Java异常体系和异常处理机制

异常简介

在程序运行过程中出现错误，导致程序出现非预期场景。异常处理可以保证出现错误后，控制接下来的程序流程，是选择定位错误信息，还是抛出异常或捕获异常、还是避免程序非正常退出，都取决于我们。

Java的异常体系结构（来自网络）

Java把异常作为一种类，当做对象来处理。所有异常类的基类是Throwable类，两大子类分别是Error和Exception。这些异常类可以分为三种类型：系统错误、异常和运行时异常。系统错误由Java虚拟机抛出，用Error类表示。Error类描述的是内部系统错误，例如Java虚拟机崩溃。这种情况仅凭程序自身是无法处理的，在程序中也不会对Error异常进行捕捉和抛出。

异常（Exception）又分为RuntimeException(运行时异常)和CheckedException(检查异常)，两者区别如下：

• RuntimeException：程序运行过程中出现错误，才会被检查的异常。例如：类型错误转换，数组下标访问越界，空指针异常、找不到指定类等等。
• CheckedException：来自于Exception且非运行时异常都是检查异常，编译器会强制检查并通过try-catch块来对其捕获，或者在方法头声明该异常，交给调用者处理。

两种异常的处理方式：若是运行时异常，则表明程序出错，应该找到错误并修改，而不是对其捕获。若是检查异常，遵循该原则：谁知情谁处理，谁负责谁处理，谁导致谁处理。处理就是对其捕获并处理。

深入了解异常处理

异常处理的5个关键字：try、catch、throw、throws和finally。关于它们的用法和注意点，会在下面一一介绍。

Java的异常处理模型基于三种操作： 声明异常、抛出一个异常和捕获一个异常。

声明异常（throws）

                                                          　　//不捕获,而是声明该异常,交给调用者处理
   public static void method() {                         　　public static void method2() throws Exception {
       /*try-catch块捕获异常*/                            　　       if(5 > 3) {
       if(5 > 3) {                                                   throw new Exception(); //抛出异常
           try {                                                   }
               throw new Exception(); //抛出异常             }
           } catch (Exception e) {
               e.printStackTrace();//捕获异常后的处理
           }
       }
   }

在Java中，当前执行的语句必属于某个方法，Java解释器调用main方法执行开始执行程序。若方法中存在检查异常，如果不对其捕获，那必须在方法头中显式声明该异常，以便于告知方法调用者此方法有异常，需要进行处理。 在方法中声明一个异常，方法头中使用关键字throws，后面接上要声明的异常。若声明多个异常，则使用逗号分割。如下所示：

    public static void method() throws IOException, FileNotFoundException{
        //something statements
    }

【注意】若是父类的方法没有声明异常，则子类继承方法后，也不能声明异常。

抛出异常（throw）

如果代码可能会引发某种错误，可以创建一个合适的异常类实例并抛出它，这就是抛出异常。如下所示：

    public static double method(int value) {
        if(value == 0) {
            throw new ArithmeticException("参数不能为0"); //抛出一个运行时异常
        }
        return 5.0 / value;
    }

大部分情况下都不需要手动抛出异常，因为Java的大部分方法要么已经处理异常，要么已声明异常。所以一般都是捕获异常或者再往上抛。

捕获异常（try-catch）

当抛出一个异常时，可以在try-catch块中捕获它并进行处理。

        try {
            //包含可能会出现异常的代码以及声明异常的方法
        } catch (ClassCastException e) {
            //捕获指定异常并进行处理
        }catch(Exception ex) {
            //捕获指定异常并进行处理
        }

若执行try块的过程中没有发生异常，则跳过catch子句。若是出现异常，try块中剩余语句不再执行。开始逐步检查catch块，判断catch块的异常类实例是否是捕获的异常类型。匹配后执行相应的catch块中的代码。如果异常没有在当前的方法中被捕获，就会被传递给该方法的调用者。这个过程一直重复，直到异常被捕获或被传给main方法（交给JVM来捕获）。

catch捕获异常的顺序

一个通用父类可以派生出各种异常类，如果一个catch块可以捕获一个父类的异常对象，它就能捕获那个父类的所有子类的异常对象。如果捕获的是多个同类型异常，则子类异常在前，父类异常在后，不然会导致编译错误。这是因为父类异常囊括了子类异常，如果父类异常在前，子类异常永远捕获不到，导致有时候无法准确描述错误信息。

        try {
            File f =new File("C:\\ProgramFile\\test.txt");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(f);
        } catch (FileNotFoundException e) { //子类异常
            e.printStackTrace();
        } catch(IOException ie) {  //父类异常
            ie.printStackTrace();
        } catch(Exception e) { //基类运行时异常
            e.printStackTrace();
        }

这里只是用于演示catch块捕获的顺序。捕获多个异常时，可以使用catch(Exception1 | Exception2| Exception3)的形式来优化捕获异常的代码结构。

将声明异常、抛出异常和捕获异常综合在一起。演示如下：

    public static void main(String[] args) {
        for(int i = 2; i < 100; i++) {
            //对运行时异常，可以选择捕获也可以不选择捕获
            if(isPrime(i)) {
                System.out.print(i + " ");
            }
        }
    }        //检测是否为质数
    public static boolean isPrime(int num) throws IllegalArgumentException{
        //抛出一个运行时异常
        if(num < 2) throw new IllegalArgumentException("质数不能小于2");
        for(int i = 2; i < num; i++) {
            if(num % i == 0) {//若能被1和本身之外的数整除，则非质数
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

因为抛出的是运行时异常，可以选择捕获或者不捕获。但如果抛出检查异常，在编译时就必须选择捕获或者声明。

finally语句块

无论是否有异常，finally块中的代码总是会被执行的。 finally语句在执行关闭资源的语句时非常有用。

        //第一种形式                                                      //第二种形式
        try {                                                            try {
            //执行程序代码，可能会出现异常                                     //执行程序代码，可能会出现异常
        }catch(Exception e) {                                            }finally {
            //捕获异常并处理                                                 //必执行的代码
        }finally {                                                       }
            //必执行的代码
        }

try-catch-finally的执行流程

try块中引起异常，异常代码之后的语句不再执行，若被catch块捕获，执行匹配的catch块，然后执行finally语句。若catch块不能捕获异常，则执行finally语句，之后将异常传递给这个方法的调用者。

        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int a = 0; //保证局部变量a在各个块中可用
        try {
            a = sc.nextInt();
            if(a < 0) throw new IllegalArgumentException();
            System.out.println("执行完try语句。a:" + a);
        }catch(IllegalArgumentException e){
            System.out.println("执行catch语句");
            System.out.println("数值小于0，不符合。已设为默认值 1");
            a = 1;
        }finally {
            System.out.println("执行finally语句。a:" + a);
        }

    //未引发异常                                      //引发异常并捕获
    5                                                -5
    执行完try语句。a:5                                执行catch语句
    执行finally语句。a:5                              数值小于0，不符合。已设为默认值 1
                                                    执行finally语句。a:1

try-finally的执行流程

try块中引起异常，异常代码之后的语句不再执行，直接执行finally语句。 try块没有引发异常，则执行完try块就执行finally语句。

try-finally可用在不需要捕获异常的代码，可以保证资源在使用后被关闭。例如IO流中执行完相应操作后，关闭相应资源；使用Lock对象保证线程同步，通过finally可以保证锁会被释放；数据库连接代码时，关闭连接操作等等。

        //以Lock加锁为例，演示try-finally
　　 　　ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        try {
            //需要加锁的代码
        }finally {
            lock.unlock(); //保证锁一定被释放
        }

finally遇见如下情况不会执行

• 在前面的代码中用了System.exit()退出程序。
• finally语句块中发生了异常。
• 程序所在的线程死亡。
• 关闭CPU。

try、catch、finally、throw和throws使用归纳

• try、catch和finally都不能单独使用，只能是try-catch、try-finally或者try-catch-finally。
• try语句块监控代码，出现异常就停止执行下面的代码，然后将异常移交给catch语句块来处理。
• finally语句块中的代码一定会被执行，常用于回收资源 。
• throws：声明一个异常，告知方法调用者。
• throw ：抛出一个异常，至于该异常被捕获还是继续抛出都与它无关。

 

Java编程思想一书中，对异常的总结。

1. 在恰当的级别处理问题。（在知道该如何处理的情况下了捕获异常。）
2. 解决问题并且重新调用产生异常的方法。
3. 进行少许修补，然后绕过异常发生的地方继续执行。
4. 用别的数据进行计算，以代替方法预计会返回的值。
5. 把当前运行环境下能做的事尽量做完，然后把相同的异常重抛到更高层。
6. 把当前运行环境下能做的事尽量做完，然后把不同的异常抛到更高层。
7. 终止程序。
8. 进行简化（如果你的异常模式使问题变得太复杂，那么用起来会非常痛苦）。
9. 让类库和程序更安全。

自定义异常

通过继承Exception类来定义一个异常类。Java已经提供了很多异常类，尽量使用这些异常类而不要创建自己的异常类。除非Java的异常类不能很好地描述问题时，才自定义异常来进行准确描述。对于自定义异常，不需要太多功能，类名能准确描述问题是关键。

自定义异常如下所示：

//判断长度是否合法的自定义异常
public class LengthException extends Exception {
    public LengthException() {}
    public LengthException(String s) {
        super(s);
    }
    @Override
    public String getMessage() {
        return super.getMessage();
    }
}