这是个数组下标越界异常");
		e.printStackTrace();
	}
	catch (NullPointerException e) {
		System.out.println("这是个空指针异常");
		e.printStackTrace();
	}
	System.out.println("after try catch");
}

如果多个异常的处理方式是完全相同, 也可以写成这样：
catch (ArrayIndexOutOfBoundsException | NullPointerException e) {
...
}

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

public static void main(String[] args) {
	int[] arr = { 1, 2, 3 };
	try {
		System.out.println("before");
		arr = null;
		System.out.println(arr[100]);
		System.out.println("after");
	}
	catch (Exception e) {  // Exception可以捕获到所有异常
		e.printStackTrace();
	}
	catch (NullPointerException e) {  // 永远都捕获执行到
		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)

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

由于 Exception 类是所有异常类的父类。因此可以用这个类型表示捕捉所有异常.
补充：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.
如刚才的代码，NullPointerException 和 ArrayIndexOutOfBoundsException 都是 Exception 的子类,因此都能被捕获到.

4.3.4 finally

🍉 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。

在finally子句中的代码是最后执行的，并且是 一定会执行 的，即使try语句块中的代码出现了异常。

finally子句必须和try一起出现，不能单独编写。

语法格式：
try{
 // 可能会发生异常的代码
}catch(异常类型  e){
 // 对捕获到的异常进行处理
}finally{
 // 此处的语句无论是否发生异常，都会被执行到
}
// 如果没有抛出异常，或者异常被捕获处理了，这里的代码也会执行

案例1：finally语句通常使用在finally语句块中完成 资源的释放/关闭。

public static void main(String[] args) {
	try {
		int[] arr = { 1,2,3 };
		arr[100] = 10;
		arr[0] = 10;
	} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
		System.out.println(e);
	} finally {
		System.out.println("finally中的代码一定会执行");
	}

	System.out.println("如果没有抛出异常，或者异常被处理了，try-catch后的代码也会执行");
}

案例2：try和finally联用，没有catch

public static void main(String[] args) {
	try {
		System.out.println("try...");
		return;
	}
	finally {
		System.out.println("finally...");
	}

	// 这里不能写语句，因为这个代码是无法执行到的。
	//System.out.println("Hello World!");
}

注意：

try不能单独使用。
try finally可以联合使用。
放在finally语句块中的代码是一定会执行的，一般在finally中进行一些资源清理的扫尾工作。

finally子句失效：System.exit(0) ; 只有这个可以治 finally

public static void main(String[] args) {
	try {
		System.out.println("try...");
		// 退出JVM
		System.exit(0); // 退出JVM之后，finally语句中的代码就不执行了！
	}
	finally {
		System.out.println("finally...");
	}
}

给大家看一个题：

// 下面程序输出什么？
public static void main(String[] args) {
  System.out.println(func());
}
public static int func() {
  try {
    return 10;
 } finally {
    return 20;
 }
}


A: 10  B: 20  C: 30  D: 编译失败

finally 执行的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, 那么就会执行 finally 中的 return, 从而不会执行到 try 中原有的 return

一般我们不建议在 finally 中写 return (被编译器当做一个警告).

4.4 异常处理流程

首先在学习这个之前，我们先来了解什么是 "调用栈" ？

方法之间是存在相互调用关系的, 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(); 的方式查看出现异常代码的调用栈.

案例：

public static void main(String[] args) {
	try {
		func();
	}
	catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
		e.printStackTrace();
	}
	System.out.println("在 try catch 之后");
}
public static void func() {
	int[] arr = { 1, 2, 3 };
	System.out.println(arr[100]); // 指针越界
}

如果向上一直传递都没有合适的方法处理异常, 最终就会交给 JVM 处理, 程序就会异常终止

(和我们最开始未使用 try catch 时是一样的).

public static void main(String[] args) {
    func();
    System.out.println("在 try catch 之后");
}
public static void func() {
    int[] arr = { 1, 2, 3 };
    System.out.println(arr[100]); // 指针越界
}

可以看到, 程序已经异常终止了, 没有执行到 System.out.println("在 try catch 之后"); 这一行

【异常处理流程总结】

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.

5. 自定义异常 💫

🌈 前面谈到的都是系统自带的异常，但是如果我们是在开发一个复杂项目，就经常会遇到系统自带的异常不能满足我们的需求的情况，所以这个时候就需要我们自己来定义异常了。

使用自定义异常
🌙 我们一般使用继承Exception类的方式来自定义异常，那具体怎么进行呢？

很简单，我们只需要继承Exception，再将信息传递给父类就可以了：

class 自定义异常名 extends Exception{
    //因为Exception已经实现了很多异常处理的方法了属性了，
    //所以自定义异常只需要将信息传递给父类（使用super关键字）即可
}

举个例子：

定义一个自定义异常，判断用户名是否小于三位，如果用户名小于三位，就抛出一个自定义异常。

public class Task {
    /********* Begin *********/
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        String username = sc.next();

        //判断用户名
        if(username.length() < 3){
            throw new MyException("用户名小于三位Exception");
        }
        else System.out.println("用户名格式正确");
    }
}

class MyException extends Exception{
    MyException(String s){
        super(s);
    }
}

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

6. 小结 📖

🌈 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员
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.

一般来说都会采取的是经过简化的第二种方式. 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.

【*★,°*:.☆(￣▽￣)/$:*.°★* 】那么本篇到此就结束啦，如果我的这篇博客可以给你提供有益的参考和启示，可以三连支持一下！💖💘💞

文章来源:https://blog.csdn.net/island1314/article/details/142767173
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【Java】异常处理指南

1. 异常是什么❓

2. 异常体系结构 🫛

3. 异常的分类📚

3.1 编译时异常

3.2 运行时异常

3.3 区别

4. 异常的处理 🔍

4.1 防御式编程

4.2 异常的抛出

4.3 异常的捕获 🔖

4.3.1 异常声明 throws

4.3.2 常用的异常类

4.3.3 try-catch捕获并处理

4.3.4 finally

4.4 异常处理流程

5. 自定义异常 💫

6. 小结 📖

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4.3.1 异常声明 throws

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