[ Java学习基础 ] Java异常处理
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了[ Java学习基础 ] Java异常处理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一、异常概述
异常是程序中的一些错误，但并不是所有的错误都是异常，并且错误有时候是可以避免的。比如说，你的代码少了一个分号，那么运行出来结果是提示是错误 java.lang.Error；如果你用System.out.println(11/0)，那么你是因为你用0做了除数，会抛出 java.lang.ArithmeticException 的异常。
异常发生的原因有很多，通常包含以下几大类：
- 用户输入了非法数据。
- 要打开的文件不存在。
- 网络通信时连接中断，或者JVM内存溢出。
这些异常有的是因为用户错误引起，有的是程序错误引起的，还有其它一些是因为物理错误引起的，为增强程序的健壮性，计算机程序的编写也需要考虑处理这些异常情况，Java语言提供了异常处理功能，本文将介绍Java异常处理机制。
为了更好的理解和学习Java异常处理机制，首先看看下面程序：
//HelloWorld.java文件 package com.Kevin; public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { int a = 0; System.out.println(5 / a); } }
这个程序没有编译错误，但会发生如下的运行时错误：
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
at com.Kevin.HelloWorld.main(HelloWorld.java:9)
在数学上除数不能为0，所以程序运行时表达式（5 / a）会抛出ArithmeticException异常，ArithmeticException是数学计算异常，凡是发生数学计算错误都会抛出该异常。
程序运行过程中难免会发生异常，发生异常并不可怕，程序员应该考虑到有可能发生这些异常，编程时应该捕获并进行处理异常，不能让程序发生终止，这就是健壮的程序。
二、异常类继承层次
所有的异常类是从 java.lang.Exception 类继承的子类。Exception 类是 Throwable 类的子类。除了Exception类外，Throwable还有一个子类Error 。Java 程序通常不捕获错误。错误一般发生在严重故障时，它们在Java程序处理的范畴之外。Error 用来指示运行时环境发生的错误。例如，JVM 内存溢出。一般地，程序不会从错误中恢复。异常类有两个主要的子类：IOException 类和 RuntimeException 类。Java的异常类继承层次具体如下图：
Java异常类继承层次图
2.1 Throwable类
从Java异常类继承层次图可见，所有的异常类都直接或间接地继承于java.lang.Throwable类，在Throwable类有几个非常重要的方法：
- String getMessage()：获得发生异常的详细消息。
- void printStackTrace()：打印异常堆栈跟踪信息。
- String toString()：获得异常对象的描述。
为了介绍Throwable类的使用，示例代码如下：
1 //HelloWorld.java文件 2 package com.Kevin; 3 4 public class HelloWorld { 5 6 public static void main(String[] args) { 7 8 int a = 0; 9 int result = divide(5, a); 10 System.out.printf("divide(%d, %d) = %d", 5, a, result); 11 } 12 13 public static int divide(int number, int divisor) { 14 15 try { 16 return number / divisor; 17 } catch (Throwable throwable) { 18 19 System.out.println("getMessage() : " + throwable.getMessage()); 20 21 System.out.println("toString() : " + throwable.toString()); 22 23 System.out.println("printStackTrace()输出信息如下："); 24 throwable.printStackTrace(); 25 } 26 27 return 0; 28 } 29 }
运行结果如下：
getMessage() : / by zero toString() : java.lang.ArithmeticException: / by zero printStackTrace()输出信息如下： java.lang.ArithmeticException: / by zero at com.Kevin.HelloWorld.divide(HelloWorld.java:17) at com.Kevin.HelloWorld.main(HelloWorld.java:10) divide(5, 0) = 0
将可以发生异常的语句System.out.println(5 / a)放到try-catch代码块中，称为捕获异常，有关捕获异常的相关知识会在下部分详细介绍。在catch中有一个Throwable对象throwable，throwable对象是系统在程序发生异常时创建，通过throwable对象可以调用Throwable中定义的方法。
代码第19行是调用getMessage()方法获得异常消息，输出结果是“/ by zero”。代码第21行是调用toString()方法获得异常对象的描述，输出结果是java.lang.ArithmeticException: / by zero。代码第24行是调用printStackTrace()方法打印异常堆栈跟踪信息。
Tips： 堆栈跟踪信息从下往上，是方法调用的顺序。首先JVM调用是 com.Kevin.HelloWorld 类的main方法，接着在HelloWorld.java源代码第10行调用 com.Kevin.HelloWorld 类的 divide 方法，在HelloWorld.java 源代码第17行发生了异常，最后输出的是异常信息。
2.2 Error 和 Exception
从Java异常类继承层次图可见，Throwable有两个直接子类：Error和Exception。
-
Error：Error 是程序无法恢复的严重错误，程序员根本无能为力，只能让程序终止。例如：JVM内部错误、内存溢出和资源耗尽等严重情况。
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Exception：Exception 是程序可以恢复的异常，它是程序员所能掌控的。例如：除零异常、空指针访问、网络连接中断和读取不存在的文件等。本章所讨论的异常处理就是对Exception及其子类的异常处理。
2.3 受检查异常和运行时异常
从Java异常类层次图可见，Exception类可以分为：受检查异常和运行时异常。
-
受检查异常
如Java异常类层次图所示，受检查异常是除 RuntimeException 以外的异常类。它们的共同特点是：编译器会检查这类异常是否进行了处理，即要么捕获（try-catch语句），要么不抛出（通过在方法后声明throws），否则会发生编译错误。它们种类很多，前面遇到过的日期解析异常 ParseException。
-
运行时异常
运行时异常是继承 RuntimeException 类的直接或间接子类。运行时异常往往是程序员所犯错误导致的，健壮的程序不应该发生运行时异常。它们的共同特点是：编译器不检查这类异常是否进行了处理，也就是对于这类异常不捕获也不抛出，程序也可以编译通过。由于没有进行异常处理，一旦运行时异常发生就会导致程序的终止，这是用户不希望看到的。由于2.1部分除零示例的ArithmeticException异常属于RuntimeException异常，如Java异常类层次图所示，可以不用加try-catch语句捕获异常。
//HelloWorld.java文件 package com.Kevin; public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { int a = 0; int result = divide(5, a); System.out.printf("divide(%d, %d) = %d", 5, a, result); } public static int divide(int number, int divisor) { //判断除数divisor非零，防止运行时异常 if (divisor != 0) { return number / divisor; } return 0; } }
Tips： 对于运行时异常通常不采用抛出或捕获处理方式，而是应该提前预判，防止这种发生异常，做到未雨绸缪。例如2.1部分除零示例，在进行除法运算之前应该判断除数是非零的，修改示例代码如下，从代码可见提前预判这样处理要比通过try-catch捕获异常要友好的多。
2.4 Java常用内置异常
Java 语言定义了一些异常类在 java.lang 标准包中。标准运行时异常类的子类是最常见的异常类。由于 java.lang 包是默认加载到所有的 Java 程序的，所以大部分从运行时异常类继承而来的异常都可以直接使用。Java 根据各个类库也定义了一些其他的异常，下面的表中列出了 Java 的非检查性异常。
下面的表中列出了 Java 定义在 java.lang 包中的检查性异常类。
Tips：
- 检查性异常: 不处理编译不能通过
- 非检查性异常:不处理编译可以通过，如果有抛出直接抛到控制台
- 运行时异常: 就是非检查性异常
- 非运行时异常: 就是检查性异常
5.常见异常方法
下面的列表是 Throwable 类的主要方法:
6.通用异常
在Java中定义了两种类型的异常和错误。
- JVM(Java虚拟机) 异常：由 JVM 抛出的异常或错误。例如：NullPointerException 类，ArrayIndexOutOfBoundsException 类，ClassCastException 类。
- 程序级异常：由程序或者API程序抛出的异常。例如 IllegalArgumentException 类，IllegalStateException 类。
三、捕获异常
在学习本内容之前，你先考虑一下，在现实生活中是如何对待领导交给你的任务呢？当然无非是两种：自己有能解决的自己处理；自己无力解决的反馈给领导，让领导自己处理。
那么对待受检查异常亦是如此。当前方法有能力解决，则捕获异常进行处理；没有能力解决，则抛出给上层调用方法处理。如果上层调用方法还无力解决，则继续抛给它的上层调用方法，异常就是这样向上传递直到有方法处理它，如果所有的方法都没有处理该异常，那么JVM会终止程序运行。
3.1 try-catch 语句
捕获异常是通过try-catch语句实现的，最基本try-catch语句语法如下：
try{ //可能会发生异常的语句 } catch(Throwable e){ //处理异常e }
每个try代码块可以伴随一个或多个catch代码块，用于处理try代码块中所可能发生的多种异常。catch(Throwable e)语句中的e是捕获异常对象，e必须是Throwable的子类，异常对象e的作用域在该catch代码块中。下面看看一个try-catch示例：
1 //HelloWorld.java文件 2 package com.Kevin; 3 4 import java.text.DateFormat; 5 import java.text.ParseException; 6 import java.text.SimpleDateFormat; 7 import java.util.Date; 8 9 public class HelloWorld { 10 11 public static void main(String[] args) { 12 Date date = readDate(); 13 System.out.println("日期 = " + date); 14 } 15 16 // 解析日期 17 public static Date readDate() { 18 19 try { 20 String str = "2018-4-28"; //"201A-18-18" 21 DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"); 22 // 从字符串中解析日期 23 Date date = df.parse(str); 24 return date; 25 } catch (ParseException e) { 26 System.out.println("处理ParseException…"); 27 e.printStackTrace(); 28 } 29 return null; 30 } 31 }
上述代码第17行定义了一个静态方法用来将字符串解析成日期，但并非所有的字符串都是有效的日期字符串，因此调用代码第23行的解析方法parse()有可能发生ParseException异常，ParseException是受检查异常，在本例中使用try-catch捕获。代码第25行的e就是ParseException对象。代码第27行e.printStackTrace()是打印异常堆栈跟踪信息，本例中的"2018-4-28"字符串是有个有效的日期字符串，因此不会发生异常。如果将字符串改为无效的日期字符串，如"201A-18-18"，则会打印信息。
处理ParseException java.text.ParseException: Unparseable date: "201A-18-18" 日期 = null at java.text.DateFormat.parse(Unknown Source) at com.Kevin.HelloWorld.readDate(HelloWorld.java:24) at com.Kevin.HelloWorld.main(HelloWorld.java:13)
Tips： 静态方法、实例方法和构造方法都可以声明抛出异常，凡是抛出异常的方法都可以通过try-catch进行捕获，当然运行时异常可以不捕获。一个方法声明抛出什么样的异常需要查询API文
3.2 多catch代码块
如果try代码块中有很多语句会发生异常，而且发生的异常种类又很多。那么可以在try后面跟有多个catch代码块。多catch代码块语法如下：
try{ //可能会发生异常的语句 } catch(Throwable e){ //处理异常e } catch(Throwable e){ //处理异常e } catch(Throwable e){ //处理异常e }
在多个catch代码情况下，当一个catch代码块捕获到一个异常时，其他的catch代码块就不再进行匹配。
Tips： 当捕获的多个异常类之间存在父子关系时，捕获异常顺序与catch代码块的顺序有关。一般先捕获子类，后捕获父类，否则子类捕获不到。
示例代码如下：
1 //HelloWorld.java文件 2 package com.Kevin; 3 4 …… 5 6 public class HelloWorld { 7 8 public static void main(String[] args) { 9 Date date = readDate(); 10 System.out.println("读取的日期 = " + date); 11 } 12 13 public static Date readDate() { 14 15 FileInputStream readfile = null; 16 InputStreamReader ir = null; 17 BufferedReader in = null; 18 try { 19 readfile = new FileInputStream("readme.txt"); 20 ir = new InputStreamReader(readfile); 21 in = new BufferedReader(ir); 22 // 读取文件中的一行数据 23 String str = in.readLine(); 24 if (str == null) { 25 return null; 26 } 27 28 DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"); 29 Date date = df.parse(str); 30 return date; 31 32 } catch (FileNotFoundException e) { 33 System.out.println("处理FileNotFoundException..."); 34 e.printStackTrace(); 35 } catch (IOException e) { 36 System.out.println("处理IOException..."); 37 e.printStackTrace(); 38 } catch (ParseException e) { 39 System.out.println("处理ParseException..."); 40 e.printStackTrace(); 41 } 42 return null; 43 } 44 45 }
上述代码通过Java I/O（输入输出）流技术从文件readme.txt中读取字符串，然后解析成为日期。由于Java I/O技术还没有介绍，读者先不要关注I/O技术细节，这考虑调用它们的方法会发生异常就可以了。
在try代码块中第19行代码调用FileInputStream构造方法可以会发生FileNotFoundException异常。第23行代码调用BufferedReader输入流的readLine()方法可以会发生IOException异常。从Java异常类继承层次图可见FileNotFoundException异常是IOException异常的子类，应该先FileNotFoundException捕获，见代码第32行；后捕获IOException，见代码第35行。
如果将FileNotFoundException和IOException捕获顺序调换，代码如下：
try{ //可能会发生异常的语句 } catch (IOException e) { // IOException异常处理 } catch (FileNotFoundException e) { // FileNotFoundException异常处理 }
那么第二个catch代码块永远不会进入，FileNotFoundException异常处理永远不会执行。
由于上述代码第38行ParseException异常与IOException和FileNotFoundException异常没有父子关系，捕获ParseException异常位置可以随意放置。
3.3 try-catch 语句嵌套
Java提供的try-catch语句嵌套是可以任意嵌套，修改3.2部分示例代码如下：
1 //HelloWorld.java文件 2 package com.Kevin; 3 … … 4 public class HelloWorld { 5 6 public static void main(String[] args) { 7 Date date = readDate(); 8 System.out.println("读取的日期 = " + date); 9 } 10 11 public static Date readDate() { 12 13 FileInputStream readfile = null; 14 InputStreamReader ir = null; 15 BufferedReader in = null; 16 try { 17 readfile = new FileInputStream("readme.txt"); 18 ir = new InputStreamReader(readfile); 19 in = new BufferedReader(ir); 20 21 try { 22 String str = in.readLine(); 23 if (str == null) { 24 return null; 25 } 26 27 DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"); 28 Date date = df.parse(str); 29 return date; 30 31 } catch (ParseException e) { 32 System.out.println("处理ParseException..."); 33 e.printStackTrace(); 34 } 35 36 } catch (FileNotFoundException e) { 37 System.out.println("处理FileNotFoundException..."); 38 e.printStackTrace(); 39 } catch (IOException e) { 40 System.out.println("处理IOException..."); 41 e.printStackTrace(); 42 } 43 return null; 44 } 45 }
上述代码第21~34行是捕获ParseException异常try-catch语句，可见这个try-catch语句就是嵌套在捕获IOException和FileNotFoundException异常的try-catch语句中。
程序执行时内层如果会发生异常，首先由内层catch进行捕获，如果捕获不到，则由外层catch捕获。例如：代码第22行的readLine()方法可能发生IOException异常，该异常无法被内层catch捕获，最后被代码第39行的外层catch捕获。
Tips： try-catch不仅可以嵌套在try代码块中，还可以嵌套在catch代码块或finally代码块，finally代码块后面会详细介绍。try-catch嵌套会使程序流程变的复杂，如果能用多catch捕获的异常，尽量不要使用try-catch嵌套。特别对于初学者不要简单地使用Eclipse的语法提示不加区分地添加try-catch嵌套，要梳理好程序的流程再考虑try-catch嵌套的必要性。
3.4 多重捕捉
多catch代码块客观上提高了程序的健壮性，但是程序代码量大大增加。如果有些异常虽然种类不同，但捕获之后的处理是相同的，看如下代码。
try{ //可能会发生异常的语句 } catch (FileNotFoundException e) { //调用方法methodA处理 } catch (IOException e) { //调用方法methodA处理 } catch (ParseException e) { //调用方法methodA处理 }
三个不同类型的异常，要求捕获之后的处理都是调用methodA方法。是否可以把这些异常合并处理，Java 7推出了多重捕获（multi-catch）技术，可以帮助解决此类问题，上述代码修改如下：
try{ //可能会发生异常的语句 } catch (IOException | ParseException e) { //调用方法methodA处理 }
在catch中多重捕获异常用“|”运算符连接起来。
Tips： 有的读者会问什么不写成FileNotFoundException | IOException | ParseException 呢？这是因为由于FileNotFoundException属于IOException异常，IOException异常可以捕获它的所有子类异常了。
四、释放资源
有时在try-catch语句中会占用一些非Java资源，如：打开文件、网络连接、打开数据库连接和使用数据结果集等，这些资源并非Java资源，不能通过JVM的垃圾收集器回收，需要程序员释放。为了确保这些资源能够被释放可以使用finally代码块或Java 7之后提供自动资源管理（Automatic Resource Management）技术。
4.1 finally 代码块
try-catch语句后面还可以跟有一个finally代码块，try-catch-finally语句语法如下：
try{ //可能会生成异常语句 } catch(Throwable e1){ //处理异常e1 } catch(Throwable e2){ //处理异常e2 } catch(Throwable eN){ //处理异常eN } finally{ //释放资源 }
无论try正常结束还是catch异常结束都会执行finally代码块，如下图所示：
使用finally代码块示例代码如下：
1 //HelloWorld.java文件 2 package com.Kevin; 3 4 … … 5 6 public class HelloWorld { 7 8 public static void main(String[] args) { 9 Date date = readDate(); 10 System.out.println("读取的日期 = " + date); 11 } 12 13 public static Date readDate() { 14 15 FileInputStream readfile = null; 16 InputStreamReader ir = null; 17 BufferedReader in = null; 18 try { 19 readfile = new FileInputStream("readme.txt"); 20 ir = new InputStreamReader(readfile); 21 in = new BufferedReader(ir); 22 // 读取文件中的一行数据 23 String str = in.readLine(); 24 if (str == null) { 25 return null; 26 } 27 28 DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"); 29 Date date = df.parse(str); 30 return date; 31 32 } catch (FileNotFoundException e) { 33 System.out.println("处理FileNotFoundException..."); 34 e.printStackTrace(); 35 } catch (IOException e) { 36 System.out.println("处理IOException..."); 37 e.printStackTrace(); 38 } catch (ParseException e) { 39 System.out.println("处理ParseException..."); 40 e.printStackTrace(); 41 } finally { 42 try { 43 if (readfile != null) { 44 readfile.close(); 45 } 46 } catch (IOException e) { 47 e.printStackTrace(); 48 } 49 try { 50 if (ir != null) { 51 ir.close(); 52 } 53 } catch (IOException e) { 54 e.printStackTrace(); 55 } 56 try { 57 if (in != null) { 58 in.close(); 59 } 60 } catch (IOException e) { 61 e.printStackTrace(); 62 } 63 } 64 65 return null; 66 } 67 }
上述代码第41行~第63行是finally语句，在这里通过关闭流释放资源，FileInputStream、InputStreamReader和BufferedReader是三个输入流，它们都需要关闭，见代码第44行~第58行通过流的close()关闭流，但是流的close()方法还有可以能发生 IOException 异常，所以这里又针对每一个close()语句还需要进行捕获处理。
Tips： 为了代码简洁等目的，可能有的人会将finally代码中的多个嵌套的try-catch语句合并，例如将上述代码改成如下形式，将三个有可以发生异常的close()方法放到一个try-catch。读者自己考虑一下这处理是否稳妥呢？每一个close()方法对应关闭
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