Java 异常处理

  • ​​Java 异常处理​​
  • ​​前言​​
  • ​​1. 什么是异常​​
  • ​​2. Java 异常类架构​​
  • ​​2.1 Throwable 类​​
  • ​​2.2 Error 类​​
  • ​​2.3 Exception 类​​
  • ​​2.3.1 Unchecked Exception （非检查异常）​​
  • ​​2.3.2 Checked Exception（检查异常）​​
  • ​​3. 如何进行异常处理​​
  • ​​4. 抛出异常​​
  • ​​4.1 实例​​
  • ​​4.2 throw​​
  • ​​4.3 throws​​
  • ​​5. 捕获异常​​
  • ​​6. 自定义异常​​
  • ​​7. 异常链​​
  • ​​8. 小结​​

Java 异常处理

​​Java​​ 的异常处理是 Java 语言的一大重要特性，也是提高代码健壮性的最强大方法之一。当我们编写了错误的代码时，编译器在编译期间可能会抛出异常，有时候即使编译正常，在运行代码的时候也可能会抛出异常。

目标：

什么是异常

Java 中异常类的架构

如何进行异常处理

如何自定义异常

什么是异常链

如何使用异常链

前言

1.8/25

2.编程不能停，成为运维开发性人才

3.计算机408基础打好，编程语言学精通，然后走下去

4.Docker和K8s继续

1. 什么是异常

异常就是程序上的错误，我们在编写程序的时候经常会产生错误，这些错误划分为编译期间的错误和运行期间的错误。

下面我们来看几个常见的异常案例。

如果语句漏写分号，程序在编译期间就会抛出异常，实例如下：

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World!")
    }
}

运行结果：

$ javac Hello.java
Hello.java:3: 错误: 需要';'
        System.out.println("Hello World!")
                                          ^
1 个错误

​​static​​​ 关键字写成了 ​​statci​​，实例如下：

Hello.java:2: 错误: 需要<标识符>
    public statci void main(String[] args) {
                 ^
1 个错误

当数组下标越界，程序在编译阶段不会发生错误，但在运行时会抛出异常。实例如下：

public class ArrayOutOfIndex {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        System.out.println(arr[3]);
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Index 3 out of bounds for length 3
  at ArrayOutOfIndex.main(ArrayOutOfIndex.java:4)

2. Java 异常类架构

在 Java 中，通过 ​​Throwable​​ 及其子类来描述各种不同类型的异常。如下是 Java 异常类的架构图（不是全部，只展示部分类）：

Java中的异常处理_抛出异常

2.1 Throwable 类

​​Throwable​​​ 位于 ​​java.lang​​​ 包下，它是 Java 语言中所有错误（​​Error​​​）和异常（​​Exception​​）的父类。

​​Throwable​​​ 包含了其线程创建时线程执行堆栈的快照，它提供了 ​​printStackTrace()​​ 等接口用于获取堆栈跟踪数据等信息。

主要方法：

  • ​​fillInStackTrace​​​： 用当前的调用栈层次填充 ​​Throwable​​ 对象栈层次，添加到栈层次任何先前信息中；
  • ​​getMessage​​​：返回关于发生的异常的详细信息。这个消息在 ​​Throwable​​ 类的构造函数中初始化了；
  • ​​getCause​​​：返回一个 ​​Throwable​​ 对象代表异常原因；
  • ​​getStackTrace​​：返回一个包含堆栈层次的数组。下标为 0 的元素代表栈顶，最后一个元素代表方法调用堆栈的栈底；
  • ​​printStackTrace​​​：打印 ​​toString()​​​ 结果和栈层次到 ​​System.err​​，即错误输出流。

2.2 Error 类

​​Error​​​ 是 ​​Throwable​​ 的一个直接子类，它可以指示合理的应用程序不应该尝试捕获的严重问题。这些错误在应用程序的控制和处理能力之外，编译器不会检查 ​​Error​​，对于设计合理的应用程序来说，即使发生了错误，本质上也无法通过异常处理来解决其所引起的异常状况。

常见 ​​Error​​：

  • ​​AssertionError​​：断言错误；
  • ​​VirtualMachineError​​：虚拟机错误；
  • ​​UnsupportedClassVersionError​​：Java 类版本错误；
  • ​​OutOfMemoryError​​ ：内存溢出错误。

2.3 Exception 类

​​Exception​​​ 是 ​​Throwable​​ 的一个直接子类。它指示合理的应用程序可能希望捕获的条件。

​​Exception​​​ 又包括 ​​Unchecked Exception​​​（非检查异常）和 ​​Checked Exception​​（检查异常）两大类别。

2.3.1 Unchecked Exception （非检查异常）

​​Unchecked Exception​​​ 是编译器不要求强制处理的异常，包含 ​​RuntimeException​​ 以及它的相关子类。我们编写代码时即使不去处理此类异常，程序还是会编译通过。

常见非检查异常：

  • ​​NullPointerException​​：空指针异常；
  • ​​ArithmeticException​​：算数异常；
  • ​​ArrayIndexOutOfBoundsException​​：数组下标越界异常；
  • ​​ClassCastException​​：类型转换异常。

2.3.2 Checked Exception（检查异常）

​​Checked Exception​​​ 是编译器要求必须处理的异常，除了 ​​RuntimeException​​​ 以及它的子类，都是 ​​Checked Exception​​ 异常。我们在程序编写时就必须处理此类异常，否则程序无法编译通过。

常见检查异常：

  • ​​IOException​​：IO 异常
  • ​​SQLException​​：SQL 异常

3. 如何进行异常处理

在 Java 语言中，异常处理机制可以分为两部分：

  1. 抛出异常：当一个方法发生错误时，会创建一个异常对象，并交给运行时系统处理；
  2. 捕获异常：在方法抛出异常之后，运行时系统将转为寻找合适的异常处理器。

Java 通过 5 个关键字来实现异常处理，分别是：​​throw​​​、​​throws​​​、​​try​​​、​​catch​​​、​​finally​​。

异常总是先抛出，后捕获的。下面我们将围绕着 5 个关键字来详细讲解如何抛出异常以及如何捕获异常。

4. 抛出异常

4.1 实例

我们先来看一个除零异常的实例代码：

package com.caq.exception;

public class Demo01 {
    //打印a/b的结果
    public static void test(int a,int b){
        System.out.println(a/b);
    }

    public static void main(String[] args) {
        //调用test方法
        test(5,0);
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
  at com.caq.exception.Demo01.test(Demo01.java:6)
  at com.caq.exception.Demo01.main(Demo01.java:11)

Process finished with exit code 1

我们知道 ​​0​​​ 是不能用作除数的，由于 ​​test()​​​ 方法中除数 ​​b​​​ 为 ​​0​​，所以代码将停止执行并显示了相关的异常信息，此信息为堆栈跟踪

上面的运行结果告诉我们：​​main​​​ 线程发生了类型为 ​​ArithmeticException​​​ 的异常，显示消息为 ​​by zero​​，并且提示了可能发生异常的方法和行号。

4.2 throw

上面的实例中，程序在运行时引发了错误，那么如何来显示抛出（创建）异常呢？

我们可以使用 ​​throw​​​ 关键字来抛出异常，​​throw​​ 关键字后面跟异常对象，改写上面的实例代码：

package com.caq.exception;

public class Demo01 {
    //打印a/b的结果
    public static void test(int a,int b){
        if (b==0){
            //抛出异常
            throw new ArithmeticException("被除数不能为零");
        }
        System.out.println(a/b);
    }

    public static void main(String[] args) {
        //调用test方法
        test(5,0);
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: 被除数不能为零
  at com.caq.exception.Demo01.test(Demo01.java:8)
  at com.caq.exception.Demo01.main(Demo01.java:15)

代码在运行时同样引发了错误，但显示消息为 “除数不能为零”。我们看到 ​​test()​​​ 方法中加入了条件判断，如果调用者将参数 ​​b​​​ 设置为 ​​0​​​ 时，会使用 ​​throw​​​ 关键字来抛出异常，throw 后面跟了一个使用 ​​new​​ 关键字实例化的算数异常对象，并且将消息字符串作为参数传递给了算数异常的构造函数。

我们可以使用 ​​throw​​​ 关键字抛出任何类型的 ​​Throwable​​​ 对象，它会中断方法，​​throw​​ 语句之后的所有内容都不会执行。除非已经处理抛出的异常。异常对象不是从方法中返回的，而是从方法中抛出的。

4.3 throws

可以通过 ​​throws​​​ 关键字声明方法要抛出何种类型的异常。如果一个方法可能会出现异常，但是没有能力处理这种异常，可以在方法声明处使用 ​​throws​​ 关键字来声明要抛出的异常。例如，汽车在运行时可能会出现故障，汽车本身没办法处理这个故障，那就让开车的人来处理。

​​throws​​ 用在方法定义时声明该方法要抛出的异常类型，如下是伪代码：

public void demoMethod() throws Exception1, Exception2, ... ExceptionN {
    // 可能产生异常的代码
}

​​throws​​​ 后面跟的异常类型列表可以有一个也可以有多个，多个则以 ​​,​​ 分割。当方法产生异常列表中的异常时，将把异常抛向方法的调用方，由调用方处理。

throws 有如下使用规则：

  1. 如果方法中全部是非检查异常（即 ​​Error​​​、​​RuntimeException​​​ 以及的子类），那么可以不使用 ​​throws​​ 关键字来声明要抛出的异常，编译器能够通过编译，但在运行时会被系统抛出；
  2. 如果方法中可能出现检查异常，就必须使用 ​​throws​​​ 声明将其抛出或使用 ​​try catch​​ 捕获异常，否则将导致编译错误；
  3. 当一个方法抛出了异常，那么该方法的调用者必须处理或者重新抛出该异常；
  4. 当子类重写父类抛出异常的方法时，声明的异常必须是父类所声明异常的同类或子类。

5. 捕获异常

使用 try 和 catch 关键字可以捕获异常。try catch 代码块放在异常可能发生的地方。它的语法如下：

Tips：
再IDEA里可以通过//ctrl+alt+t选择代码自动包裹

try {
    // 可能会发生异常的代码块
} catch (Exception e1) {
    // 捕获并处理try抛出的异常类型Exception
} catch (Exception2 e2) {
    // 捕获并处理try抛出的异常类型Exception2
} finally {
    // 无论是否发生异常，都将执行的代码块
}

我们来看一下上面语法中的 3 种语句块：

  1. ​​try​​ 语句块：用于监听异常，当发生异常时，异常就会被抛出；
  2. ​​catch​​ 语句块：​​catch​​​ 语句包含要捕获的异常类型的声明，当 ​​try​​​ 语句块发生异常时，​​catch​​​ 语句块就会被检查。当 ​​catch​​​ 块尝试捕获异常时，是按照 ​​catch​​​ 块的声明顺序从上往下寻找的，一旦匹配，就不会再向下执行。因此，如果同一个 ​​try​​​ 块下的多个 ​​catch​​ 异常类型有父子关系，应该将子类异常放在前面，父类异常放在后面；
  3. ​​finally​​ 语句块：无论是否发生异常，都会执行 ​​finally​​​ 语句块。​​finally​​​ 常用于这样的场景：由于 ​​finally​​​ 语句块总是会被执行，所以那些在 ​​try​​​ 代码块中打开的，并且必须回收的物理资源（如数据库连接、网络连接和文件），一般会放在 ​​finally​​ 语句块中释放资源。

​​try​​​ 语句块后可以接零个或多个 ​​catch​​​ 语句块，如果没有 ​​catch​​​ 块，则必须跟一个 ​​finally​​​ 语句块。简单来说，​​try​​​ 不允许单独使用，必须和 ​​catch​​​ 或 ​​finally​​​ 组合使用，​​catch​​​ 和 ​​finally​​ 也不能单独使用。

实例如下：

package com.caq.exception;

public class Demo01 {
    //打印a/b的结果
    public static void test(int a,int b){

        System.out.println(a/b);
    }

    public static void main(String[] args) {
        //调用test方法
        try {
            test(5,0);
        }catch (ArithmeticException e1){
            System.out.println("捕获的异常为："+e1);
        }finally {
            System.out.println("无论是否发送异常，我都会执行哦~");
        }

    }
}

运行结果：

捕获的异常为：java.lang.ArithmeticException: / by zero
无论是否发送异常，我都会执行哦~

​​test()​​​ 方法中除数 ​​b​​​ 为 ​​0​​​，会发生除零异常，我们在方法调用处使用了 ​​try​​​ 语句块对异常进行捕获；如果捕获到了异常， ​​catch​​​ 语句块会对 ​​ArithmeticException​​ 类型的异常进行处理，此处打印了一行自定义的提示语句；

最后的 ​​finally​​ 语句块，无论发生异常与否，总会执行。

Java 7 以后，​​catch​​ 多种异常时，也可以像下面这样简化代码：

try {
    // 可能会发生异常的代码块
} catch (Exception | Exception2 e) {
    // 捕获并处理try抛出的异常类型
} finally {
    // 无论是否发生异常，都将执行的代码块
}

6. 自定义异常

自定义异常，就是定义一个类，去继承 ​​Throwable​​ 类或者它的子类。

Java 内置了丰富的异常类，通常使用这些内置异常类，就可以描述我们在编码时出现的大部分异常情况。一旦内置异常无法满足我们的业务要求，就可以通过自定义异常描述特定业务产生的异常类型。

实例：

public class ExceptionDemo4 {

    static class MyCustomException extends RuntimeException {
        /**
         * 无参构造方法
         */
        public MyCustomException() {
            super("我的自定义异常");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 直接抛出异常
        throw new MyCustomException();
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" ExceptionDemo4$MyCustomException: 我的自定义异常
  at ExceptionDemo4.main(ExceptionDemo4.java:13)

在代码中写了一个自定义异常 ​​MyCustomException​​​，继承自 ​​RuntimeException​​​，它是一个静态内部类，这样在主方法中就可以直接抛出这个异常类了。当然，也可以使用 ​​catch​​ 来捕获此类型异常。

7. 异常链

异常链是以一个异常对象为参数构造新的异常对象，新的异常对象将包含先前异常的信息。简单来说，就是将异常信息从底层传递给上层，逐层抛出，我们来看一个实例：

public class ExceptionDemo5 {

    /**
     * 第一个自定义的静态内部异常类
     */
    static class FirstCustomException extends Exception {

        // 无参构造方法
        public FirstCustomException() {
            super("第一个异常");
        }
    }

    /**
     * 第二个自定义的静态内部异常类
     */
    static class SecondCustomException extends Exception {

        public SecondCustomException() {
            super("第二个异常");
        }
    }

    /**
     * 第三个自定义的静态内部异常类
     */
    static class ThirdCustomException extends Exception {

        public ThirdCustomException() {
            super("第三个异常");
        }
    }

    /**
     * 测试异常链静态方法1，直接抛出第一个自定义的静态内部异常类
     * @throws FirstCustomException
     */
    public static void f1() throws FirstCustomException {
        throw new FirstCustomException();
    }

    /**
     * 测试异常链静态方法2，调用f1()方法，并抛出第二个自定义的静态内部异常类
     * @throws SecondCustomException
     */
    public static void f2() throws SecondCustomException {
        try {
            f1();
        } catch (FirstCustomException e) {
            throw new SecondCustomException();
        }
    }

    /**
     * 测试异常链静态方法3，调用f2()方法， 并抛出第三个自定义的静态内部异常类
     * @throws ThirdCustomException
     */
    public static void f3() throws ThirdCustomException {
        try {
            f2();
        } catch (SecondCustomException e) {
            throw new ThirdCustomException();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws ThirdCustomException {
        // 调用静态方法f3()
        f3();
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" ExceptionDemo5$ThirdCustomException: 第三个异常
  at ExceptionDemo5.f3(ExceptionDemo5.java:46)
  at ExceptionDemo5.main(ExceptionDemo5.java:51)

通过运行结果，我们只获取到了静态方法 ​​f3()​​ 所抛出的异常堆栈信息，前面代码所抛出的异常并没有被显示。

我们改写上面的代码，让异常信息以链条的方式 “连接” 起来。可以通过改写自定义异常的构造方法，来获取到之前异常的信息。实例如下：

public class ExceptionDemo6 {

    /**
     * 第一个自定义的静态内部异常类
     */
    static class FirstException extends Exception {

        // 无参构造方法
        public FirstException() {
            super("第一个异常");
        }

    }

    /**
     * 第二个自定义的静态内部异常类
     */
    static class SecondCustomException extends Exception {

        /**
         * 通过构造方法获取之前异常的信息
         * @param cause 捕获到的异常对象
         */
        public SecondCustomException(Throwable cause) {
            super("第二个异常", cause);
        }
    }

    /**
     * 第三个自定义的静态内部异常类
     */
    static class ThirdCustomException extends Exception {

        /**
         * 通过构造方法获取之前异常的信息
         * @param cause 捕获到的异常对象
         */
        public ThirdCustomException(Throwable cause) {
            super("第三个异常", cause);
        }
    }

    /**
     * 测试异常链静态方法1，直接抛出第一个自定义的静态内部异常类
     * @throws FirstException
     */
    public static void f1() throws FirstException {
        throw new FirstException();
    }

    /**
     * 测试异常链静态方法2，调用f1()方法，并抛出第二个自定义的静态内部异常类
     * @throws SecondCustomException
     */
    public static void f2() throws SecondCustomException {
        try {
            f1();
        } catch (FirstException e) {
            throw new SecondCustomException(e);
        }
    }

    /**
     * 测试异常链静态方法3，调用f2()方法， 并抛出第三个自定义的静态内部异常类
     * @throws ThirdCustomException
     */
    public static void f3() throws ThirdCustomException {
        try {
            f2();
        } catch (SecondCustomException e) {
            throw new ThirdCustomException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws ThirdCustomException {
        // 调用静态方法f3()
        f3();
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" ExceptionDemo6$ThirdCustomException: 第三个异常
  at ExceptionDemo6.f3(ExceptionDemo6.java:74)
  at ExceptionDemo6.main(ExceptionDemo6.java:80)
Caused by: ExceptionDemo6$SecondCustomException: 第二个异常
  at ExceptionDemo6.f2(ExceptionDemo6.java:62)
  at ExceptionDemo6.f3(ExceptionDemo6.java:72)
  ... 1 more
Caused by: ExceptionDemo6$FirstException: 第一个异常
  at ExceptionDemo6.f1(ExceptionDemo6.java:51)
  at ExceptionDemo6.f2(ExceptionDemo6.java:60)
  ... 2 more

通过运行结果，我们看到，异常发生的整个过程都打印到了屏幕上，这就是一个异常链。

8. 小结

通过学习，我们知道了异常就是程序上的错误，良好的异常处理可以提高代码的健壮性。

Java 语言中所有错误（​​Error​​​）和异常（​​Exception​​​）的父类都是 ​​Throwable​​。

​​Error​​​ 和 ​​Exception​​​ 是 ​​Throwable​​​ 的直接子类，我们通常说的异常处理实际上就是处理 ​​Exception​​ 及其子类，异常又分为检查型异常和非检查型异常。

通过抛出异常和捕获异常来实现异常处理。我们亦可以通过继承 ​​Throwable​​ 类或者它的子类来自定义异常类。通过构造方法获取之前异常的信息可以实现异常链