Java異常

異常概述

異常也稱為例外，是在程序運行過程中發生的並且會打斷程序正常執行的事件，比如算術異常、空指針異常、文件找不到異常。所以在程序設計時，必須考慮到可能發生的異常事件，並做出相應的處理。這樣才能保證程序可以正常運行。

Java的異常處理機制也秉承着面向對象的基本思想，在Java中，所有的異常都是以類的形式存在，除了內置的異常類之外，Java也可以自定義異常類。此外，Java的異常處理機制也允許自定義拋出異常。

 

為什么要使用異常

在沒有異常處理的語言中，就必須使用if或switch等語句，配合所想得到的錯誤狀況來捕捉程序里所有可能發生的錯誤。但為了捕捉這些錯誤，編寫出來的代碼經常有很多的if語句，有時候這樣也未必能捕捉到所有的錯誤，而且這樣做勢必導致程序運行效率的降低。Java的異常處理機制恰好改進了這一點，它易於使用並且可自行定義異常類，但是不得不說，異常也是一個較為耗費性能的操作，因此我們需要合理地利用Java的異常處理機制，以增進程序的穩定性和效率。

 

異常的繼承架構

異常可分為兩大類：java.lang.Exception與java.lang.Error，這兩個類均繼承自java.lang.Throwable，上圖為Throwable類的繼承關系圖。

習慣上將Error與Exception統稱為異常類，但這兩者本質上還是有不同的：

1、Error專門用來處理嚴重影響程序運行的錯誤，可是通常程序設計者不會涉及程序代碼去捕捉這種錯誤，其原因在於即使捕捉到它，也無法給予適當的處理，比如Java虛擬機出錯就屬於一種Error

2、Exception包含了一般性的異常，這些異常通常在捕捉到之后便可以做妥善的處理，以確保程序繼續運行

從繼承架構圖中可以看出，Exception擴展出數個子類，其中IOException、RuntimeException是較常用的兩種。RuntimeException即使不編寫異常處理的程序代碼，依然可以編譯成功，而這種異常必須是在程序運行時才有可能發生，比如數組索引值超出了范圍。與RuntimeException不同的是，IOException一定要編寫異常處理的程序代碼才行，它通常用來處理輸入/輸出相關的操作，如對文件的訪問、網絡的連接等。

當異常發生時，發生異常的語句代碼會拋出一個異常類的實例化對象，之后此對象與catch語句中的類的類型進行匹配，然后在相應的catch中進行處理。

 

try、catch、finally、throw、throws

當異常發生時，通常可以用兩種方法來處理：

1、交由Java默認的異常處理機制做處理，但這種處理方式，Java通常只能輸出異常信息，接着便終止程序的運行，比如：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException
{
    operateNull(null);
    System.out.println("After operateNull");
}

public static char operateNull(String str)
{
    return str.charAt(0);
}

返回結果為：

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
    at com.xrq.test33.TestMain.operateNull(TestMain.java:13)
    at com.xrq.test33.TestMain.main(TestMain.java:7)

和"接着便終止程序的運行"一致，因為第4行的語句並沒有打印。

2、自行編寫try-catch-finally塊來捕捉異常，這種寫法的最大好處是，可以靈活操控程序的流程且可做出最適當的處理，比如：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException
{
    try
    {
        Thread.sleep(1000);
        operateNull(null);
    } 
    catch (NullPointerException e)
    {
        System.out.println("NullPointerException's catch block!");
        throw e;
    }
    finally
    {
        System.out.println("NullPointerException's finally block!");
    }
}

public static char operateNull(String str)
{
    return str.charAt(0);
}

返回結果為：

NullPointerException's catch block!
NullPointerException's finally block!
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
    at com.xrq.test33.TestMain.operateNull(TestMain.java:25)
    at com.xrq.test33.TestMain.main(TestMain.java:10)

關於這段代碼解釋每個關鍵字：

（1）try表示要檢查的程序語句

（2）catch表示異常發生時的處理語句，可省略

（3）finally表示無論catch內部寫了什么，即使是return，也都會運行到的語句，可省略。finally常用於對某段待檢查的代碼做掃尾工作，比如ReentrantLock的unlock()、IO的close()

（4）throw表示拋出一個類的實例，注意實例二字，實例意味着throw出去的是一個實例化的異常對象。所以代碼的11行也可以寫為"throw new NullPointerException()"，至於為什么不這么寫，因為寫"throw new NullPointerException()"並沒有返回結果中第4行、第5行中的異常堆棧。注意，throw關鍵字可以寫在任何地方，並不強制必須寫在catch塊中，運行到throw所在的行，打印異常並立即退出當前方法

（5）throws用於方法聲明，表示如果方法內的程序代碼可能會發生異常，且方法內又沒有使用代碼的代碼塊來捕捉這些異常時，則必須在聲明方法時一並指明所有可能發生的異常，以便讓調用此方法的程序得以做好准備來捕捉異常。比如"方法名稱(參數...) throws 異常類1, 異常類2, 異常類3..."，也可以不這么麻煩，Exception是所有異常的父類，因此也可以直接"方法名稱(參數...) throws Exception"

 

異常場景匯總

異常細節諸多，之前我也一直有搞不清楚的地方，因此這里對多種場景做一個總結、匯總：

1、接口方法可以throws異常，但必須throws一個具體的異常，不能直接throws出去Exception

public interface InterfaceException
{
    void ExceptionMethod() throws NullPointerException;
}

2、接口方法throws異常，其實現類實現該方法的時候不強制必須拋出該異常，也可以任意拋出異常

public class InterfaceExceptionImpl implements InterfaceException
{
    public void ExceptionMethod()
    {
        
    }
}

public class InterfaceExceptionImpl implements InterfaceException
{
    public void ExceptionMethod() throws ArrayIndexOutOfBoundsException
    {
        
    }
}

3、catch塊內如果捕獲到了異常並且throw出去了e，那么方法之后的代碼都不會再運行了；catch塊內如果捕獲到了異常，但是沒有throw出去e，也沒有任何導致程序終止的語句，那么try...catch...finally之后的語句仍然可以繼續運行

4、捕獲異常不可以先catch (Exception e){...}再catch (NullPointerException e)

原因是"Unreachable catch block for NullPointerException. It is already handled by the catch block for Exception"，即Java檢測到NullPointer這個異常是不可達的

5、方法A聲明throws異常，則調用方法A的代碼必須try...catch...該異常

6、方法A聲明throws出Exception，調用方法A的代碼必須try...catch...該異常，如果：

（1）有匹配異常的catch塊，則優先走匹配異常的catch塊

（2）如果沒有匹配異常的catch塊，但是有catch (Exception e){...}，則走catch (Exception e){...}

（3）如果沒有沒有匹配的catch塊，則調用方法A的地方throw異常，方法終止

7、如果方法中沒有try...catch異常而該方法發生了異常，且方法聲明中有throws，那么發生的該異常可以被拋到調用方法的代碼中

8、如果方法中對某個代碼塊做了try...catch並且想把catch到的異常拋給調用方法的地方，那么：

（1）不可以只有throw沒有throws，這將會導致捕獲到的異常無法被拋給調用方法的地方

（2）不可以只有throws沒有throw，這將會導致編譯出錯

只有在catch塊中throw捕獲到的異常並且在方法聲明的地方throws異常，才可以將一個異常正確地拋給調用方法的地方