JavaSEJava中的异常那些事儿

Posted 2022-12-04 bit me

#1024程序员节｜用代码，改变世界#

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💨Java中异常的学习

• 🚩一. 异常的概念与体系结构
• • ✔️1.1 异常的概念
  • ✔️1.2 异常的体系结构
  • ✔️1.3 异常的分类
• 🚩二. 异常的处理
• • ♻️ 2.1 防御式编程
  • ♻️ 2.2 异常的抛出
  • ♻️ 2.3 异常的捕获
  • • 📐2.3.1 异常声明throws
    • 📐2.3.2 try-catch捕获并处理
    • 📐2.3.3 finally
  • ♻️ 2.4 异常的处理流程
• 🚩三. 自定义异常类

前言：

在我们学习的过程中经常会遇到一些异常❗️ ，要么在编译的时候就报错，要么运行的时候报错，那我们该如何解决他们呢？熟练的掌握他们之后，还要反其道而行之，最后去创造出我们想要的异常来服务于我们的需求，此篇文章就可以带你领略异常的"美"👌

内容简介：

1. 异常概念与体系结构
2. 异常的处理方式
3. 异常的处理流程
4. 自定义异常类

🚩一. 异常的概念与体系结构

✔️1.1 异常的概念

在Java中，将程序执行过程中发生的不正常行为称为异常

比如我们前面接触过的几种异常

1. 算术异常

public static void main1(String[] args) 
    int a = 10/0 ;
    System.out.println(a);

2. 空指针异常（引用=null）

public static void main(String[] args) 
    int[] array = null;
    System.out.println(array.length);
    System.out.println("hahahafafafa");

3. 数组越界异常

public static void main(String[] args) 
    int[] array = 1,2,3,4,5;
    System.out.println(array[10]);
    System.out.println("hahahahqqqppp");

✔️1.2 异常的体系结构

异常种类繁多，为了对不同异常或者错误进行很好的分类管理，Java内部维护了一个异常的体系结构：

从上图中可以看到：

1. Throwable：是异常体系的顶层类，其派生出两个重要的子类, Error 和 Exception
2. Error：指的是Java虚拟机无法解决的严重问题，比如：JVM的内部错误、资源耗尽等，典型代表：StackOverflowError和OutOfMemoryError，一旦发生回力乏术，就像人得了癌症。
3. Exception：异常产生后程序员可以通过代码进行处理，使程序继续执行。比如：感冒、发烧。我们平时所说的异常就是Exception。

栈溢出错误就是Error

public static void func()
    func();


public static void main(String[] args) 
    func();

✔️1.3 异常的分类

异常可能在编译时发生，也可能在程序运行时发生，根据发生的时机不同，可以将异常分为：

1. 编译时异常（受查异常）

在程序编译期间发生的异常，称为编译时异常，也称为受检查异常(Checked Exception)

例如我们之前接触到的克隆

class Person implements Cloneable
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException 
        return super.clone();
    


public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException 
    Person person = new Person();
    Person person1 = (Person)person.clone();

此处可以看到我们main函数衔接了一个异常，有的人会不懂，别急，请看后文，如何操作呢，我们在IDEA中用Alt+回车+回车快捷键throws声明一个异常就可以解决程序编译报错的问题了（在报错处操作）

注意：少了等于号，分号，逗号等等的属于编译时语法错误，是编译错误，不属于异常

2. 运行时异常（非受查异常）

在程序执行期间发生的异常，称为运行时异常，也称为非受检查异常(Unchecked Exception)
RunTimeException以及其子类对应的异常，都称为运行时异常。比如：NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException、ArithmeticException。
例如我们的数组越界：

public static void main(String[] args) 
    int[] array = 1,2,3,4;
    System.out.println(array[9]);
    System.out.println("hahahaqqqppp");

代码写完之后系统并没有红线提示，而是在运行的时候报错了

注意：编译时出现的语法性错误，不能称之为异常。例如将 System.out.println 拼写错了, 写成了system.out.println. 此时编译过程中就会出错, 这是 “编译期” 出错。而运行时指的是程序已经编译通过得到class 文件了, 再由 JVM 执行过程中出现的错误.

🚩二. 异常的处理

♻️ 2.1 防御式编程

例如一个进入游戏的操作

1. LBYL: Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查. 即：事前防御型

public static void main7(String[] args) 
    boolean ret = false;
    ret = 登陆游戏();
    if (!ret) 
        处理登陆游戏错误;
        return;
    
    ret = 开始匹配();
    if (!ret) 
        处理匹配错误;
        return;
    
    ret = 游戏确认();
    if (!ret) 
        处理游戏确认错误;
        return;
    
    ret = 选择英雄();
    if (!ret) 
        处理选择英雄错误;
        return;
    
    ret = 载入游戏画面();
    if (!ret) 
        处理载入游戏错误;
        return;
    
    ......

LBYL是将每一步操作的对错可能性都进行了处理

缺陷：正常流程和错误处理流程代码混在一起, 代码整体显的比较混乱。

2. EAFP: It’s Easier to Ask Forgiveness than Permission. “事后获取原谅比事前获取许可更容易”. 也就是先操作,遇到问题再处理. 即：事后认错型

public static void main(String[] args) 
    try 
        登陆游戏();
        开始匹配();
        游戏确认();
        选择英雄();
        载入游戏画面();
        ...
     catch (登陆游戏异常) 
        处理登陆游戏异常;
     catch (开始匹配异常) 
        处理开始匹配异常;
     catch (游戏确认异常) 
        处理游戏确认异常;
     catch (选择英雄异常) 
        处理选择英雄异常;
     catch (载入游戏画面异常) 
        处理载入游戏画面异常;
    
    ......

优势：正常流程和错误流程是分离开的, 程序员更关注正常流程，代码更清晰，容易理解代码
所以异常处理的核心思想就是 EAFP。

在Java中，异常处理主要的5个关键字：throw、try、catch、final、throws。

♻️ 2.2 异常的抛出

在编写程序时，如果程序中出现错误，此时就需要将错误的信息告知给调用者，比如：参数检测。
在Java中，可以借助throw关键字，抛出一个指定的异常对象，将错误信息告知给调用者。具体语法如下：

public static void func1(int a)
    if(a == 10)
        throw new RuntimeException("a==10");
    


public static void main(String[] args) 
    func1(10);

其中在func1方法里规定了当a等于10的时候，就抛出一个指定的异常对象，所以函数调用func1的时候，传10的参数就会执行指定的异常

注意：

1. throw必须写在方法体内部
2. 抛出的对象必须是Exception 或者 Exception 的子类对象
3. 如果抛出的是 RunTimeException 或者 RunTimeException 的子类，则可以不用处理，直接交给JVM来处理
4. 如果抛出的是编译时异常，用户必须处理，否则无法通过编译
5. 异常一旦抛出，其后的代码就不会执行

♻️ 2.3 异常的捕获

异常的捕获，也就是异常的具体处理方式，主要有两种：异常声明throws 以及 try-catch捕获处理。

📐2.3.1 异常声明throws

处在方法声明时参数列表之后，当方法中抛出编译时异常，用户不想处理该异常，此时就可以借助throws将异常抛给方法的调用者来处理。即当前方法不处理异常，提醒方法的调用者处理异常。
语法格式：

修饰符 返回值类型 方法名(参数列表) throws 异常类型1，异常类型2...

1. 在方法中使用throws之后，在主函数里调用者必须要处理（后面讲解如何处理）

//声明一下异常throws  但是此时没有处理异常
public static void func3(int a) throws CloneNotSupportedException 
    if(a == 10)
        throw new CloneNotSupportedException("a == 10");
    


public static void main(String[] args) 
    try
        func3(10);
    catch(CloneNotSupportedException e)
        e.printStackTrace();
    
    System.out.println("hahaha");

2. 如果方法中没有声明异常，而是直接处理了异常，则在函数里可以直接调用

public static void func2(int a)
    //处理异常
    try
        if(a == 10)
         throw new CloneNotSupportedException("a == 10");
        
    catch(CloneNotSupportedException e)
        e.printStackTrace();
    


public static void main(String[] args) 
    func2(10);

3.方法中处理了异常，在函数中又throws之后，此时还是没有处理异常，所以交给了JVM

public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException
    func3(10);
    System.out.println("haha");

注意：

1. throws必须跟在方法的参数列表之后
2. 声明的异常必须是 Exception 或者 Exception 的子类
3. 方法内部如果抛出了多个异常，throws之后必须跟多个异常类型，之间用逗号隔开，如果抛出多个异常类型具有父子关系，直接声明父类即可。
4. 调用声明抛出异常的方法时，调用者必须对该异常进行处理，或者继续使用throws抛出

📐2.3.2 try-catch捕获并处理

throws对异常并没有真正处理，而是将异常报告给抛出异常方法的调用者，由调用者处理。如果真正要对异常进行处理，就需要try-catch。

语法格式：

 public static void main(String[] args) 
        try
			// 将可能出现异常的代码放在这里
        catch(要捕获的异常类型 e)
			// 如果try中的代码抛出异常了，此处catch捕获时异常类型与try中抛出的异常类型一致时，或者是try中抛出异常的基类时，就会被捕获到
			// 对异常就可以正常处理，处理完成后，跳出try-catch结构，继续执行后序代码
        catch(异常类型 e)
			// 对异常进行处理
        finally
			// 此处代码一定会被执行到
        
		// 后序代码
		// 当异常被捕获到时，异常就被处理了，这里的后序代码一定会执行
		// 如果捕获了，由于捕获时类型不对，那就没有捕获到，这里的代码就不会被执行
    

当我们再拿出数组越界这段代码的时候可以看到没有处理异常，那么就会交给JVM来处理，此时程序会立即异常终止，code返回1

public static void main(String[] args) 
    int[] array = 1,2,3,4,5;

    System.out.println(array[10]);//此处没有处理异常，那么就会交给JVM来处理，此时程序会立即异常终止

    System.out.println("其他业务逻辑");

我们使用try-catch捕获并处理

public static void main(String[] args) 
    int[] array = 1,2,3,4,5;
    try
        //System.out.println(array[10]);//此处没有处理异常，那么就会交给JVM来处理，此时程序会立即异常终止
        func2(10);
        System.out.println("hhhh");//只要上面发生了异常，后面的代码就不会执行了
    catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e)//输入异常的类型，变量
        e.printStackTrace();//打印当前异常的信息
        System.out.println("捕获到了一个数组越界的异常！！可以发你一个邮件，告知你原因");
    
    System.out.println("其他业务逻辑");

当然我们这里如果在try里面输入的数据发生了异常，但是在catch里面没有提及到相关异常的捕捉，那么程序依旧会运行失败。如果在try里面有多个异常，它只会捕获第一个异常，其余的就不执行了，程序当中，同时只能抛出一个异常。

关于异常的处理方式：

1. 异常的种类有很多, 我们要根据不同的业务场景来决定.
2. 对于比较严重的问题(例如和算钱相关的场景), 应该让程序直接崩溃, 防止造成更严重的后果
3. 对于不太严重的问题(大多数场景), 可以记录错误日志, 并通过监控报警程序及时通知程序猿
4. 对于可能会恢复的问题(和网络相关的场景), 可以尝试进行重试.
5. 在我们当前的代码中采取的是经过简化的第二种方式. 我们记录的错误日志是出现异常的方法调用信息, 能很快速的让我们找到出现异常的位置. 以后在实际工作中我们会采取更完备的方式来记录异常信息.

注意：

1. try块内抛出异常位置之后的代码将不会被执行
2. 如果抛出异常类型与catch时异常类型不匹配，即异常不会被成功捕获，也就不会被处理，继续往外抛，直到JVM收到后中断程序----异常是按照类型来捕获的
3. try中可能会抛出多个不同的异常对象，则必须用多个catch来捕获----即多种异常，多次捕获
   如果多个异常的处理方式是完全相同, 也可以写成这样：中间用|来衔接异常，变量名放最后

catch(ArrayIndexOutOfBoundsException | NullPointerException e)//输入异常的类型，变量

如果异常之间具有父子关系，一定是子类异常在前catch，父类异常在后catch，否则语法错误：

public static void main(String[] args) 
  int[] array = 1,2,3,4,5;
   try
       System.out.println(array[9]);
       System.out.println("haha");
   catch (NullPointerException e)
       System.out.println("空指针异常！");
       e.printStackTrace();
   catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e)
       System.out.println("数组越界异常！");
       e.printStackTrace();
   catch (Exception e)//Exception可以捕捉到所有的异常  兜底，必须放在最后
       e.printStackTrace();
   

Exception是所有异常的父类，必须写在最后面， 因此可以用这个类型表示捕捉所有异常.

4. 可以通过一个catch捕获所有的异常，即多个异常，一次捕获(不推荐)

public static void main(String[] args) 
   int[] array = 1,2,3,4,5;
   try
       System.out.println(array[10]);
       System.out.println("haha");
   catch (Exception e)//不建议这样写 具体的异常才能解决具体的问题
       e.printStackTrace();
   

只有具体的异常才能解决具体的问题，捕捉范围太大是不可控的

备注: catch 进行类型匹配的时候, 不光会匹配相同类型的异常对象, 也会捕捉目标异常类型的子类对象.如刚才的代码, NullPointerException 和 ArrayIndexOutOfBoundsException 都是 Exception 的子类, 因此都能被捕获到.

📐2.3.3 finally

在写程序时，有些特定的代码，不论程序是否发生异常，都需要执行，比如程序中打开的资源：网络连接、数据库连接、IO流等，在程序正常或者异常退出时，必须要对资源进进行回收。另外，因为异常会引发程序的跳转，可能导致有些语句执行不到，finally就是用来解决这个问题的。

语法格式：

public static void main(String[] args) 
    try
		// 可能会发生异常的代码
    catch(异常类型 e)
		// 对捕获到的异常进行处理
    finally
		// 此处的语句无论是否发生异常，都会被执行到
    
	// 如果没有抛出异常，或者异常被捕获处理了，这里的代码也会执行

代码演练：输入一个数被10整除

public static void main(String[] args) 
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    try
        int a = scanner.nextInt();
        System.out.println(10/a);
        System.out.println("abcdefg");
    catch(ArithmeticException e)
        System.out.println("捕获到了算术异常");
        e.printStackTrace();
    finally 
        scanner.close();//关闭资源
        System.out.println("一般用来关闭资源！");//不管是否发生异常，finally一定会被执行
    
    System.out.println("其他业务逻辑");

没有发生异常的结果：

发生了异常的结果：

那有人问既然 finally 和 try-catch-finally 后的代码都会执行，那为什么还要有finally呢？
在一段程序中，如果正常输入，成功接收输入后程序就返回了，try-catch-finally之后的代码根本就没有执行，即输入流就没有被释放，造成资源泄漏。

在以下代码中：当try里面有计算的时候，还有return的时候，以及finally中也有return的时候，这时候我们程序会怎么输出呢？

public static int func()
    try
        System.out.println(10/10);
        return 10;
    catch(ArithmeticException e)
        System.out.println("这里捕捉到了算术异常");
    finally 
        //return -1;
    
    return 13;


public static void main(String[] args) 
    System.out.println(func());

输出的结果：

从这个结果中