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21天学会Java之(Java SE第七篇):异常Exception

异常指程序运行过程中出现的非正常现象。这个错误可能是由于文件包含错误信息，或者网络连接出现问题造成的，也有可能是用户输入错误、除数为零、需要处理的文件不存在、数组下标越界等。用户期望在出现错误时，程序能够采取合理的行为。如果由于出现错误而使得某些操作没有完成，这就需要分析一下异常机制是如何工作的了。

Java是采用面向对象的方式来处理异常的，处理过程：

抛出异常：在执行一个方法时，如果发生异常，则这个方法生成代表该异常的一个对象，停止当前执行路径，并把异常对象提交给JRE。
捕获异常：JRE得到该异常后，寻找相应的代码来处理该异常。JRE在方法的调用栈中查找，从生成异常的方法开始回溯，直到找到相应的异常处理代码为止。

异常的分类

在Java中，异常对象都是派生于Throwable类的一个类的实例。所有的异常都是有Throwable继承而来，但在下一层中立即分解为两个分支：Error和Exception，Java中的异常层次结构图如下：

Exception

在Java中，我们仅需要重点关注Exception层次结构，这层次结构又分解为两个分支：一个分支派生于RuntimeException；另外一个分支包含了其他的异常。一般由编程错误导致的异常属于RuntimeException；如果编程本身没有问题，但由于像I/O错误这类问题导致的异常属于其他异常。

RuntimeException

如果出现了RuntimeException异常，那么这一定就是你的问题了。而RuntimeException属于非检查型异常，因此由系统自动检测并将它们交给缺省的异常处理程序(用户可不必对其处理) 。这类异常通常是由编程错误导致的，所以在编写程序时，并不要求必须使用异常处理机制来处理这类异常,经常需要通过增加“逻辑处理来避免这些异常”。

派生于RuntimeException的异常包括以下问题：

错误的强制类型转换
数组访问越界
访问null指针

注意事项

在方法抛出异常之后，运行时系统将转为寻找合适的异常处理器(exception handler)，潜在的异常处理器是异常发生时依次存留在调用栈中的方法的集合，当异常处理器所能处理的异常类型与方法抛出的异常类型相符时，即为合适的异常处理器。
运行时系统从发生异常的方法开始，依次回查调用栈中的方法，直至找到含有合适异常处理器的方法并执行。当运行时系统遍历调用栈而未找到合适的异常处理器，则运行时系统终止。同时，意味着Java程序的终止。

Exception

所有不是RuntimeException的异常，统称检查型异常，如IOException、SQLException等以及用户自定义的Exception异常。 这类异常在编译时就必须做出处理，否则无法通过编译 。异常的处理方式有两种：使用“try/catch”捕获异常、使用“throws”声明异常。

异常的处理方式之一：“try/catch”捕获异常

捕获异常是通过3个关键词来实现的：try-catch-finally，捕获异常的代码如下：

try{
    语句1;
    语句2;
}catch(ExceptionType e){
    捕获到异常运行的语句;
}catch(ExceptionType e){
    捕获到异常运行的语句;
}finally{
    最后运行的语句;//finally不一定需要写
    //但是finally存在的话不管异常是否被捕获到，finally语句块中的语句都会被执行
}
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try

try语句指定了一段代码，该段代码就是异常捕获并处理的范围。在执行过程中，当任意一条语句产生异常时，就会跳过该条语句中后面的代码。代码中可能会产生并抛出一种或几种类型的异常对象，它后面的catch语句要分别对这些异常做相应的处理，一个try语句必须带有至少一个catch语句块或一个finally语句块。

注意事项：当异常处理的代码执行结束以后，不会回到try语句去执行尚未执行的代码。

catch

每个try语句块可以伴随一个或多个catch语句，用于处理可能产生的不同类型的异常对象。

常用方法，这些方法均继承自Throwable类。

toString ()方法，显示异常的类名和产生异常的原因

getMessage()方法，只显示产生异常的原因，但不显示类名。

printStackTrace()方法，用来跟踪异常事件发生时堆栈的内容。

catch捕获异常时的捕获顺序：如果异常类之间有继承关系，在顺序安排上需注意。越是顶层的类，越放在下面，再不然就直接把多余的catch省略掉。也就是先捕获子类异常再捕获父类异常。

finally

有些语句，不管是否发生了异常，都必须要执行，那么就可以把这样的语句放到finally语句块中。

通常在finally中关闭程序块已打开的资源，比如：关闭文件流、释放数据库连接等。

try-catch-finally语句块的执行过程

程序首先执行可能发生异常的try语句块。如果try语句没有出现异常则执行完后跳至finally语句块执行；如果try语句出现异常，则中断执行并根据发生的异常类型跳至相应的catch语句块执行处理。catch语句块可以有多个，分别捕获不同类型的异常。catch语句块执行完后程序会继续执行finally语句块。finally语句是可选的，如果有的话，则不管是否发生异常，finally语句都会被执行。

注意事项

即使try和catch块中存在return语句，finally语句也会执行。是在执行完finally语句后再通过return退出。
finally语句块只有一种情况是不会执行的，那就是在执行finally之前遇到了System.exit(0)结束程序运行。

异常的处理方式之二：“throws”声明异常

当CheckedException产生时，不一定立刻处理它，可以再把异常throws出去。

在方法中使用try-catch-finally是由这个方法来处理异常。但是在一些情况下，当前方法并不需要处理发生的异常，而是向上传递给调用它的方法处理。

如果一个方法中可能产生某种异常，但是并不能确定如何处理这种异常，则应根据异常规范在方法的首部声明该方法可能抛出的异常。

如果一个方法抛出多个已检查异常，就必须在方法的首部列出所有的异常，之间以逗号隔开。

注意事项：方法重写中声明异常原则：子类重写父类方法时，如果父类方法有声明异常，那么子类声明的异常范围不能超过父类声明的范围。

自定义异常

在程序中，可能会遇到JDK提供的任何标准异常类都无法描述清楚的问题。这种情况下，我们就需要创建一个派生于Exception的类，或派生于Exception的某个子类，如IOException；如果我们不想处理也可以让自定义异常类继承运行时异常RuntimeException类。

一般自定义的这个类应该包含两个构造器，一个是默认的构造器，另外一个是包含详细描述信息的构造器。

在自定义异常类后，我们就可以使用捕获异常或者声明异常的方法处理我们代码中的异常了。

使用异常机制的建议

要避免使用异常处理代替错误处理，这样会降低程序的清晰性，并且效率低下。
处理异常不可以代替简单测试，只在异常情况下使用异常机制。
不要进行小粒度的异常处理，应该将整个任务包装在一个try语句块中。
异常往往在高层处理。

Error

Error是程序无法处理的错误，表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的操作无关，而表示代码运行时 JVM(Java 虚拟机)出现的问题。例如，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。Error表明系统JVM已经处于不可恢复的崩溃状态中，所以我们不需要管它。

下图是java.lang包下的Error类（图为jdk1.8的API文档）