夯实Java基础（十二）——异常处理

1、异常处理概述

在Java程序执行过程中, 总是会发生不被期望的事件, 阻止程序按照程序员预期正常运行, 这就是Java程序出现的异常。

异常处理是基于面向对象的一种运行错误处理机制，通过对异常问题的封装，实现对用户的非法操作、参数设置异常，硬件系统异常，网络状态改变异常等运行态中可能出现的异常信息的处理机制。

如果某个方法不能按照正常的途径完成任务，就可以通过另一种路径退出方法。在这种情况下会抛出一个封装了错误信息的对象。此时，这个方法会立刻退出同时不返回任何值。另外，调用这个方法的其他代码也无法继续执行，异常处理机制会将代码执行交给异常处理器来处理，这就是Java异常的处理。Java为我们提供了非常完美的异常处理机制，我们看下面的图。

异常结构图(图片来自百度)：

从图的结构我们可以知道，所有的异常都是继承自Throwable，有两个子类Error和Exception，它们分别表示错误和异常。

我们来看看Error与Exception 的具体描述：

Error是程序无法处理的错误。比如VirtualMachineError、OutOfMemoryError、ThreadDeath等。当这些异常发生时， Java虚拟机一般会选择线程终止。 

Exception是程序本身可以处理的异常。这种异常它们又分为两大类RunTimeException（运行时异常）和非RunTimeException（非运行时异常），在程序中我们应当尽可能去处理这些异常。 

CheckException是受检查异常，它发生在编译阶段。所有CheckException都是需要在代码中处理的，所以这对我们在编码时是非常有帮助的。它们的发生是可以预测的，是可以合理的处理。要么使用try-catch-finally语句进行捕获，要么用throws子句抛出，否则编译就会报错。在Exception中，除了RuntimeException及其子类以外，其他都是都是CheckedException。

UncheckedException是不受检查异常，它发生只有在运行期间。所有是无法预先捕捉处理的，主要是由于程序的逻辑错误所引起的。Error也是UncheckedException，也是无法预先处理的，它们都难以排查。所以在我们的程序中应该从逻辑角度出发，尽可能避免这类异常的发生。 

既然有些时候错误和异常不可避免，那么我们可以在程序设计中认真的考虑，设计出更加高质量的代码，这样即使产生了异常，也能尽量保证程序朝着有利方向发展。

2、常见异常

在Java中异常的种类非常的多，所以我们就列出比较常见的异常。

Error异常：

• OutOfMemoryError：内存不足错误。当可用内存不足以让Java虚拟机分配给一个对象时抛出该错误。
• StackOverflowError：堆栈溢出错误。当一个应用递归调用的层次太深而导致堆栈溢出时抛出该错误。
• VirtualMachineError：虚拟机错误。用于指示虚拟机被破坏或者继续执行操作所需的资源不足的情况。
• ThreadDeath：线程结束。当调用Thread类的stop方法时抛出该错误，用于指示线程结束。
• UnknownError：未知错误。用于指示Java虚拟机发生了未知严重错误的情况。

Exception中出现的异常：

RunTimeException子类：

• NullPointerException：空指针异常。
• ArrayIndexOutOfBoundsException：数组索引越界异常。
• ClassNotFoundException：找不到类异常。
• ClassCastException：类型转换异常类。
• NumberFormatException：字符串转换为数字抛出的异常。
• ArithmeticException：算术条件异常。如：整数除零等。
• NegativeArraySizeException：数组长度为负异常。
• ArrayStoreException：数组中包含不兼容的值抛出的异常。
• SecurityException：安全性异常。
• IllegalArgumentException：非法参数异常。
• NoSuchMethodException：方法未找到异常。

非RunTimeException子类：

• IOException：输入输出流异常。
• EOFException：文件已结束异常。
• SQLException：操作数据库异常。
• 自定义Exception：用户自己定义的异常。

3、异常处理try-catch-finally

在 Java 应用程序中，异常处理机制为：抛出异常，捕获异常。接下来我们就来学习怎么用try-catch-finally语句来捕获异常。

先看一下try-catch-finally语句的格式：

try{
    //可能生成异常的代码    
}catch(Exception e){
    //处理异常的代码
}catch(Exception e){
    //处理异常的代码
} finally {
    //一定会执行的代码          
}

然后我们用一个整数除以零为例，来使用try-catch-finally捕获异常：

@Test
public void test3(){
    int i=10;
    try {
        int j=i/0;//会出现异常的地方
        System.out.println(j);
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
        System.out.println("代码出现了异常...");
    } finally {
        System.out.println("一定会执行...");
    }
}

运行结果：

我们知道任何数是不可以除零的，所以这个地方一定会抛出异常，我们用try-catch给它包起来。从结果可以看出来，当程序遇到异常时会终止程序的运行（即后面的代码不在执行），控制权交由异常处理机制处理。由catch捕获异常后，再执行catch中的语句。然后再执行finally中一定会执行的语句(finally语句块一般都是去释放占用的资源)。

从上面的例子我们会不会认为try-catch-finally捕获异常非常的简单，然而它们真的非常简单吗？我们再来看下面这个例子。

public class TryTest {
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(test());
    }

    private static int test(){
        int num = 10;
        try{
            System.out.println("try");
            return num += 80;
        }catch(Exception e){
            System.out.println("error");
        }finally{
            if (num > 20){
                System.out.println("num>20 : " + num);
            }
            System.out.println("finally");
        }
        return num;
    }
}

运行结果：

看到这样的结果一定会非常的懵逼，你可以自己先思考一下，这就是下面要讲的try-catch-finally中有无return的执行顺序。

4、try-catch-finally的执行顺序

对于try-catch-finally的执行顺序在我们的日常编码中可能不会用到，但是可能会出现在你笔试中，所以我们还是需要了解一下。

该部分内容转载自：https://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17485221

在这里看到了try catch finally块中含有return语句时程序执行的几种情况，但其实总结的并不全，而且分析的比较含糊。但有一点是可以肯定的，finally块中的内容会先于try中的return语句执行，如果finall语句块中也有return语句的话，那么直接从finally中返回了，这也是不建议在finally中return的原因。下面来看这几种情况。

情况一（try中有return，finally中没有return）：

public class TryTest{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(test());
    }
 
    private static int test(){
        int num = 10;
        try{
            System.out.println("try");
            return num += 80;
        }catch(Exception e){
            System.out.println("error");
        }finally{
            if (num > 20){
                System.out.println("num>20 : " + num);
            }
            System.out.println("finally");
        }
        return num;
    }
}

输出结果如下：

分析：显然“return num += 80”被拆分成了“num = num+80”和“return num”两个语句，线执行try中的“num = num+80”语句，将其保存起来，在try中的”return num“执行前，先将finally中的语句执行完，而后再将90返回。

情况二（try和finally中均有return）：

public class TryTest{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(test());
    }
 
    private static int test(){
        int num = 10;
        try{
            System.out.println("try");
            return num += 80;
        }catch(Exception e){
            System.out.println("error");
        }finally{
            if (num > 20){
                System.out.println("num>20 : " + num);
            }
            System.out.println("finally");
            num = 100;
            return num;
        }
    }
}

输出结果如下：

分析：try中的return语句同样被拆分了，finally中的return语句先于try中的return语句执行，因而try中的return被”覆盖“掉了，不再执行。

情况三（finally中改变返回值num）：

public class TryTest{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(test());
    }
 
    private static int test(){
        int num = 10;
        try{
            System.out.println("try");
            return num;
        }catch(Exception e){
            System.out.println("error");
        }finally{
            if (num > 20){
                System.out.println("num>20 : " + num);
            }
            System.out.println("finally");
            num = 100;
        }
        return num;
    }
}

输出结果如下：

分析：虽然在finally中改变了返回值num，但因为finally中没有return该num的值，因此在执行完finally中的语句后，test（）函数会得到try中返回的num的值，而try中的num的值依然是程序进入finally代码块前保留下来的值，因此得到的返回值为10。

但是我们来看下面的情况（将num的值包装在Num类中）：

public class TryTest{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(test().num);
    }
 
    private static Num test(){
        Num number = new Num();
        try{
            System.out.println("try");
            return number;
        }catch(Exception e){
            System.out.println("error");
        }finally{
            if (number.num > 20){
                System.out.println("number.num>20 : " + number.num);
            }
            System.out.println("finally");
            number.num = 100;
        }
        return number;
    }
}
 
class Num{
    public int num = 10;
}

输出结果如下：

从结果中可以看出，同样是在finally中改变了返回值num的值，在情况三中，并没有被try中的return返回（test（）方法得到的不是100），但在这里却被try中的return语句返回了。

对以上情况的分析，需要深入JVM虚拟机中程序执行exection_table中的字节码指令时操作栈的的操作情况，可以参考http://www.2cto.com/kf/201010/76754.html这篇文章，也可以参考《深入Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》第6章中对属性表集合的讲解部分。

对于含有return语句的情况，这里我们可以简单地总结如下：

try语句在返回前，将其他所有的操作执行完，保留好要返回的值，而后转入执行finally中的语句，而后分为以下三种情况：

情况一：如果finally中有return语句，则会将try中的return语句”覆盖“掉，直接执行finally中的return语句，得到返回值，这样便无法得到try之前保留好的返回值。

情况二：如果finally中没有return语句，也没有改变要返回值，则执行完finally中的语句后，会接着执行try中的return语句，返回之前保留的值。

情况三：如果finally中没有return语句，但是改变了要返回的值，这里有点类似与引用传递和值传递的区别，分以下两种情况，：

        1）如果return的数据是基本数据类型或文本字符串，则在finally中对该基本数据的改变不起作用，try中的return语句依然会返回进入finally块之前保留的值。

        2）如果return的数据是引用数据类型，而在finally中对该引用数据类型的属性值的改变起作用，try中的return语句返回的就是在finally中改变后的该属性的值。

5、异常处理throws+异常类型(异常链)

throws是在声明方法的后面使用，表示此方法不处理异常，而交给方法调用者进行处理，然后一直将异常向上一级抛给调用者，而调用者可以选择捕获或者抛出，如果所有方法（包括main）都选择抛出。那么最终将会抛给JVM。由JVM来打印出信息（异常链）。 

public class ThrowsTest {
    public static void method1() throws IOException {
        File file=new File("hello.txt");
        FileInputStream fis=new FileInputStream(file);
        int data=fis.read();
        while (data != -1) {
            System.out.println(data);
            data=fis.read();
        }
        fis.close();
    }

    public static void method2() throws IOException {
        method1();
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        method2();
    }
}
21 //结果；java.io.FileNotFoundException: hello.txt (系统找不到指定的文件。)

上面代码的异常信息最终由JVM打印，同样我们也可以对异常进行捕获。

    public static void main(String[] args){
        try {
            method2();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

通过使用throws+异常类型(异常链)，我们可以提高代码的可理解性、系统的可维护性。

6、手动抛出异常throw

使用throw是允许我们在程序中手动抛出异常的，那么这就操蛋了，我们都巴不得不出现任何异常，这咋还得自己来抛出异常呢！这是因为有些地方确实需要抛出异常，我们简单举例来看：

public class ThrowTest {

    public void show(int age) throws Exception {
        if (age>0&&age<256){
            System.out.println(age);
        }else{
            //System.out.println("输入年龄有误！");
            throw new Exception("输入年龄有误！");
        }
        System.out.println(age);
    }
    public static void main(String[] args) {
        ThrowTest test=new ThrowTest();
        try {
            test.show(500);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上面的例子中如果我们使用System.out.println("输入年龄有误！");输出信息，然而它仅仅是一个输出的功能，并不会终止后面代码的执行，所以这时我们就可以选择手动抛出异常来终止代码的运行。

我们发现throws和throw这两个非常的相似，来看看它们的区别是什么：

throws：用来声明一个方法可能产生的所有异常，该方法不做任何处理，而是一直将异常往上一级传递，由调用者继续抛出或捕获。它用在方法声明的后面，跟的是异常类名，可以跟多个异常类名，用逗号隔开，它表示的是向上抛出异常，由该方法的调用者来处理

throw：用来抛出一个异常，它用在方法体内部，抛出的异常的对象名称。它表示抛出异常，由方法体内的语句处理。

7、自定义异常

前面讲了异常的抛出和处理，而那些异常都是JDK早已经定义好的。那么我们自己怎么定义异常呢？Java是可以让用户自己定义异常的，但是一定要注意的是：在我们自定义异常时，一定要是Throwable的子类，如果是检查异常就要继承自Exception，如果是运行异常就要继承自RuntimeException。我们举例来看下。

//自定义异常，继承Exception
public class MyException extends Exception {
    //定义无参构造方法
    public MyException() {
    }
    //定义有参构造方法
    public MyException(String message) {
        super(message);
    }

}

class Test{
    public void show(int i)throws Exception{
        if (i>=0){
            System.out.println(i);
        }else{
            throw new MyException("不能为负数...");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test test=new Test();
        try {
            test.show(-5);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

 运行结果：