Java异常处理

发生异常有许多不同的原因，以下是发生异常的一些情况。

用户输入了无效数据。
找不到需要打开的文件。
在通信过程中丢失了网络连接，或者JVM内存不足。

有一些异常是由用户错误引起的，也有一些异常是由程序员错误引起的，或者是由以某种物理资源引起的。

基于这三类异常，您需要了解它们以了解在Java中异常处理工作原理。

已检查异常 - 已检查异常是编译器在编译时检查(通知)的异常，这些异常也称为编译时异常。这些异常不能简单地忽略，程序员应该编写代码来处理这些异常。
例如，如果在程序中使用FileReader类从文件中读取数据，如果其构造函数中指定的文件不存在，则会发生FileNotFoundException异常，并且编译器会提示程序员处理异常。示例代码 -

import java.io.File;
import java.io.FileReader;

public class FilenotFound_Demo {

   public static void main(String args[]) {        
      File file = new File("E://file.txt");
      FileReader fr = new FileReader(file); 
   }
}

如果编译上述程序，则会出现以下异常。

C:>javac FilenotFound_Demo.java
FilenotFound_Demo.java:8: error: unreported exception FileNotFoundException; must be caught or declared to be thrown
      FileReader fr = new FileReader(file);
                      ^
1 error

注 - 由于FileReader类的read()和close()方法抛出IOException，可以看到到编译器通知要求处理IOException以及FileNotFoundException这两个异常。

未检查异常 - 未检查的异常是在执行时发生的异常。这些也称为运行时异常。这些包括编程错误，例如逻辑错误或API的不当使用，编译时忽略运行时异常。
例如，如果在程序中声明了一个大小为5的数组，但是却要访问数组的第6个元素，则会发生ArrayIndexOutOfBoundsExceptionexception异常。
```
public class Unchecked_Demo {

 public static void main(String args[]) {
    int num[] = {1, 2, 3, 4};
    System.out.println(num[5]);// 访问第6个元素
 }
}
```
如果编译并执行上述程序，则会出现以下异常。
```
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 5
  at Exceptions.Unchecked_Demo.main(Unchecked_Demo.java:8)
```
错误 - 这个严格来说不是异常，它是超出用户或程序员控制的问题。代码中通常会忽略错误，因为很少对错误做任何事情。例如，如果发生堆栈溢出，则会出现错误。它们在编译时也被忽略。

1. 异常层次结构

所有异常类都是java.lang.Exception类的子类型。 Exception类是Throwable类的子类。除了Exception类之外，还有另一个名称为Error的子类，它派生自Throwable类。

错误是在严重故障的情况下发生的异常情况，Java程序不处理这些情况。生成错误以指示运行时环境生成的错误。例如：JVM内存不足。通常，程序无法从错误中恢复。

Exception类有两个主要的子类：IOException类和RuntimeException类。

Java异常层次结构

2. 异常方法

以下是Throwable类中可用的方法列表。

编号	方法	异常
1	`public String getMessage()`	返回有关已发生的异常的详细消息，此消息在`Throwable`构造函数中初始化。
2	`public Throwable getCause()`	返回由`Throwable`对象表示的异常的原因。
3	`public String toString()`	返回与`getMessage()`结果连接的类名称。
4	`public void printStackTrace()`	将`toString()`的结果与堆栈跟踪一起打印到`System.err`(错误输出流)。
5	`public StackTraceElement [] getStackTrace()`	返回包含堆栈跟踪上每个元素的数组。索引`0`处的元素表示调用堆栈的顶部，而数组中的最后一个元素表示调用堆栈底部的方法。
6	`public Throwable fillInStackTrace()`	使用当前堆栈跟踪填充此`Throwable`对象的堆栈跟踪，添加堆栈跟踪中的任何先前信息。

3. 捕捉异常

在方法中可使用try和catch关键字的组合捕获异常。try/catch块放在可能生成异常的代码周围。try/catch块中的代码称为受保护代码，使用try/catch的语法如下所示 -

语法

try {
   // Protected code
} catch (ExceptionName e1) {
   // Catch block
}

将容易出现异常的代码放在try块中。发生异常时，异常由与其关联的catch块处理。每个try块都应该紧跟一个catch块或者一个块finally。

catch语句涉及声明尝试捕获的异常类型。如果受保护代码中发生异常，则会检查try之后的catch块(或多个块)。如果发生的异常类型列在catch块中，则异常将传递给catch块，就像将参数传递给方法参数一样。

示例

以下是使用2个元素声明的数组，然后尝试访问引发异常的数组的第3个元素。

// 文件 : ExcepTest.java
import java.io.*;

public class ExcepTest {

   public static void main(String args[]) {
      try {
         int a[] = new int[2];
         System.out.println("Access element three :" + a[3]);
      } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
         System.out.println("Exception thrown  :" + e);
      }
      System.out.println("Out of the block");
   }
}

执行上面示例代码，得到以下结果：

Exception thrown  :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
Out of the block

4. 多个try块

try块后面可以跟多个catch块，多个catch块的语法如下所示 -

语法

try {
   // Protected code
} catch (ExceptionType1 e1) {
   // Catch block
} catch (ExceptionType2 e2) {
   // Catch block
} catch (ExceptionType3 e3) {
   // Catch block
}

上面的语句中放置了三个catch块，但只需一次尝试即可获得任意数量的块。如果受保护代码中发生异常，则会将异常抛出到列表中的第一个catch块。如果抛出的异常的数据类型与ExceptionType1匹配，则会在那里捕获它。如果不是，则异常传递给第二个catch语句。这种情况一直持续到异常被捕获，在这种情况下，当前方法停止执行，异常将被抛到调用堆栈上的前一个方法。

示例

以下是显示如何使用多个try/catch语句的代码段。

try {
   file = new FileInputStream(fileName);
   x = (byte) file.read();
} catch (IOException i) {
   i.printStackTrace();
   return -1;
} catch (FileNotFoundException f) // Not valid! {
   f.printStackTrace();
   return -1;
}

捕获多种类型的例外
从Java 7开始，可以使用单个catch块处理多个异常，此功能简化了代码。下面是应用示例 -

catch (IOException|FileNotFoundException ex) {
   logger.log(ex);
   throw ex;

5. throws/throw关键字

如果方法不处理已检查的异常，则该方法必须使用throws关键字声明它。 throws关键字应放置在方法签名的末尾。

可以使用throw关键字抛出异常，可以是新实例化的异常，也可以是刚捕获的异常。

throws和throw关键字之间的区别是，throws用于推迟对已检查异常的处理，throw用于显式调用异常。

以下方法声明它抛出RemoteException -

import java.io.*;
public class className {

   public void deposit(double amount) throws RemoteException {
      // Method implementation
      throw new RemoteException();
   }
   // Remainder of class definition
}

可以将方法声明为抛出多个异常，在这种情况下，异常在以逗号分隔的列表中声明。例如，以下方法声明它抛出RemoteException和InsufficientFundsException异常 -

import java.io.*;
public class className {

   public void withdraw(double amount) throws RemoteException, 
      InsufficientFundsException {
      // Method implementation
   }
   // Remainder of class definition
}

6. finally块

finally块在try块或catch块之后。无论受保护的代码块是否发生异常，最终都会执行finally块中的代码。

使用finally块运行要执行的任何清理类型语句，无论受保护代码中发生什么。

finally块放置在catch块的末尾，它的语法语法如下 -

try {
   // Protected code
} catch (ExceptionType1 e1) {
   // Catch block
} catch (ExceptionType2 e2) {
   // Catch block
} catch (ExceptionType3 e3) {
   // Catch block
}finally {
   // The finally block always executes.
}

示例

public class ExcepTest {

   public static void main(String args[]) {
      int a[] = new int[2];
      try {
         System.out.println("Access element three :" + a[3]);
      } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
         System.out.println("Exception thrown  :" + e);
      }finally {
         a[0] = 6;
         System.out.println("First element value: " + a[0]);
         System.out.println("The finally statement is executed");
      }
   }
}

执行上面示例代码，得到以下结果 -

Exception thrown  :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
First element value: 6
The finally statement is executed

使用finally时，需要注意以下规则 -

没有try语句就不能存在catch子句。
只要存在try/catch块，finally子句就不是必须的。
如果没有catch子句或finally子句，则try块不能出现。
try，catch，finally块之间不能出现任何代码。

7. try-with-resources

通常，当使用流，连接等任何资源时，要使用finally块显式关闭它们。在下面的程序中使用FileReader从文件中读取数据，然后使用finally块关闭它。

import java.io.File;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class ReadData_Demo {

   public static void main(String args[]) {
      FileReader fr = null;        
      try {
         File file = new File("file.txt");
         fr = new FileReader(file); char [] a = new char[50];
         fr.read(a);   // reads the content to the array
         for(char c : a)
         System.out.print(c);   // prints the characters one by one
      } catch (IOException e) {
         e.printStackTrace();
      }finally {
         try {
            fr.close();
         } catch (IOException ex) {        
            ex.printStackTrace();
         }
      }
   }
}

try-with-resources，也称为自动资源管理，是Java 7中引入的一种新的异常处理机制，它自动关闭try/catch块中使用的资源。

要使用此语句，只需在括号内声明所需的资源，创建的资源将在块结束时自动关闭。以下是try-with-resources语句的语法。

语法

try(FileReader fr = new FileReader("file path")) {
   // use the resource
   } catch () {
      // body of catch 
   }
}

以下是使用try-with-resources语句读取文件中数据的程序。

import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class Try_withDemo {

   public static void main(String args[]) {
      try(FileReader fr = new FileReader("E://file.txt")) {
         char [] a = new char[50];
         fr.read(a);   // reads the contentto the array
         for(char c : a)
         System.out.print(c);   // prints the characters one by one
      } catch (IOException e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

在使用try-with-resources语句时，请牢记以下几点。

要使用带有try-with-resources语句的类，它应该实现AutoCloseable接口，并且它的close()方法在运行时自动调用。
可以在try-with-resources语句中声明多个类。
当在try-with-resources语句的try块中声明多个类时，这些类将以相反的顺序关闭。
除括号内的资源声明外，其它都与try块的普通try/catch块相同。
try中声明的资源在try-block开始之前实例化。
在try块声明的资源被隐式声明为final。

8. 用户定义的异常

可以在Java中创建自己的异常。在编写自己的异常类时，请注意以下几点 -

所有异常必须是Throwable的子类。
如果要编写由处理或声明规则自动强制执行的已检查异常，则需要扩展Exception类。
如果要编写运行时异常，则需要扩展RuntimeException类。

可以定义自己的Exception类，如下所示 -

class MyException extends Exception {
}

只需要扩展预定义的Exception类来创建自己的Exception类。这些都是经过检查的异常。以下InsufficientFundsException类是一个用户定义的异常，它扩展了Exception类，使其成为一个已检查的异常。异常类与任何其他类一样，包含有用的字段和方法。

示例

// 文件：InsufficientFundsException.java
import java.io.*;

public class InsufficientFundsException extends Exception {
   private double amount;

   public InsufficientFundsException(double amount) {
      this.amount = amount;
   }

   public double getAmount() {
      return amount;
   }
}

为了演示如何使用用户定义的异常，以下CheckingAccount类的withdraw()方法中包含抛出InsufficientFundsException。

// 文件名称：CheckingAccount.java
import java.io.*;

public class CheckingAccount {
   private double balance;
   private int number;

   public CheckingAccount(int number) {
      this.number = number;
   }

   public void deposit(double amount) {
      balance += amount;
   }

   public void withdraw(double amount) throws InsufficientFundsException {
      if(amount <= balance) {
         balance -= amount;
      }else {
         double needs = amount - balance;
         throw new InsufficientFundsException(needs);
      }
   }

   public double getBalance() {
      return balance;
   }

   public int getNumber() {
      return number;
   }
}

以下BankDemo程序演示了如何调用CheckingAccount类的deposit()和withdraw()方法。

// 文件： BankDemo.java
public class BankDemo {

   public static void main(String [] args) {
      CheckingAccount c = new CheckingAccount(101);
      System.out.println("Depositing $500...");
      c.deposit(500.00);

      try {
         System.out.println("
Withdrawing $100...");
         c.withdraw(100.00);
         System.out.println("
Withdrawing $600...");
         c.withdraw(600.00);
      } catch (InsufficientFundsException e) {
         System.out.println("Sorry, but you are short $" + e.getAmount());
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

执行上面示例代码，得到以下结果 -

Depositing $500...

Withdrawing $100...

Withdrawing $600...
Sorry, but you are short $200.0
InsufficientFundsException
         at CheckingAccount.withdraw(CheckingAccount.java:25)
         at BankDemo.main(BankDemo.java:13)

常见异常

在Java中，可以定义两个分类:异常和错误。

JVM异常 - 这些是JVM独占或逻辑抛出的异常/错误。示例：NullPointerException，ArrayIndexOutOfBoundsException，ClassCastException。
程序化异常 - 应用程序或API程序员明确抛出这些异常。示例：IllegalArgumentException，IllegalStateException。

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