java学习之路-异常处理机制

一、什么是异常

1. 算术异常

2.数组越界异常

3. 空指针异常

4.异常的体系结构

5.异常的分类

1. 编译时异常

2. 运行时异常

二、异常的处理机制

1.防御型编程

2.抛出异常

3.异常的捕获

3.1异常声明throws

4..异常处理

4.1try-catch-finally捕获并处理

4.2finally

4.3【面试题】

4.4异常的处理流程

5.自定义异常类

一、什么是异常

在Java中，异常（Exception）是指程序执行过程中可能出现的不正常情况或错误。它是一个事件，它会干扰程序的正常执行流程，并可能导致程序出现错误或崩溃。

异常可以分为两类

Exception（异常）：java.lang.Exception是表示可检查异常的基类。可检查异常是指在编译时需要显式处理的异常。Exception类及其子类用于表示程序运行过程中可能出现的外部条件、错误或其他可恢复的情况。例如，文件未找到、网络连接中断、输入格式错误等。开发人员需要通过捕获或声明这些异常来确保在程序中进行适当的异常处理。

Error（错误）：java.lang.Error是表示严重问题或系统级错误的基类。错误是指那些程序通常无法处理或恢复的情况，例如内存溢出、堆栈溢出、虚拟机错误等。与异常不同，错误不需要在程序中显式处理，因为它们通常表示了无法解决的问题。

常见的异常有

1. 算术异常

System.out.println(10 / 0);// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / 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: 100

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

4.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：

从上图中可以看到：

1. Throwable：是异常体系的顶层类，其派生出两个重要的子类, 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和OutOfMemoryError，一旦发生回力乏术。

3. 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。

5.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，根据发生的时机不同，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，也称为受检查异常(Checked Exception)

public class Person {private String name;private String gender;int age;// 想要让该类支持深拷贝，重写Object类的clone方法即可@Overridepublic 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

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。

注意：编译时出现的语法性错误，不能称之为异常。例如将 System.out.println 拼写错了, 写成了 system.out.println. 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.

二、异常的处理机制

1.防御型编程

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

采用try-catch-finally异常处理语句

try {登陆游戏();开始匹配();游戏确认();选择英雄();载入游戏画面();...} catch (登陆游戏异常) {处理登陆游戏异常;} catch (开始匹配异常) {处理开始匹配异常;} catch (游戏确认异常) {处理游戏确认异常;} catch (选择英雄异常) {处理选择英雄异常;} catch (载入游戏画面异常) {处理载入游戏画面异常;}
finally{
}

2.抛出异常

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，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")

栗子

public class Java {public static int getElement(int[] array, int index){if(null == array) {throw new NullPointerException("传递的数组为null");//throw就是用来将错误信息翻译一下告知调用者}if(index < 0 || index >= array.length){throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("传递的数组下标越界");}return array[index];}public static void main(String[] args) {System.out.println("韦坤四战四级");int[] array = {1,2,3};int[] array2 = null;getElement(array2, 3);}
}
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，直接交给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

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。

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...{}
1. throws必须跟在方法的参数列表之后
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，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。

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//throws放在这里将异常抛给方法调用者处理
{if(filename.equals("config.ini")){throw new FileNotFoundException("配置文件名字不对");//说明异常原因}// 打开文件}public void readConfig(){}}

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

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

将光标放在抛出异常方法上，alt + Insert 快速处理：

4..异常处理

4.1try-catch-finally捕获并处理

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){//这里填异常类型，比如空指针异常，数组越界// 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：
//  1. []中表示可选项，可以添加，也可以不用添加
//  2. try中的代码可能会抛出异常，也可能不会

栗子

public static void func(){try(Scanner scanner = new Scanner(System.in)){int[] arr =null;System.out.println(arr.length);}catch(NullPointerException e){System.out.println("空指针异常");}finally{System.out.println("一定会执行finally");}}
public static void main(String[] args) {func();}
}
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

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

4.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) {...}
5.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");}//Error:(33, 10) java: 已捕获到异常错误java.lang.NullPointerException
6.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.

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.

4.2finally

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。

4.3【面试题】

1. throw 和 throws 的区别？

不同点：

一：位置不同。

throws用在函数上，后边跟的是异常类，可以跟多个异常类。

throw用在函数内，后面跟的是异常对象，要new异常对象。

二：功能不同。

①throws用来声明异常，让调用者只知道该功能可能出现的问题，可以给出预先得处理方式。throw抛出具体的问题对象，执行到throw。功能就已经结束了跳转到调用者，并将具体的问题对象抛给调用者，也就是说throw语句独立存在时，下面不要定义其他语句，因为执行不到。

②throws表示出现异常的一种可能性，并不一定会发生这些异常，throw则是抛出了异常，执行throw则一定抛出了某种异常对象。

三、相同点

两者都是消极处理异常的方式，只是抛出或者可能抛出异常，但是不会由函数去处理异常，真正的处理异常由函数的上层调用处理。

也就是两者都只是抛出提示异常，并没有去处理异常。

2. finally中的语句一定会执行吗？

会

4.4异常的处理流程

关于 "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 
方式查看出现异常代码的调用栈.

如果本方法中没有合适的处理异常的方式, 就会沿着调用栈向上传递

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]);}// 直接结果
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100//直接报错异常，找到有方法处理异常at demo02.Test.main(Test.java:9)after try catch

没有找到方法处理异常情况，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。

public static void main(String[] args) {func();System.out.println("after try catch");}public static void func() {int[] arr = {1, 2, 3};System.out.println(arr[100]);}// 执行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100at demo02.Test.func(Test.java:14)at demo02.Test.main(Test.java:8)
可以看到, 程序已经异常终止了, 没有执行到 System.out.println("after try catch"); 这一行

异常处理流程总结：

程序限执行try的代码

如果try中的代码出现异常，就会结束try中的代码，然后看看是否有catch中的异常类型相匹配的，如果有找到匹配的异常类型就会执行catch中的代码，如果没有的话，就会将异常向上传递上层调用者。

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.自定义异常类

Java 中虽然已经内置了丰富的异常类, 但是并不能完全表示实际开发中所遇到的一些异常，此时就需要维护符合我们实际情况的异常结构

//自定义异常类
class MyEx extends Exception{//自定义类，必须基于Exception派生String message;//提示异常信息public MyEx(String message) {this.message = message;}@Overridepublic String getMessage() {return message;}}public class Test {public static void main(String[] args) {try{Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.println("请输入用户的姓名、年龄");String name = scanner.nextLine();int age = scanner.nextInt();if (age < 0){//如果年龄为负数则抛出异常throw new MyEx("年龄不能为负数");//传参构造方法}System.out.println("该用户的基本信息是：");System.out.println("姓名： " + name +"   "+ "年龄" + age);} catch (MyEx e) {//捕获MyEx这个类型的异常System.out.println(e.getMessage());}finally {System.out.println("检查完毕");}}
}