浅析Java异常处理


前言:

异常是运行时在代码序列中引起的非正常状态。在不支持异常处理的计算机语言中,必须手动检查和处理错误,Java语言则采用面向对象的方式管理运行时错误

一、基础知识

Java异常是用来描述在一段代码中发生的异常情况的对象。当出现引起异常的情况时,就会创建用来表示异常的对象,并在引起异常的方法中抛出异常对象。方法可以选择自己处理异常或者传递异常交由其他方法来处理

Java异常处理通过五个关键字进行管理:try、catch、throw、throws、finally

在try代码快中封装可能发生异常的程序语句,对这些语句进行监视。如果在try代码块中发生异常,就会将异常抛出。代码使用catch来捕获异常,并可以定义一些方法来处理异常。系统生成的异常由Java运行时系统自动抛出。为了手动抛出异常,需要使用throw关键字。从方法中抛出的任何异常都必须通过一条throws子句进行指定。在try代码块结束之后必须执行的所有代码则需要放在finally代码块中

二、异常类型

所有异常类型都是内置类Throwable的子类,Throwable的两个子类将异常分为两个不同的分支。一个分支是Exception类,这个类既可以用于用户程序当前捕获的异常情况,也可以用于创建自定义异常类型的子类。另一个分支是Error类,该类定义了在常规环境下不希望由程序捕获的异常。Error类型的异常由Java运行时系统使用,以指示运行时系统本身发生了某些错误

三、未捕获的异常

public class Demo {

    public static void main(String[] args) {
        int a=2/0;
    }

}

生成的异常信息:

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at Demo.main(Demo.java:4)

抛出的异常的类型是Exception的子类ArithmeticException,即算术异常,更具体地描述了发生的错误类型。Java提供了一些能与可能产生的各种运行时错误相匹配的内置异常类型

四、使用try和catch

进行主动的异常处理有两个优点:第一,语序允许修复错误;第二,阻止程序自动终止

为了主动处理运行时错误,可以在try代码块中封装希望监视的代码,之后通过catch子句指定希望捕获的异常类型。 例如,参照如下代码:

  public static void main(String[] args) {
        try{
            int a=10/0;
            System.out.println("输出语句1");
        }catch(ArithmeticException e){
            System.out.println("输出语句2");
        }
        System.out.println("输出语句3");
    }

输出结果是:

  输出语句2 
  输出语句3

代码在进行除零操作时发生了异常,此时“输出语句1”将无法得到被调用的机会。一旦抛出异常,程序控制就会从try代码块中转移出来,进入catch代码块中。执行了catch语句后,就会继续运行整个try/catch代码块的下一行

五、多条catch子句

在有些情况下,一个代码块可能会引发多个异常。对于这种情况,需要指定两条或多条catch子句,用于捕获不同类型的异常。当抛出异常时,按顺序检查每条catch语句,执行类型和异常相匹配的第一条catch子句,忽略其他catch子句,并继续执行try/catch代码块后面的代码

需要注意的是,异常子类必须位于异常超类之前,因为使用了某个超类的catch语句会捕获这个超类及其所有子类的异常。因此,如果子类位于超类之后的话,永远也不会到达子类。不可到达的代码会被编译器提示错误

参照如下代码,通过Math的静态方法random来随机产生0和1两个随机数,生成的不同数值就会引发不同的异常,分别由不同的catch子句进行处理

    public static void main(String[] args) {    
        int random=(int) Math.round(Math.random());
        try{
            int a=10/random;
            int[] array={10};
            array[random]=1;
        }catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("ArithmeticException");
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            System.out.println("ArrayIndexOutOfBoundsException");
        }
        System.out.println("代码块结束");
    }

此外,也可以通过多重捕获的方式来使用相同的catch子句捕获两个或更多个异常。在catch子句中使用或运算符(|)分隔每个异常,每个多重捕获参数都被隐式地声明为final类型

   public static void main(String[] args) {    
        int random=(int) Math.round(Math.random());
        try{
            int a=10/random;
            int[] array={10};
            array[random]=1;
        }catch(ArithmeticException | ArrayIndexOutOfBoundsException e){
            System.out.println("两个异常之一");
        }
    }

六、throw

在之前的例子中,捕获的异常都是由Java运行时系统抛出的异常,可以通过throw语句显式地抛出异常

throw的一般形式为:throw ThrowableInstance

ThrowableInstance必须是Throwable或其子类类型的对象。throw语句之后的执行流程会立即停止,所有的后续语句都不会执行,然后按顺序依次检查所有的catch语句,检查是否和异常类型相匹配。如果没有找到匹配的catch语句,那么默认的异常处理程序会终止程序并输出堆栈踪迹

例如,运行以下代码,将得到输出结果:“NullPointerException”

public class Demo {

    public static void demo(){
        throw new NullPointerException("NullPointer");
    }

    public static void main(String[] args) {
        try{
            demo();
        }catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("NullPointerException");
        }

    }

}

但如果catch子句的异常与throw抛出的异常类型不匹配时,异常将由Java默认的异常处理程序来处理

例如,运行以下代码:

public class Demo {

    public static void demo(){
        throw new NullPointerException("NullPointer");
    }

    public static void main(String[] args) {
        try{
            demo();
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            System.out.println("ArrayIndexOutOfBoundsException");
        }

    }

}

运行结果是:

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: NullPointer
    at Demo.demo(Demo.java:4)
    at Demo.main(Demo.java:9)

七、throws

如果方法可能引发自身不进行处理的异常,就必须通过throws关键字来向方法的调用者指明要抛出的异常类型。 方法可能抛出的所有异常都必须在throws子句中进行声明,否则将产生编译时错误

例如,参照以下代码,该程序试图抛出无法匹配的异常,因为程序没有指定throws子句来声明这一事实,所以程序无法编译

public class Demo {

    public static void demo(){
        throw new IllegalAccessException("IllegalAccess");
    }

    public static void main(String[] args) {
            demo();
    }

}

为了使代码能够运行,需要将之进行如下修改

public class Demo {

    public static void demo() throws IllegalAccessException{
        throw new IllegalAccessException("IllegalAccess");
    }

    public static void main(String[] args) {
            try {
                demo();
            } catch (IllegalAccessException e) {
                System.out.println(e.getMessage());
            }
    }

}

八、finally

当抛出异常后,方法的执行流程将不会按照原先的顺序进行,这对于某些方法来说是个问题。例如,如果在方法中打开了一个文件,我们并不希望因为抛出了异常导致关闭文件的代码被跳过而不执行。finally关键字就是来解决这种情况的。 使用finally可以创建一个代码块,该代码块会在执行try/catch代码块之后执行,且在执行try/catch代码块后面的代码之前执行。不管是否有异常抛出,都将执行finally代码块

只要方法从try/catch代码块内部返回到调用者,不管是通过未捕获的异常还是使用显式的返回语句,都会在方法返回之前执行finally子句

例如,如下的输出结果将是:2

public class Demo {

    public static int demo(){
        try{
            int a=10/0;
            System.out.println(a);
        }catch(Exception e){
            return 1;
        }finally {
            return 2;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(demo());
    }

}

九、链式异常

链式异常用于为异常关联另一个异常,第二个异常用于描述当前异常产生的原因。例如,某个方法从文件读取数值来作为除法运算的除数,由于发生了I/O错误导致获取到的数值是0,从而导致了ArithmeticException异常

如果想要让代码调用者知道背后的原因是I/O错误,使用链式异常就可以来处理这种情况以及其他存在多层异常的情况

为了使用链式异常,Throwable有两个构造函数和两个方法用于处理这种情况

两个构造函数:

    Throwable(Throwable cause)

    Throwable(String message, Throwable cause)

cause即是用于指定引发当前异常的背后原因,message则可以用于同时指定异常描述

两个方法:

    Throwable getCause()

    Throwable initCause(Throwable cause)

getCause() 方法用来返回引发当前异常的异常,如果不存在背后异常则返回null

initCause(Throwable cause) 方法将cause和明面上的异常关联到一起,并返回对异常的引用。因此可以在创建异常之后将异常和背后异常关联到一起。但是,背后异常只能设置一次,即initCause(Throwable cause) 方法只能调用一次。此外,如果通过构造函数设置了背后异常,也不能再使用该方法来设置背后异常了

例如,参照如下代码:

public class Demo {

    public static void demo(){
        NullPointerException nullPointerException=new NullPointerException("nullPointer");
        nullPointerException.initCause(new ArithmeticException("Arithmetic"));
        throw nullPointerException;
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            demo();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
            System.out.println(e.getCause().getMessage());
        }
    }

}

运行结果是:

    nullPointer
    Arithmetic

链式异常可以包含所需要的任意深度,但是,过长的异常链可能是一种不良的设计

十、实战演练

1). 下面的程序有什么问题?

public class TestException1 {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            testExceptions();
        } catch (FileNotFoundException | IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void testExceptions() throws IOException, FileNotFoundException{

    }
}

上面的程序无法编译,并且您会收到错误消息,“The exception FileNotFoundException is already caught by the alternative IOException”。这是因为 FileNotFoundException 是 IOException 的子类,有两种方法可以解决此问题。

第一种方法是对两个异常都使用单个 catch 块。

try {
    testExceptions();
}catch(FileNotFoundException e){
    e.printStackTrace();
}catch (IOException  e) {
    e.printStackTrace();
}

另一种方法是从多捕获块中删除 FileNotFoundException。

try {
    testExceptions();
}catch (IOException  e) {
    e.printStackTrace();
}

2). 下面的程序有什么问题?

public class TestException2 {

    public static void main(String[] args) {
            try {
                go();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (FileNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (JAXBException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    }

    public static void go() throws IOException, JAXBException, FileNotFoundException{

    }
}

该程序将编译错误,因为 FileNotFoundException 是 IOException 的子类,因此 FileNotFoundException 的 catch 块不可访问,并且您将收到错误消息 “ Unreachable catch block for FileNotFoundException. It is already handled by the catch block for IOException”。

您需要修复 catch 块顺序才能解决此问题。

try {
    go();
} catch (FileNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (JAXBException e) {
    e.printStackTrace();
}

请注意,JAXBException 与 IOException 或 FileNotFoundException 不相关,可以放置在以上 catch 块层次结构中的任何位置。


3). 下面的程序有什么问题?

public class TestException3 {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            foo();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }catch(JAXBException e){
            e.printStackTrace();
        }catch(NullPointerException e){
            e.printStackTrace();
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void foo() throws IOException{

    }
}

该程序将无法编译,因为 JAXBException 是一个已检查的异常,并且 foo()方法应抛出此异常以捕获调用方法。您将收到错误消息 “ JAXBException 无法访问的捕获块。不会从 try 语句主体中引发此异常。

要解决此问题,您将必须删除 JAXBException 的 catch 块。

注意,捕获 NullPointerException 是有效的,因为它是未经检查的异常。


4). 下面的程序有什么问题?

public class TestException4 {

    public void start() throws IOException{     
    }

    public void foo() throws NullPointerException{

    }
    }

    class TestException5 extends TestException4{

    public void start() throws Exception{
    }

    public void foo() throws RuntimeException{

    }
}

上面的程序无法编译,因为子类中的start()方法签名不同。要解决此问题,我们可以将子类中的方法特性更改为与超类完全相同,也可以从子类方法中删除throws子句,如下所示。

@Override
public void start(){
}

5). 下面的程序有什么问题?

public class TestException5 {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            foo();
        } catch (IOException | JAXBException e) {
            e = new Exception("");
            e.printStackTrace();
        }catch(Exception e){
            e = new Exception("");
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void foo() throws IOException, JAXBException{

    }
}

上面的程序无法编译,因为多捕获块中的异常对象是最终对象,我们无法更改其值。由于“无法分配多捕获块的参数e”,将导致编译时错误。

我们必须删除对新异常对象的“ e”分配以解决此错误。将多捕获块改为单个捕获块,并将new Exception("")改为类型相匹配的Exception。


文章作者: jackey
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