Java 异常处理

在 Java 中，异常处理是一种重要的编程概念，用于处理程序执行过程中可能出现的错误或异常情况。

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。

要理解 Java 异常处理是如何工作的，你需要掌握以下三种类型的异常：

• 检查性异常：最具代表的检查性异常是用户错误或问题引起的异常，这些异常在编译时强制要求程序员处理。例如要打开一个不存在文件时，一个异常就发生了，这些异常在编译时不能被简单地忽略。

  这类异常通常使用 try-catch 块来捕获并处理异常，或者在方法声明中使用 throws 子句声明方法可能抛出的异常。

  try {
      // 可能会抛出异常的代码
  } catch (IOException e) {
      // 处理异常的代码
  }

  或者：

  public void readFile() throws IOException {
      // 可能会抛出IOException的代码
  }

• 运行时异常： 这些异常在编译时不强制要求处理，通常是由程序中的错误引起的，例如 NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException 等，这类异常可以选择处理，但并非强制要求。

  try {
      // 可能会抛出异常的代码
  } catch (NullPointerException e) {
      // 处理异常的代码
  }

• 错误： 错误不是异常，而是脱离程序员控制的问题，错误在代码中通常被忽略。例如，当栈溢出时，一个错误就发生了，它们在编译也检查不到的。

Java 提供了以下关键字和类来支持异常处理：

• try：用于包裹可能会抛出异常的代码块。
• catch：用于捕获异常并处理异常的代码块。
• finally：用于包含无论是否发生异常都需要执行的代码块。
• throw：用于手动抛出异常。
• throws：用于在方法声明中指定方法可能抛出的异常。
• Exception类：是所有异常类的父类，它提供了一些方法来获取异常信息，如 getMessage()、printStackTrace() 等。

Exception 类的层次

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。

在 Java 内置类中(接下来会说明)，有大部分常用检查性和非检查性异常。

Java 内置异常类

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。

异常方法

下面的列表是 Throwable 类的主要方法:

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。

try/catch代码块中的代码称为保护代码，使用 try/catch 的语法如下：

try
{
   // 程序代码
}catch(ExceptionName e1)
{
   //Catch 块
}

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。

如果发生的异常包含在 catch 块中，异常会被传递到该 catch 块，这和传递一个参数的方法是一样。

实例

下面的例子中声明有两个元素的一个数组，当代码试图访问数组的第四个元素的时候就会抛出一个异常。

以上代码编译运行输出结果如下：

Exception thrown  :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
Out of the block

多重捕获块

一个 try 代码块后面跟随多个 catch 代码块的情况就叫多重捕获。

多重捕获块的语法如下所示：

上面的代码段包含了 3 个 catch块。

可以在 try 语句后面添加任意数量的 catch 块。

如果保护代码中发生异常，异常被抛给第一个 catch 块。

如果抛出异常的数据类型与 ExceptionType1 匹配，它在这里就会被捕获。

如果不匹配，它会被传递给第二个 catch 块。

如此，直到异常被捕获或者通过所有的 catch 块。

实例

该实例展示了怎么使用多重 try/catch。

throws/throw 关键字

在Java中， throw 和 throws 关键字是用于处理异常的。

throw 关键字用于在代码中抛出异常，而 throws 关键字用于在方法声明中指定可能会抛出的异常类型。

throw 关键字

throw 关键字用于在当前方法中抛出一个异常。

通常情况下，当代码执行到某个条件下无法继续正常执行时，可以使用 throw 关键字抛出异常，以告知调用者当前代码的执行状态。

例如，下面的代码中，在方法中判断 num 是否小于 0，如果是，则抛出一个 IllegalArgumentException 异常。

throws 关键字

throws 关键字用于在方法声明中指定该方法可能抛出的异常。当方法内部抛出指定类型的异常时，该异常会被传递给调用该方法的代码，并在该代码中处理异常。

例如，下面的代码中，当 readFile 方法内部发生 IOException 异常时，会将该异常传递给调用该方法的代码。在调用该方法的代码中，必须捕获或声明处理 IOException 异常。

一个方法可以声明抛出多个异常，多个异常之间用逗号隔开。

例如，下面的方法声明抛出 RemoteException 和 InsufficientFundsException：

finally关键字

finally 关键字用来创建在 try 代码块后面执行的代码块。

无论是否发生异常，finally 代码块中的代码总会被执行。

在 finally 代码块中，可以运行清理类型等收尾善后性质的语句。

finally 代码块出现在 catch 代码块最后，语法如下：

实例

以上实例编译运行结果如下：

Exception thrown  :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
First element value: 6
The finally statement is executed

注意下面事项：

• catch 不能独立于 try 存在。
• 在 try/catch 后面添加 finally 块并非强制性要求的。
• try 代码后不能既没 catch 块也没 finally 块。
• try, catch, finally 块之间不能添加任何代码。

try-with-resources

JDK7 之后，Java 新增的 try-with-resource 语法结构，旨在自动管理资源，确保资源在使用后能够及时关闭，避免资源泄露 。

try-with-resources 是一种异常处理机制，它能够自动关闭在 try 块中声明的资源，无需显式地在 finally 块中关闭。

在 try-with-resources 语句中，你只需要在 try 关键字后面声明资源，然后跟随一个代码块。无论代码块中的操作是否成功，资源都会在 try 代码块执行完毕后自动关闭。。

try (resource declaration) {
  // 使用的资源
} catch (ExceptionType e1) {
  // 异常块
}

以上的语法中 try 用于声明和实例化资源，catch 用于处理关闭资源时可能引发的所有异常。

注意：try-with-resources 语句关闭所有实现 AutoCloseable 接口的资源。

以上实例输出结果为：

IOException in try block =>test.txt (No such file or directory)

以上实例中，我们实例一个 BufferedReader 对象从 test.txt 文件中读取数据。

在 try-with-resources 语句中声明和实例化 BufferedReader 对象，执行完毕后实例资源，不需要考虑 try 语句是正常执行还是抛出异常。

如果发生异常，可以使用 catch 来处理异常。

再看下不使用 try-with-resources 而改成 finally 来关闭资源，整体代码量多了很多，而且更复杂繁琐了：

以上实例输出结果为：

Entering try block
IOException in try block =>test.txt (No such file or directory)
Entering finally block

try-with-resources 处理多个资源

try-with-resources 语句中可以声明多个资源，方法是使用分号 ; 分隔各个资源：

以上实例使用 Scanner 对象从 testRead.txt 文件中读取一行并将其写入新的 testWrite.txt 文件中。

多个声明资源时，try-with-resources 语句以相反的顺序关闭这些资源。 在本例中，PrintWriter 对象先关闭，然后 Scanner 对象关闭。

声明自定义异常

在 Java 中你可以自定义异常。编写自己的异常类时需要记住下面的几点。

• 所有异常都必须是 Throwable 的子类。
• 如果希望写一个检查性异常类，则需要继承 Exception 类。
• 如果你想写一个运行时异常类，那么需要继承 RuntimeException 类。

可以像下面这样定义自己的异常类：

只继承Exception 类来创建的异常类是检查性异常类。

下面的 InsufficientFundsException 类是用户定义的异常类，它继承自 Exception。

一个异常类和其它任何类一样，包含有变量和方法。

实例

以下实例是一个银行账户的模拟，通过银行卡的号码完成识别，可以进行存钱和取钱的操作。

为了展示如何使用我们自定义的异常类，

在下面的 CheckingAccount 类中包含一个 withdraw() 方法抛出一个 InsufficientFundsException 异常。

下面的 BankDemo 程序示范了如何调用 CheckingAccount 类的 deposit() 和 withdraw() 方法。

编译上面三个文件，并运行程序 BankDemo，得到结果如下所示：

Depositing $500...

Withdrawing $100...

Withdrawing $600...
Sorry, but you are short $200.0
InsufficientFundsException
        at CheckingAccount.withdraw(CheckingAccount.java:25)
        at BankDemo.main(BankDemo.java:13)

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。

异常处理的最佳实践

• 在合适的位置捕获异常，并对异常进行适当的处理，以确保程序的稳定性和可靠性。
• 避免过度捕获异常，应该尽量精确捕获特定类型的异常。
• 使用finally块来释放资源，例如关闭文件或数据库连接等，以确保资源的正确释放。
• 优先处理受检异常，避免将受检异常转换为非受检异常。

异常处理是编写健壮的 Java 应用程序的重要组成部分，合理地处理异常可以提高程序的可维护性和可靠性。