Java基础-异常处理机制及其设计

Posted 2020-10-18 玉树临枫

　　本篇主要是记录自己所理解的Java异常处理机制（基于jdk1.7）以及怎么去处理和设计异常。还记得当初学习Java异常这块的时候都没怎么注意它的用途，以为就是简单的处理下异常，我避免程序出现这样错误就行了（当初真的很懵懂很天真）。当踏入社会工作后才知道一个好的异常处理框架是有多重要，比方说当你的项目投入使用的时候，当程序出错如何快速的定位到问题的根源（出了什么错，在哪出的错，为什么出错），这就跟你的异常处理的好坏有关了（当然离不开你的日志处理）。在有效使用异常的情况下，异常类型会回答报的什么错，异常堆栈跟踪回答在哪出的错，异常信息会回答为什么出错。所以如果设计和处理的不好，将会花费大量时间去维护（出现这样的情况公司肯定是不愿意的同时也会质疑你的能力了）。

　　本篇将从下面几个方面进行记录，如果发现有错误的地方还请各位大佬们指出以便改进，谢谢。

一、Java异常结构

　　首先你得明白异常是什么，为什么发生异常。通俗的讲，程序异常就是程序出现了错误，而这种错误可能是逻辑上的错误也可能是系统上的错误。在Java中把异常当做对象处理，所以我们要了解在java中有哪些可以类是用来描述异常的，它的层次结构图如下（只描述写重要的类）：

二、异常分类及其常见异常类

　　在java中，所有的异常都是通过Throwable类及其子类传播的（从上面层次结构图中可以看出）。根据层次关系我们依次来分析：

• Throwable：在它下面有两个重要的子类：Error和Exception。它们两个都是重要的异常处理类，但两者分别承担的角色或者针对的对象却不一样，请看下面分析。
• Error：是指程序无法处理的错误，也称unchecked exceptions（未经检查的异常：编译器不要求强制处置的异常）。比如：Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError），当 JVM 不再有继续执行操作所需的内存资源时，将出现 OutOfMemoryError。这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。
• Exception：是程序本身可以处理的异常。其中除了RuntimeException及其子类外的任何Exception子类都称为checked exceptions（受检查的异常：编译器要求必须处置的异常）。自然RuntimeException及其子类就归属于非受检查的异常。

/**
 * The class {@code Exception} and its subclasses are a form of
 * {@code Throwable} that indicates conditions that a reasonable
 * application might want to catch.
 *
 * <p>The class {@code Exception} and any subclasses that are not also
 * subclasses of {@link RuntimeException} are <em>checked
 * exceptions</em>.  Checked exceptions need to be declared in a
 * method or constructor\'s {@code throws} clause if they can be thrown
 * by the execution of the method or constructor and propagate outside
 * the method or constructor boundary.
 *
 * @author  Frank Yellin
 * @see     java.lang.Error
 * @jls 11.2 Compile-Time Checking of Exceptions
 * @since   JDK1.0
 */
public class Exception extends Throwable {

　　根据上面Excepiton类还可以分成这两大类：运行时异常和非运行时异常。

• 运行时异常：都是RuntimeException类及其子类。例如常见类：NullPointerException（空指针）、IndexOutOfBoundsException（下标越界异常）、ArithmeticException（算术异常）、ClassNotFoundException（找不到类异常）、IllegalArgumentException （非法参数异常）等。这些异常也属于非受检查异常。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。
• 非运行时异常：是RuntimeException以外的异常，类型上都属于Exception类及其子类。从程序语法角度讲是必须进行处理的异常，如果不处理，程序就不能编译通过。例如常见类：IOException、SQLException、ParseException、FileNotFoundException（文件找不到异常）等。
• 综上分类，可以将Throwable划分成这样：

三、异常处理机制

 　　在java中异常处理机制大致为：先抛出异常再捕捉异常。抛出异常一般是交给java虚拟机，当然也可以自己手动抛出异常（下面会涉及到），重点是怎么捕捉异常。

　　1、捕获异常（try、catch、finally）

　　捕获异常的形式可能是上面三个的组合，组合形式有：try..catch、try...finally和try..catch..finally

　　主要记录下try..catch..finally的主要事项：

　　1.1、其中catch块可以有多个，但要注意捕获异常类的顺序：子类一定要在父类前，否则会编译不通过。

    @Test
    public void test1() {
        int[] arr = {1,3,5,0};
        try{
            for (int i = 0; i < arr.length; i ++) {
                System.out.println(10/arr[i]);
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }catch (ArithmeticException e){//编译不通过。因为异常在前面的catch块中捕获。
            e.printStackTrace();
        }finally{
            System.out.println("end");
        }
    }

　　1.2  当catch块中有return时要注意其执行顺序：finally语句在return返回之前执行。

public class ExceptionTest {
    
    @Test
    public void test1() {
        System.out.println("计算结果：" + sum());
    }
    
    public int sum() {
        int count = 0;
        int[] arr = {1,3,5,0};
        try{
            for (int i = 0; i < arr.length; i ++) {
                count += 10/arr[i];
            }
        }catch (ArithmeticException e){
            System.out.println("计算失败,分母不能为0：" + e.getMessage());
            return count;
        }finally{
            System.out.println("sum() end");//会先执行
        }
        return count;
    }
}

　　ouput:

计算失败,分母不能为0：/ by zero
sum() end
计算结果：15

　　1.3  当catch块中有return时要注意fianlly语句对其返回值进行修改时是否影响其返回值：基本类型及其字符串类型是不会被改变的，对象类型下成员变量的值是可以改变的。

 1 public class ExceptionTest {
 2     
 3     @Test
 4     public void test1() {
 5         System.out.println("基本类型mod1()=" + mol1());
 6         System.out.println("字符串类型mod2()=" + mol2());
 7         System.out.println("对象类型mod3()=" + mol3());
 8     }
 9     
10     public int mol1() {
11         int count = 0;
12         int[] arr = {1,3,5,0};
13         try{
14             for (int i = 0; i < arr.length; i ++) {
15                 arr[i] = 10/arr[i];
16             }
17         }catch (ArithmeticException e){
18             return count;
19         }finally{
20             //基本类型修改无效，其实这相当于一个局部变量
21             count = -1;
22         }
23         return count;
24     }
25     
26     public String mol2() {
27         String msg = "success";
28         int[] arr = {1,3,5,0};
29         try{
30             for (int i = 0; i < arr.length; i ++) {
31                 arr[i] = 10/arr[i];
32             }
33         }catch (ArithmeticException e){
34             msg = "fail";
35             return msg;
36         }finally{
37             //字符串修改无效，其实这相当于一个局部变量
38             msg = "fail, finally";
39         }
40         return msg;
41     }
42     public StringBuffer mol3() {
43         StringBuffer msg = new StringBuffer();
44         int[] arr = {1,3,5,0};
45         try{
46             for (int i = 0; i < arr.length; i ++) {
47                 arr[i] = 10/arr[i];
48             }
49         }catch (ArithmeticException e){
50             msg.append("fail");
51             return msg;
52         }finally{
53             //对象类型，其成员变量char[] value;的值是可以被改变的
54             msg.append(", finally");
55         }
56         return msg;
57     }
58     
59 }

　　output:

基本类型mod1()=0
字符串类型mod2()=fail
对象类型mod3()=fail, finally

　　1.4  当finally语句中有返回值时，会覆盖catch中的返回语句，也会使catch块的throw 抛出的异常失效。（其实不建议使用的）

public class ExceptionTest {
    
    @Test
    public void test1() {
        System.out.println("基本类型mod1()=" + mol4());
        System.out.println("字符串类型mod2()=" + mol5());
    }
    
    public int mol4() {
        int count = 0;
        int[] arr = {1,3,5,0};
        try{
            for (int i = 0; i < arr.length; i ++) {
                arr[i] = 10/arr[i];
            }
        }catch (ArithmeticException e){
            return count;
        }finally{
            count = -1;
            return count;//直接返回值，不会在进入catch块中执行
        }
    }
    
    public String mol5() {
        String msg = "success";
        int[] arr = {1,3,5,0};
        try{
            for (int i = 0; i < arr.length; i ++) {
                arr[i] = 10/arr[i];
            }
        }catch (ArithmeticException e){
            throw new ArithmeticException("分母不能为0");
        }finally{
            //字符串修改无效，其实这相当于一个局部变量
            msg = "fail, finally";
            return msg;//直接返回值，不会在进入catch块抛出异常
        }
        //return msg;
    }
}

　　output:

基本类型mod1()=-1
字符串类型mod2()=fail, finally

　　2、抛出异常，有两种方式：使用throws指定异常，在方法上使用；可以使用throw new 的方法，在方法里使用。不要搞混淆就行。

四、有关设计和处理异常的几个建议（参考Effective Java）

　　1、只针对异常的情况才使用异常，不要用异常去控制正常流程。（这点我想大部分人不会这么做，但是也列举出来，如果这么做了会引起莫名奇妙的问题）

　　2、避免不必要的使用受检异常。

　　3、优先使用标准异常，即错误信息相对应的异常，不要乱抛出异常类否则会找不到问题的根源。比方说有个地方是数组索引超限，你却抛出个参数非法异常，这样就掩盖了原始异常信息。

　　4、不要忽略异常，即不要使用空catch块。（没有异常信息，就无法找出问题的所在）

　　5、尽量捕获写细节信息。比方说数组索引越界，它是超过最大索引还是小于0？