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深入理解 Java 异常

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异常框架

深入理解 Java 异常

Throwable

Throwable 是 Java 语言中所有错误（ Error ）和异常（ Exception ）的超类。

Throwable 包含了其线程创建时线程执行堆栈的快照，它提供了 printStackTrace() 等接口用于获取堆栈跟踪数据等信息。

主要方法：

  • fillInStackTrace - 用当前的调用栈层次填充 Throwable 对象栈层次，添加到栈层次任何先前信息中。
  • getMessage - 返回关于发生的异常的详细信息。这个消息在 Throwable 类的构造函数中初始化了。
  • getCause - 返回一个 Throwable 对象代表异常原因。
  • getStackTrace - 返回一个包含堆栈层次的数组。下标为 0 的元素代表栈顶，最后一个元素代表方法调用堆栈的栈底。
  • printStackTrace - 打印 toString() 结果和栈层次到 System.err ，即错误输出流。
  • toString - 使用 getMessage 的结果返回代表 Throwable 对象的字符串。

Error

Error 是 Throwable 的一个子类。** Error 表示合理的应用程序不应该尝试捕获的严重问题。**大多数此类错误都是异常情况。 编译器不会检查 Error 。

常见 Error ： 

AssertionError
VirtualMachineError
UnsupportedClassVersionError
StackOverflowError
OutOfMemoryError

Exception

Exception 是 Throwable 的一个子类。 Exception 表示合理的应用程序可能想要捕获的条件。

**编译器会检查 Exception 异常。**此类异常，要么通过 throws 进行声明抛出，要么通过 try catch 进行捕获处理，否则不能通过编译。

常见 Exception ： 

ClassNotFoundException
CloneNotSupportedException
IllegalAccessException
InstantiationException
InterruptedException
NoSuchFieldException
NoSuchMethodException

示例：

public class ExceptionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Method method = String.class.getMethod("toString", int.class);
    }
};
复制代码

试图编译运行时会报错：

Error:(7, 47) java: 未报告的异常错误java.lang.NoSuchMethodException; 必须对其进行捕获或声明以便抛出
复制代码

RuntimeException

RuntimeException 是 Exception 的一个子类。 RuntimeException 是那些可能在 Java 虚拟机正常运行期间抛出的异常的超类。

**编译器不会检查 RuntimeException 异常。**当程序中可能出现这类异常时，倘若既没有通过 throws 声明抛出它，也没有用 try catch 语句捕获它，程序还是会编译通过。

示例：

public class RuntimeExceptionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 此处产生了异常
        int result = 10 / 0;
        System.out.println("两个数字相除的结果：" + result);
        System.out.println("----------------------------");
    }
};
复制代码

运行时输出：

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
	at io.github.dunwu.javacore.exception.RumtimeExceptionDemo01.main(RumtimeExceptionDemo01.java:6)
复制代码

常见 RuntimeException ： 

ArrayIndexOutOfBoundsException
ArrayStoreException
ClassCastException
IllegalArgumentException
IllegalMonitorStateException
IllegalStateException
IllegalThreadStateException
IndexOutOfBoundsException
NegativeArraySizeException
NullPointerException
NumberFormatException
SecurityException
StringIndexOutOfBoundsException
UnsupportedOperationException

自定义异常

自定义一个异常类，只需要继承 Exception 或 RuntimeException 即可。

示例：

public class MyExceptionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        throw new MyException("自定义异常");
    }

    static class MyException extends RuntimeException {
        public MyException(String message) {
            super(message);
        }
    }
}
复制代码

输出：

Exception in thread "main" io.github.dunwu.javacore.exception.MyExceptionDemo$MyException: 自定义异常
	at io.github.dunwu.javacore.exception.MyExceptionDemo.main(MyExceptionDemo.java:9)
复制代码

抛出异常

如果想在程序中明确地抛出异常，需要用到 throw 和 throws 。

如果一个方法没有捕获一个检查性异常，那么该方法必须使用 throws 关键字来声明。 throws 关键字放在方法签名的尾部。

throw 示例： 

public class ThrowDemo {
    public static void f() {
        try {
            throw new RuntimeException("抛出一个异常");
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        f();
    }
};
复制代码

输出：

java.lang.RuntimeException: 抛出一个异常
复制代码

也可以使用 throw 关键字抛出一个异常，无论它是新实例化的还是刚捕获到的。

throws 示例： 

public class ThrowsDemo {
    public static void f1() throws NoSuchMethodException, NoSuchFieldException {
        Field field = Integer.class.getDeclaredField("digits");
        if (field != null) {
            System.out.println("反射获取 digits 方法成功");
        }
        Method method = String.class.getMethod("toString", int.class);
        if (method != null) {
            System.out.println("反射获取 toString 方法成功");
        }
    }

    public static void f2() {
        try {
            // 调用 f1 处，如果不用 try catch ，编译时会报错
            f1();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        f2();
    }
};
复制代码

输出：

反射获取 digits 方法成功
java.lang.NoSuchMethodException: java.lang.String.toString(int)
	at java.lang.Class.getMethod(Class.java:1786)
	at io.github.dunwu.javacore.exception.ThrowsDemo.f1(ThrowsDemo.java:12)
	at io.github.dunwu.javacore.exception.ThrowsDemo.f2(ThrowsDemo.java:21)
	at io.github.dunwu.javacore.exception.ThrowsDemo.main(ThrowsDemo.java:30)
复制代码

throw 和 throws 的区别：

  • throws 使用在函数上，throw 使用在函数内。
  • throws 后面跟异常类，可以跟多个，用逗号区别；throw 后面跟的是异常对象。

捕获异常

**使用 try 和 catch 关键字可以捕获异常。**try catch 代码块放在异常可能发生的地方。

它的语法形式如下：

try {
    // 可能会发生异常的代码块
} catch (Exception e1) {
    // 捕获并处理try抛出的异常类型Exception
} catch (Exception2 e2) {
    // 捕获并处理try抛出的异常类型Exception2
} finally {
    // 无论是否发生异常，都将执行的代码块
}
复制代码

此外，JDK7 以后， catch 多种异常时，也可以像下面这样简化代码： 

try {
    // 可能会发生异常的代码块
} catch (Exception | Exception2 e) {
    // 捕获并处理try抛出的异常类型
} finally {
    // 无论是否发生异常，都将执行的代码块
}
复制代码
  • try - try 语句用于监听。将要被监听的代码(可能抛出异常的代码)放在 try 语句块之内，当 try 语句块内发生异常时，异常就被抛出。
  • catch - catch 语句包含要捕获异常类型的声明。当保护代码块中发生一个异常时， try 后面的 catch 块就会被检查。
  • finally - finally 语句块总是会被执行，无论是否出现异常。 try catch 语句后不一定非要 finally 语句。 finally 常用于这样的场景：由于 finally 语句块总是会被执行，所以那些在 try 代码块中打开的，并且必须回收的物理资源(如数据库连接、网络连接和文件)，一般会放在 finally 语句块中释放资源。
  • try 、 catch 、 finally 三个代码块中的局部变量不可共享使用。
  • catch 块尝试捕获异常时，是按照 catch 块的声明顺序从上往下寻找的，一旦匹配，就不会再向下执行。因此，如果同一个 try 块下的多个 catch 异常类型有父子关系，应该将子类异常放在前面，父类异常放在后面。

示例：

public class TryCatchFinallyDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 此处产生了异常
            int temp = 10 / 0;
            System.out.println("两个数字相除的结果：" + temp);
            System.out.println("----------------------------");
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("出现异常了：" + e);
        } finally {
            System.out.println("不管是否出现异常，都执行此代码");
        }
    }
};
复制代码

运行时输出：

出现异常了：java.lang.ArithmeticException: / by zero
不管是否出现异常，都执行此代码
复制代码

异常链

异常链是以一个异常对象为参数构造新的异常对象，新的异常对象将包含先前异常的信息。

通过使用异常链，我们可以提高代码的可理解性、系统的可维护性和友好性。

我们有两种方式处理异常，一是 throws 抛出交给上级处理，二是 try…catch 做具体处理。try…catch 的 catch 块我们可以不需要做任何处理，仅仅只用 throw 这个关键字将我们封装异常信息主动抛出来。然后在通过关键字 throws 继续抛出该方法异常。它的上层也可以做这样的处理，以此类推就会产生一条由异常构成的异常链。

示例：

public class ExceptionChainDemo {
    static class MyException1 extends Exception {
        public MyException1(String message) {
            super(message);
        }
    }

    static class MyException2 extends Exception {
        public MyException2(String message, Throwable cause) {
            super(message, cause);
        }
    }

    public static void f1() throws MyException1 {
        throw new MyException1("出现 MyException1");
    }

    public static void f2() throws MyException2 {
        try {
            f1();
        } catch (MyException1 e) {
            throw new MyException2("出现 MyException2", e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws MyException2 {
        f2();
    }
}
复制代码

输出：

Exception in thread "main" io.github.dunwu.javacore.exception.ExceptionChainDemo$MyException2: 出现 MyException2
	at io.github.dunwu.javacore.exception.ExceptionChainDemo.f2(ExceptionChainDemo.java:29)
	at io.github.dunwu.javacore.exception.ExceptionChainDemo.main(ExceptionChainDemo.java:34)
Caused by: io.github.dunwu.javacore.exception.ExceptionChainDemo$MyException1: 出现 MyException1
	at io.github.dunwu.javacore.exception.ExceptionChainDemo.f1(ExceptionChainDemo.java:22)
	at io.github.dunwu.javacore.exception.ExceptionChainDemo.f2(ExceptionChainDemo.java:27)
	... 1 more
复制代码

扩展阅读：https://juejin.im/post/5b6d61e55188251b38129f9a#heading-10

这篇文章中对于异常链讲解比较详细。

异常注意事项

finally 覆盖异常

Java 异常处理中 finally 中的 return 会覆盖 catch 代码块中的 return 语句和 throw 语句，所以 Java 不建议在 finally 中使用 return 语句 。

此外 finally 中的 throw 语句也会覆盖 catch 代码块中的 return 语句和 throw 语句。

示例：

public class FinallyOverrideExceptionDemo {
    static void f() throws Exception {
        try {
            throw new Exception("A");
        } catch (Exception e) {
            throw new Exception("B");
        } finally {
            throw new Exception("C");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            f();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}
复制代码

输出：C

覆盖抛出异常的方法

当子类重写父类带有 throws 声明的函数时，其 throws 声明的异常必须在父类异常的可控范围内——用于处理父类的 throws 方法的异常处理器，必须也适用于子类的这个带 throws 方法 。这是为了支持多态。

示例：

public class ExceptionOverrideDemo {
    static class Father {
        public void start() throws IOException {
            throw new IOException();
        }
    }

    static class Son extends Father {
        @Override
        public void start() throws SQLException {
            throw new SQLException();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Father obj1 = new Father();
        Father obj2 = new Son();
        try {
            obj1.start();
            obj2.start();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
复制代码

上面的示例编译时会报错，原因在于：

因为 Son 类抛出异常的实质是 SQLException ，而 IOException 无法处理它。那么这里的 try catch 就不能处理 Son 中的异常了。多态就不能实现了。

异常和线程

如果 Java 程序只有一个线程，那么没有被任何代码处理的异常会导致程序终止。如果 Java 程序是多线程的，那么没有被任何代码处理的异常仅仅会导致异常所在的线程结束。

最佳实践

  • 对可恢复的情况使用检查性异常（Exception），对编程错误使用运行时异常（RuntimeException）
  • 优先使用 Java 标准的异常
  • 抛出与抽象相对应的异常
  • 在细节消息中包含能捕获失败的信息
  • 尽可能减少 try 代码块的大小
  • 尽量缩小异常范围。例如，如果明知尝试捕获的是一个 ArithmeticException ，就应该 catch ArithmeticException ，而不是 catch 范围较大的 RuntimeException ，甚至是 Exception 。
  • 尽量不要在 finally 块抛出异常或者返回值
  • 不要忽略异常，一旦捕获异常，就应该处理，而非丢弃
  • 异常处理效率很低，所以不要用异常进行业务逻辑处理
  • 各类异常必须要有单独的日志记录，将异常分级，分类管理，因为有的时候仅仅想给第三方运维看到逻辑异常，而不是更细节的信息。
  • 如何对异常进行分类
    • 逻辑异常，这类异常用于描述业务无法按照预期的情况处理下去，属于用户制造的意外。
    • 代码错误，这类异常用于描述开发的代码错误，例如 NPE，ILLARG，都属于程序员制造的 BUG。
    • 专有异常，多用于特定业务场景，用于描述指定作业出现意外情况无法预先处理。

扩展阅读：

  • Effective java 中文版 之 第九章 异常
  • 优雅的处理你的 Java 异常

小结

深入理解 Java 异常

（1）Throwable 是 Java 语言中所有错误（Error）和异常（Exception）的超类。

（2） Error 是 Throwable 的一个子类。** Error 表示合理的应用程序不应该尝试捕获的严重问题。**大多数此类错误都是异常情况。 编译器不会检查 Error 。

（3） Exception 是 Throwable 的一个子类。** Exception 表示合理的应用程序可能想要捕获的条件。编译器会检查 Exception 异常。**此类异常，要么通过 throws 进行声明抛出，要么通过 try catch 进行捕获处理，否则不能通过编译。

（4） RuntimeException 是 Exception 的一个子类。 RuntimeException 是那些可能在 Java 虚拟机正常运行期间抛出的异常的超类。**编译器不会检查 RuntimeException 异常。**当程序中可能出现这类异常时，倘若既没有通过 throws 声明抛出它，也没有用 try catch 语句捕获它，程序还是会编译通过。

（5）自定义一个异常类，只需要继承 Exception 或 RuntimeException 即可。

（6）如果想在程序中明确地引发异常，则需要用到 throw 和 throws 。

（7）使用 try 和 catch 关键字可以捕获异常。

  • try - try 语句用于监听。将要被监听的代码(可能抛出异常的代码)放在 try 语句块之内，当 try 语句块内发生异常时，异常就被抛出。
  • catch - catch 语句包含要捕获异常类型的声明。当保护代码块中发生一个异常时， try 后面的 catch 块就会被检查。
  • finally - finally 语句块总是会被执行，无论是否出现异常。 try catch 语句后不一定非要 finally 语句。 finally 常用于这样的场景：由于 finally 语句块总是会被执行，所以那些在 try 代码块中打开的，并且必须回收的物理资源(如数据库连接、网络连接和文件)，一般会放在 finally 语句块中释放资源。
  • try 、 catch 、 finally 三个代码块中的局部变量不可共享使用。
  • catch 块尝试捕获异常时，是按照 catch 块的声明顺序从上往下寻找的，一旦匹配，就不会再向下执行。因此，如果同一个 try 块下的多个 catch 异常类型有父子关系，应该将子类异常放在前面，父类异常放在后面。

语法示例：

try {
    // 可能会发生异常的代码块
} catch (Exception | Exception2 e) {
    // 捕获并处理try抛出的异常类型
} finally {
    // 无论是否发生异常，都将执行的代码块
}
复制代码

参考资料

  • Java 编程思想
  • JAVA 核心技术（卷 1）
  • Effective java 中文版 之 第九章 异常
  • 优雅的处理你的 Java 异常
  • https://juejin.im/post/5b6d61e55188251b38129f9a#heading-17
  • https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3544168.html
  • http://www.importnew.com/26613.html
原文  https://juejin.im/post/5c863f48e51d45192c4a701f
正文到此结束
所属分类： 编程技术 Java

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