一文讀懂Java中的異常處理

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)一文讀懂Java中的異常處理，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關(guān)知識有一定的了解。

一、什么是異常     

異常的英文單詞是exception，字面翻譯就是“意外、例外”的意思，也就是非正常情況。事實(shí)上，異常本質(zhì)上是程序上的錯誤，包括程序邏輯錯誤和系統(tǒng)錯誤。比如使用空的引用、數(shù)組下標(biāo)越界、內(nèi)存溢出錯誤等，這些都是意外的情況，背離我們程序本身的意圖。錯誤在我們編寫程序的過程中會經(jīng)常發(fā)生，包括編譯期間和運(yùn)行期間的錯誤，在編譯期間出現(xiàn)的錯誤有編譯器幫助我們一起修正，然而運(yùn)行期間的錯誤便不是編譯器力所能及了，并且運(yùn)行期間的錯誤往往是難以預(yù)料的。假若程序在運(yùn)行期間出現(xiàn)了錯誤，如果置之不理，程序便會終止或直接導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，顯然這不是我們希望看到的結(jié)果。因此，如何對運(yùn)行期間出現(xiàn)的錯誤進(jìn)行處理和補(bǔ)救呢？Java提供了異常機(jī)制來進(jìn)行處理，通過異常機(jī)制來處理程序運(yùn)行期間出現(xiàn)的錯誤。通過異常機(jī)制，我們可以更好地提升程序的健壯性。

在Java中異常被當(dāng)做對象來處理，根類是java.lang.Throwable類，在Java中定義了很多異常類（如OutOfMemoryError、NullPointerException、IndexOutOfBoundsException等），這些異常類分為兩大類：Error和Exception。

Error是無法處理的異常，比如OutOfMemoryError，一般發(fā)生這種異常，JVM會選擇終止程序。因此我們編寫程序時不需要關(guān)心這類異常。

Exception，也就是我們經(jīng)常見到的一些異常情況，比如NullPointerException、IndexOutOfBoundsException，這些異常是我們可以處理的異常。

Exception類的異常包括checked exception和unchecked exception（unchecked exception也稱運(yùn)行時異常RuntimeException，當(dāng)然這里的運(yùn)行時異常并不是前面我所說的運(yùn)行期間的異常，只是Java中用運(yùn)行時異常這個術(shù)語來表示，Exception類的異常都是在運(yùn)行期間發(fā)生的）。

unchecked exception（非檢查異常），也稱運(yùn)行時異常（RuntimeException），比如常見的NullPointerException、IndexOutOfBoundsException。對于運(yùn)行時異常，java編譯器不要求必須進(jìn)行異常捕獲處理或者拋出聲明，由程序員自行決定。

checked exception（檢查異常），也稱非運(yùn)行時異常（運(yùn)行時異常以外的異常就是非運(yùn)行時異常），java編譯器強(qiáng)制程序員必須進(jìn)行捕獲處理，比如常見的IOExeption和SQLException。對于非運(yùn)行時異常如果不進(jìn)行捕獲或者拋出聲明處理，編譯都不會通過。

在Java中，異常類的結(jié)構(gòu)層次圖如下圖所示：

在Java中，所有異常類的父類是Throwable類，Error類是error類型異常的父類，Exception類是exception類型異常的父類，RuntimeException類是所有運(yùn)行時異常的父類，RuntimeException以外的并且繼承Exception的類是非運(yùn)行時異常。

典型的RuntimeException包括NullPointerException、IndexOutOfBoundsException、IllegalArgumentException等。

典型的非RuntimeException包括IOException、SQLException等。

二、Java中如何處理異常                                                                

在Java中如果需要處理異常，必須先對異常進(jìn)行捕獲，然后再對異常情況進(jìn)行處理。如何對可能發(fā)生異常的代碼進(jìn)行異常捕獲和處理呢？使用try和catch關(guān)鍵字即可，如下面一段代碼所示：

try {
 File file = new File("d:/a.txt");
 if(!file.exists())
  file.createNewFile();
} catch (IOException e) {
 // TODO: handle exception
}

被try塊包圍的代碼說明這段代碼可能會發(fā)生異常，一旦發(fā)生異常，異常便會被catch捕獲到，然后需要在catch塊中進(jìn)行異常處理。

這是一種處理異常的方式。在Java中還提供了另一種異常處理方式即拋出異常，顧名思義，也就是說一旦發(fā)生異常，我把這個異常拋出去，讓調(diào)用者去進(jìn)行處理，自己不進(jìn)行具體的處理，此時需要用到throw和throws關(guān)鍵字?！?/p>

下面看一個示例：

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    try {
      createFile();
    } catch (Exception e) {
      // TODO: handle exception
    }
  }
   
  public static void createFile() throws IOException{
    File file = new File("d:/a.txt");
    if(!file.exists())
      file.createNewFile();
  }
}

這段代碼和上面一段代碼的區(qū)別是，在實(shí)際的createFile方法中并沒有捕獲異常，而是用throws關(guān)鍵字聲明拋出異常，即告知這個方法的調(diào)用者此方法可能會拋出IOException。那么在main方法中調(diào)用createFile方法的時候，采用try...catch塊進(jìn)行了異常捕獲處理。

當(dāng)然還可以采用throw關(guān)鍵字手動來拋出異常對象。下面看一個例子：

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    try {
      int[] data = new int[]{1,2,3};
      System.out.println(getDataByIndex(-1,data));
    } catch (Exception e) {
      System.out.println(e.getMessage());
    }
     
  }
   
  public static int getDataByIndex(int index,int[] data) {
    if(index<0||index>=data.length)
      throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("數(shù)組下標(biāo)越界");
    return data[index];
  }
}

然后在catch塊中進(jìn)行捕獲。

也就說在Java中進(jìn)行異常處理的話，對于可能會發(fā)生異常的代碼，可以選擇三種方法來進(jìn)行異常處理：

1）對代碼塊用try..catch進(jìn)行異常捕獲處理；

2）在 該代碼的方法體外用throws進(jìn)行拋出聲明，告知此方法的調(diào)用者這段代碼可能會出現(xiàn)這些異常，你需要謹(jǐn)慎處理。此時有兩種情況：

如果聲明拋出的異常是非運(yùn)行時異常，此方法的調(diào)用者必須顯示地用try..catch塊進(jìn)行捕獲或者繼續(xù)向上層拋出異常。

如果聲明拋出的異常是運(yùn)行時異常，此方法的調(diào)用者可以選擇地進(jìn)行異常捕獲處理。

3）在代碼塊用throw手動拋出一個異常對象，此時也有兩種情況，跟2）中的類似：

如果拋出的異常對象是非運(yùn)行時異常，此方法的調(diào)用者必須顯示地用try..catch塊進(jìn)行捕獲或者繼續(xù)向上層拋出異常。

如果拋出的異常對象是運(yùn)行時異常，此方法的調(diào)用者可以選擇地進(jìn)行異常捕獲處理。

（如果最終將異常拋給main方法，則相當(dāng)于交給jvm自動處理，此時jvm會簡單地打印異常信息）

三、深刻理解try,catch,finally,throws,throw五個關(guān)鍵字

 下面我們來看一下異常機(jī)制中五個關(guān)鍵字的用法以及需要注意的地方。

1.try,catch,finally

try關(guān)鍵字用來包圍可能會出現(xiàn)異常的邏輯代碼，它單獨(dú)無法使用，必須配合catch或者finally使用。Java編譯器允許的組合使用形式只有以下三種形式：

try...catch...;       try....finally......;    try....catch...finally...

當(dāng)然catch塊可以有多個，注意try塊只能有一個,finally塊是可選的（但是最多只能有一個finally塊）。

三個塊執(zhí)行的順序?yàn)閠ry—>catch—>finally。

當(dāng)然如果沒有發(fā)生異常，則catch塊不會執(zhí)行。但是finally塊無論在什么情況下都是會執(zhí)行的（這點(diǎn)要非常注意，因此部分情況下，都會將釋放資源的操作放在finally塊中進(jìn)行）。

在有多個catch塊的時候，是按照catch塊的先后順序進(jìn)行匹配的，一旦異常類型被一個catch塊匹配，則不會與后面的catch塊進(jìn)行匹配。

在使用try..catch..finally塊的時候，注意千萬不要在finally塊中使用return，因?yàn)閒inally中的return會覆蓋已有的返回值。下面看一個例子：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
 
 
public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    String str = new Main().openFile();
    System.out.println(str);
     
  }
   
  public String openFile() {
    try {
      FileInputStream inputStream = new FileInputStream("d:/a.txt");
      int ch = inputStream.read();
      System.out.println("aaa");
      return "step1";
    } catch (FileNotFoundException e) {
      System.out.println("file not found");
      return "step2";
    }catch (IOException e) {
      System.out.println("io exception");
      return "step3";
    }finally{
      System.out.println("finally block");
      //return "finally";
    }
  }
}

這段程序的輸出結(jié)果為：

可以看出，在try塊中發(fā)生FileNotFoundException之后，就跳到第一個catch塊，打印"file not found"信息，并將"step2"賦值給返回值，然后執(zhí)行finally塊，最后將返回值返回。

從這個例子說明，無論try塊或者catch塊中是否包含return語句，都會執(zhí)行finally塊。

如果將這個程序稍微修改一下，將finally塊中的return語句注釋去掉，運(yùn)行結(jié)果是：

最后打印出的是"finally"，返回值被重新覆蓋了。

因此如果方法有返回值，切忌不要再finally中使用return，這樣會使得程序結(jié)構(gòu)變得混亂。

2.throws和thow關(guān)鍵字

1）throws出現(xiàn)在方法的聲明中，表示該方法可能會拋出的異常，然后交給上層調(diào)用它的方法程序處理，允許throws后面跟著多個異常類型；

2）一般會用于程序出現(xiàn)某種邏輯時程序員主動拋出某種特定類型的異常。throw只會出現(xiàn)在方法體中，當(dāng)方法在執(zhí)行過程中遇到異常情況時，將異常信息封裝為異常對象，然后throw出去。throw關(guān)鍵字的一個非常重要的作用就是 異常類型的轉(zhuǎn)換（會在后面闡述道）。

throws表示出現(xiàn)異常的一種可能性，并不一定會發(fā)生這些異常；throw則是拋出了異常，執(zhí)行throw則一定拋出了某種異常對象。兩者都是消極處理異常的方式（這里的消極并不是說這種方式不好），只是拋出或者可能拋出異常，但是不會由方法去處理異常，真正的處理異常由此方法的上層調(diào)用處理。

四.在類繼承的時候，方法覆蓋時如何進(jìn)行異常拋出聲明                       

本小節(jié)討論子類重寫父類方法的時候，如何確定異常拋出聲明的類型。下面是三點(diǎn)原則：

1）父類的方法沒有聲明異常，子類在重寫該方法的時候不能聲明異常；

2）如果父類的方法聲明一個異常exception1，則子類在重寫該方法的時候聲明的異常不能是exception1的父類；

3）如果父類的方法聲明的異常類型只有非運(yùn)行時異常（運(yùn)行時異常），則子類在重寫該方法的時候聲明的異常也只能有非運(yùn)行時異常（運(yùn)行時異常），不能含有運(yùn)行時異常（非運(yùn)行時異常）。

五、異常處理和設(shè)計的幾個建議 

以下是根據(jù)前人總結(jié)的一些異常處理的建議：

1.只在必要使用異常的地方才使用異常，不要用異常去控制程序的流程

謹(jǐn)慎地使用異常，異常捕獲的代價非常高昂，異常使用過多會嚴(yán)重影響程序的性能。如果在程序中能夠用if語句和Boolean變量來進(jìn)行邏輯判斷，那么盡量減少異常的使用，從而避免不必要的異常捕獲和處理。比如下面這段經(jīng)典的程序：

public void useExceptionsForFlowControl() { 
 try { 
 while (true) { 
  increaseCount(); 
  } 
 } catch (MaximumCountReachedException ex) { 
 } 
 //Continue execution 
} 
   
public void increaseCount() throws MaximumCountReachedException { 
 if (count >= 5000) 
  throw new MaximumCountReachedException(); 
}

上邊的useExceptionsForFlowControl()用一個無限循環(huán)來增加count直到拋出異常，這種做法并沒有說讓代碼不易讀，而是使得程序執(zhí)行效率降低。

2.切忌使用空catch塊

在捕獲了異常之后什么都不做，相當(dāng)于忽略了這個異常。千萬不要使用空的catch塊，空的catch塊意味著你在程序中隱藏了錯誤和異常，并且很可能導(dǎo)致程序出現(xiàn)不可控的執(zhí)行結(jié)果。如果你非?？隙ú东@到的異常不會以任何方式對程序造成影響，最好用Log日志將該異常進(jìn)行記錄，以便日后方便更新和維護(hù)。

3.檢查異常和非檢查異常的選擇

一旦你決定拋出異常，你就要決定拋出什么異常。這里面的主要問題就是拋出檢查異常還是非檢查異常。

檢查異常導(dǎo)致了太多的try…catch代碼，可能有很多檢查異常對開發(fā)人員來說是無法合理地進(jìn)行處理的，比如SQLException，而開發(fā)人員卻不得不去進(jìn)行try…catch，這樣就會導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)這樣一種情況：邏輯代碼只有很少的幾行，而進(jìn)行異常捕獲和處理的代碼卻有很多行。這樣不僅導(dǎo)致邏輯代碼閱讀起來晦澀難懂，而且降低了程序的性能。

我個人建議盡量避免檢查異常的使用，如果確實(shí)該異常情況的出現(xiàn)很普遍，需要提醒調(diào)用者注意處理的話，就使用檢查異常；否則使用非檢查異常。

因此，在一般情況下，我覺得盡量將檢查異常轉(zhuǎn)變?yōu)榉菣z查異常交給上層處理。

4.注意catch塊的順序

不要把上層類的異常放在最前面的catch塊。比如下面這段代碼：

try {
    FileInputStream inputStream = new FileInputStream("d:/a.txt");
    int ch = inputStream.read();
    System.out.println("aaa");
    return "step1";
  } catch (IOException e) {
　　   System.out.println("io exception");　　   
     return "step2";
  }catch (FileNotFoundException e) {
    System.out.println("file not found");　　　　   
    return "step3";
  }finally{
    System.out.println("finally block");
    //return "finally";
  }

第二個catch的FileNotFoundException將永遠(yuǎn)不會被捕獲到，因?yàn)镕ileNotFoundException是IOException的子類。

5.不要將提供給用戶看的信息放在異常信息里

比如下面這段代碼：

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    try {
      String user = null;
      String pwd = null;
      login(user,pwd);
    } catch (Exception e) {
      System.out.println(e.getMessage());
    }
     
  }
   
  public static void login(String user,String pwd) {
    if(user==null||pwd==null)
      throw new NullPointerException("用戶名或者密碼為空");
    //...
  }
}

展示給用戶錯誤提示信息最好不要跟程序混淆一起，比較好的方式是將所有錯誤提示信息放在一個配置文件中統(tǒng)一管理。

6.避免多次在日志信息中記錄同一個異常

只在異常最開始發(fā)生的地方進(jìn)行日志信息記錄。很多情況下異常都是層層向上跑出的，如果在每次向上拋出的時候，都Log到日志系統(tǒng)中，則會導(dǎo)致無從查找異常發(fā)生的根源。

7. 異常處理盡量放在高層進(jìn)行

盡量將異常統(tǒng)一拋給上層調(diào)用者，由上層調(diào)用者統(tǒng)一之時如何進(jìn)行處理。如果在每個出現(xiàn)異常的地方都直接進(jìn)行處理，會導(dǎo)致程序異常處理流程混亂，不利于后期維護(hù)和異常錯誤排查。由上層統(tǒng)一進(jìn)行處理會使得整個程序的流程清晰易懂。

8. 在finally中釋放資源

如果有使用文件讀取、網(wǎng)絡(luò)操作以及數(shù)據(jù)庫操作等，記得在finally中釋放資源。這樣不僅會使得程序占用更少的資源，也會避免不必要的由于資源未釋放而發(fā)生的異常情況。

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