Java 異常處理

2022-01-25 14:24 更新

什么是異常?

程序運(yùn)行時(shí),發(fā)生的不被期望的事件,它阻止了程序按照程序員的預(yù)期正常執(zhí)行,這就是異常。異常發(fā)生時(shí),是任程序自生自滅,立刻退出終止,還是輸出錯(cuò)誤給用戶?或者用C語言風(fēng)格:用函數(shù)返回值作為執(zhí)行狀態(tài)?在Java中,異常就是Java在編譯或運(yùn)行或者運(yùn)行過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。 

異常是程序中的一些錯(cuò)誤,但并不是所有的錯(cuò)誤都是異常,并且錯(cuò)誤有時(shí)候是可以避免的。

比如說,你的代碼少了一個(gè)分號,那么運(yùn)行出來結(jié)果是提示是錯(cuò)誤 java.lang.Error;如果你用 System.out.println(11/0),那么你是因?yàn)槟阌?0 做了除數(shù),會拋出 java.lang.ArithmeticException 的異常。

異常發(fā)生的原因有很多,通常包含以下幾大類:

  • 用戶輸入了非法數(shù)據(jù)。

  • 要打開的文件不存在。

  • 網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)連接中斷,或者 JVM 內(nèi)存溢出。

這些異常有的是因?yàn)橛脩翦e(cuò)誤引起,有的是程序錯(cuò)誤引起的,還有其它一些是因?yàn)槲锢礤e(cuò)誤引起的。-

要理解 Java 異常處理是如何工作的,你需要掌握以下三種類型的異常:

  • 檢查性異常:最具代表的檢查性異常是用戶錯(cuò)誤或問題引起的異常,這是程序員無法預(yù)見的。例如要打開一個(gè)不存在文件時(shí),一個(gè)異常就發(fā)生了,這些異常在編譯時(shí)不能被簡單地忽略。

  • 運(yùn)行時(shí)異常: 運(yùn)行時(shí)異常是可能被程序員避免的異常。與檢查性異常相反,運(yùn)行時(shí)異??梢栽诰幾g時(shí)被忽略。

  • 錯(cuò)誤: 錯(cuò)誤不是異常,而是脫離程序員控制的問題。錯(cuò)誤在代碼中通常被忽略。例如,當(dāng)棧溢出時(shí),一個(gè)錯(cuò)誤就發(fā)生了,它們在編譯也檢查不到的。


Exception 類的層次

所有的異常類是從 java.lang.Exception 類繼承的子類。

Exception 類是 Throwable 類的子類。除了Exception類外,Throwable 還有一個(gè)子類 Error 。

Java 程序通常不捕獲錯(cuò)誤。錯(cuò)誤一般發(fā)生在嚴(yán)重故障時(shí),它們在 Java 程序處理的范疇之外。

Error 用來指示運(yùn)行時(shí)環(huán)境發(fā)生的錯(cuò)誤。

例如,JVM 內(nèi)存溢出。一般地,程序不會從錯(cuò)誤中恢復(fù)。

異常類有兩個(gè)主要的子類:IOException 類和 RuntimeException 類。

在 Java 內(nèi)置類中(接下來會說明),有大部分常用檢查性和非檢查性異常。


Java 內(nèi)置異常類

Java 語言定義了一些異常類在 java.lang 標(biāo)準(zhǔn)包中。

標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)異常類的子類是最常見的異常類。由于 java.lang 包是默認(rèn)加載到所有的 Java 程序的,所以大部分從運(yùn)行時(shí)異常類繼承而來的異常都可以直接使用。

Java 根據(jù)各個(gè)類庫也定義了一些其他的異常,下面的表中列出了 Java 的非檢查性異常。

異常 描述
ArithmeticException 當(dāng)出現(xiàn)異常的運(yùn)算條件時(shí),拋出此異常。例如,一個(gè)整數(shù)"除以零"時(shí),拋出此類的一個(gè)實(shí)例。
ArrayIndexOutOfBoundsException 用非法索引訪問數(shù)組時(shí)拋出的異常。如果索引為負(fù)或大于等于數(shù)組大小,則該索引為非法索引。
ArrayStoreException 試圖將錯(cuò)誤類型的對象存儲到一個(gè)對象數(shù)組時(shí)拋出的異常。
ClassCastException 當(dāng)試圖將對象強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為不是實(shí)例的子類時(shí),拋出該異常。
IllegalArgumentException 拋出的異常表明向方法傳遞了一個(gè)不合法或不正確的參數(shù)。
IllegalMonitorStateException 拋出的異常表明某一線程已經(jīng)試圖等待對象的監(jiān)視器,或者試圖通知其他正在等待對象的監(jiān)視器而本身沒有指定監(jiān)視器的線程。
IllegalStateException 在非法或不適當(dāng)?shù)臅r(shí)間調(diào)用方法時(shí)產(chǎn)生的信號。換句話說,即 Java 環(huán)境或 Java 應(yīng)用程序沒有處于請求操作所要求的適當(dāng)狀態(tài)下。
IllegalThreadStateException 線程沒有處于請求操作所要求的適當(dāng)狀態(tài)時(shí)拋出的異常。
IndexOutOfBoundsException 指示某排序索引(例如對數(shù)組、字符串或向量的排序)超出范圍時(shí)拋出。
NegativeArraySizeException 如果應(yīng)用程序試圖創(chuàng)建大小為負(fù)的數(shù)組,則拋出該異常。
NullPointerException 當(dāng)應(yīng)用程序試圖在需要對象的地方使用 null 時(shí),拋出該異常
NumberFormatException 當(dāng)應(yīng)用程序試圖將字符串轉(zhuǎn)換成一種數(shù)值類型,但該字符串不能轉(zhuǎn)換為適當(dāng)格式時(shí),拋出該異常。
SecurityException 由安全管理器拋出的異常,指示存在安全侵犯。
StringIndexOutOfBoundsException 此異常由 String 方法拋出,指示索引或者為負(fù),或者超出字符串的大小。
UnsupportedOperationException 當(dāng)不支持請求的操作時(shí),拋出該異常。

下面的表中列出了 Java 定義在 java.lang 包中的檢查性異常類。

異常 描述
ClassNotFoundException 應(yīng)用程序試圖加載類時(shí),找不到相應(yīng)的類,拋出該異常。
CloneNotSupportedException 當(dāng)調(diào)用 Object 類中的 clone 方法克隆對象,但該對象的類無法實(shí)現(xiàn) Cloneable 接口時(shí),拋出該異常。
IllegalAccessException 拒絕訪問一個(gè)類的時(shí)候,拋出該異常。
InstantiationException 當(dāng)試圖使用 Class 類中的 newInstance 方法創(chuàng)建一個(gè)類的實(shí)例,而指定的類對象因?yàn)槭且粋€(gè)接口或是一個(gè)抽象類而無法實(shí)例化時(shí),拋出該異常。
InterruptedException 一個(gè)線程被另一個(gè)線程中斷,拋出該異常。
NoSuchFieldException 請求的變量不存在
NoSuchMethodException 請求的方法不存在

異常方法

下面的列表是 Throwable 類的主要方法:

序號 方法及說明
1 public String getMessage()
返回關(guān)于發(fā)生的異常的詳細(xì)信息。這個(gè)消息在Throwable 類的構(gòu)造函數(shù)中初始化了。
2 public Throwable getCause()
返回一個(gè)Throwable 對象代表異常原因。
3 public String toString()
使用getMessage()的結(jié)果返回類的串級名字。
4 public void printStackTrace()
打印toString()結(jié)果和棧層次到System.err,即錯(cuò)誤輸出流。
5 public StackTraceElement [] getStackTrace()
返回一個(gè)包含堆棧層次的數(shù)組。下標(biāo)為0的元素代表?xiàng)m?,最后一個(gè)元素代表方法調(diào)用堆棧的棧底。
6 public Throwable fillInStackTrace()
用當(dāng)前的調(diào)用棧層次填充Throwable 對象棧層次,添加到棧層次任何先前信息中。

捕獲異常

使用 try 和 catch 關(guān)鍵字可以捕獲異常。try/catch 代碼塊放在異??赡馨l(fā)生的地方。

try/catch 代碼塊中的代碼稱為保護(hù)代碼,使用  try/catch 的語法如下:

try
{
   // 程序代碼
}catch(ExceptionName e1)
{
   //Catch 塊
}

Catch 語句包含要捕獲異常類型的聲明。當(dāng)保護(hù)代碼塊中發(fā)生一個(gè)異常時(shí),try 后面的 catch 塊就會被檢查。

如果發(fā)生的異常包含在 catch 塊中,異常會被傳遞到該 catch 塊,這和傳遞一個(gè)參數(shù)到方法是一樣。

實(shí)例

下面的例子中聲明有兩個(gè)元素的一個(gè)數(shù)組,當(dāng)代碼試圖訪問數(shù)組的第三個(gè)元素的時(shí)候就會拋出一個(gè)異常。

// 文件名 : ExcepTest.java
import java.io.*;
public class ExcepTest{

   public static void main(String args[]){
      try{
         int a[] = new int[2];
         System.out.println("Access element three :" + a[3]);
      }catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){
         System.out.println("Exception thrown  :" + e);
      }
      System.out.println("Out of the block");
   }
}

以上代碼編譯運(yùn)行輸出結(jié)果如下:

Exception thrown  :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
Out of the block

多重捕獲塊

一個(gè) try 代碼塊后面跟隨多個(gè) catch 代碼塊的情況就叫多重捕獲。

多重捕獲塊的語法如下所示:

 try{
    // 程序代碼
 }catch(異常類型1 異常的變量名1){
    // 程序代碼
 }catch(異常類型2 異常的變量名2){
    // 程序代碼
 }catch(異常類型2 異常的變量名2){
    // 程序代碼
 }

上面的代碼段包含了 3 個(gè) catch 塊。

可以在 try 語句后面添加任意數(shù)量的 catch 塊。

如果保護(hù)代碼中發(fā)生異常,異常被拋給第一個(gè) catch 塊。

如果拋出異常的數(shù)據(jù)類型與 ExceptionType1 匹配,它在這里就會被捕獲。

如果不匹配,它會被傳遞給第二個(gè) catch 塊。

如此,直到異常被捕獲或者通過所有的 catch 塊。

實(shí)例

該實(shí)例展示了怎么使用多重 try/catch。

try
{
   file = new FileInputStream(fileName);
   x = (byte) file.read();
}catch(IOException i)
{
   i.printStackTrace();
   return -1;
}catch(FileNotFoundException f) //Not valid!
{
   f.printStackTrace();
   return -1;
}

throws/throw關(guān)鍵字:

如果一個(gè)方法沒有捕獲一個(gè)檢查性異常,那么該方法必須使用 throws 關(guān)鍵字來聲明。throws 關(guān)鍵字放在方法簽名的尾部。

也可以使用 throw 關(guān)鍵字拋出一個(gè)異常,無論它是新實(shí)例化的還是剛捕獲到的。

下面方法的聲明拋出一個(gè) RemoteException 異常:

import java.io.*;
public class className
{
   public void deposit(double amount) throws RemoteException
   {
      // Method implementation
      throw new RemoteException();
   }
   //Remainder of class definition
}

一個(gè)方法可以聲明拋出多個(gè)異常,多個(gè)異常之間用逗號隔開。

例如,下面的方法聲明拋出 RemoteException 和 InsufficientFundsException:

import java.io.*;
public class className
{
   public void withdraw(double amount) throws RemoteException,
                              InsufficientFundsException
   {
       // Method implementation
   }
   //Remainder of class definition
}

finally 關(guān)鍵字

finally 關(guān)鍵字用來創(chuàng)建在 try 代碼塊后面執(zhí)行的代碼塊。

無論是否發(fā)生異常,finally 代碼塊中的代碼總會被執(zhí)行。

在 finally 代碼塊中,可以運(yùn)行清理類型等收尾善后性質(zhì)的語句。

finally 代碼塊出現(xiàn)在 catch 代碼塊最后,語法如下:

 try{
    // 程序代碼
 }catch(異常類型1 異常的變量名1){
    // 程序代碼
 }catch(異常類型2 異常的變量名2){
    // 程序代碼
 }finally{
    // 程序代碼
 }

實(shí)例

 public class ExcepTest{

   public static void main(String args[]){
      int a[] = new int[2];
      try{
         System.out.println("Access element three :" + a[3]);
      }catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){
         System.out.println("Exception thrown  :" + e);
      }
      finally{
         a[0] = 6;
         System.out.println("First element value: " +a[0]);
         System.out.println("The finally statement is executed");
      }
   }
}

以上實(shí)例編譯運(yùn)行結(jié)果如下:

Exception thrown  :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
First element value: 6
The finally statement is executed

注意下面事項(xiàng):

  • catch 不能獨(dú)立于 try 存在。

  • 在 try/catch 后面添加 finally 塊并非強(qiáng)制性要求的。

  • try 代碼后不能既沒 catch 塊也沒 finally 塊。

  • try, catch, finally 塊之間不能添加任何代碼。


聲明自定義異常

在 Java 中你可以自定義異常。編寫自己的異常類時(shí)需要記住下面的幾點(diǎn)。

  • 所有異常都必須是 Throwable 的子類。

  • 如果希望寫一個(gè)檢查性異常類,則需要繼承 Exception 類。

  • 如果你想寫一個(gè)運(yùn)行時(shí)異常類,那么需要繼承 RuntimeException 類。

可以像下面這樣定義自己的異常類:

class MyException extends Exception{
}

只繼承 Exception 類來創(chuàng)建的異常類是檢查性異常類。

下面的 InsufficientFundsException 類是用戶定義的異常類,它繼承自 Exception。

一個(gè)異常類和其它任何類一樣,包含有變量和方法。

實(shí)例

// 文件名InsufficientFundsException.java
import java.io.*;

public class InsufficientFundsException extends Exception
{
   private double amount;
   public InsufficientFundsException(double amount)
   {
      this.amount = amount;
   } 
   public double getAmount()
   {
      return amount;
   }
}

為了展示如何使用我們自定義的異常類,

在下面的 CheckingAccount 類中包含一個(gè) withdraw() 方法拋出一個(gè) InsufficientFundsException 異常。

// 文件名稱 CheckingAccount.java
import java.io.*;

public class CheckingAccount
{
   private double balance;
   private int number;
   public CheckingAccount(int number)
   {
      this.number = number;
   }
   public void deposit(double amount)
   {
      balance += amount;
   }
   public void withdraw(double amount) throws
                              InsufficientFundsException
   {
      if(amount <= balance)
       {
          balance -= amount;
       }
       else
       {
          double needs = amount - balance;
          throw new InsufficientFundsException(needs);
       }
    }
    public double getBalance()
    {
       return balance;
    }
    public int getNumber()
    {
       return number;
    }
 }

下面的 BankDemo 程序示范了如何調(diào)用 CheckingAccount 類的 deposit() 和 withdraw() 方法。

//文件名稱 BankDemo.java
public class BankDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      CheckingAccount c = new CheckingAccount(101);
      System.out.println("Depositing $500...");
      c.deposit(500.00);
      try
      {
         System.out.println("\nWithdrawing $100...");
         c.withdraw(100.00);
         System.out.println("\nWithdrawing $600...");
         c.withdraw(600.00);
      }catch(InsufficientFundsException e)
      {
         System.out.println("Sorry, but you are short $"
                                  + e.getAmount());
         e.printStackTrace();
      }
    }
}

編譯上面三個(gè)文件,并運(yùn)行程序 BankDemo,得到結(jié)果如下所示:

Depositing $500...

Withdrawing $100...

Withdrawing $600...
Sorry, but you are short $200.0
InsufficientFundsException
        at CheckingAccount.withdraw(CheckingAccount.java:25)
        at BankDemo.main(BankDemo.java:13)

通用異常

在 Java 中定義了兩種類型的異常和錯(cuò)誤。

  • JVM(Java虛擬機(jī)) 異常:由 JVM 拋出的異?;蝈e(cuò)誤。例如:NullPointerException類,ArrayIndexOutOfBoundsException類ClassCastException類。

  • 程序級異常:由程序或者API程序拋出的異常。例如 IllegalArgumentException類,IllegalStateException類

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