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【JavaSE】----- 认识异常

网友: 文档中心 2022-04-02 10:24:46

目录

一、异常的背景

🍓初识异常

🍓防御式编程

🍓异常的好处

二、异常的基本用法

🍓捕获异常

🍓异常的处理

🍓异常的处理流程：

🍓抛出异常

🍓异常说明

🍓关于 finally 的注意事项

三、Java的异常体系

四、自定义异常类

五、关于异常的练习

一、异常的背景

🍓初识异常

（1）除以0

（2）访问null对象

（3）数组下标越界

  • 所谓异常指的就是程序在运行时 出现错误时通知调用者的一种机制。
  • 编译时错误：例如将 System.out.println 拼写错了, 写成了 system.out.println. 此时编译过程中就会出错, 这是 "编译期" 出错；
  • 运行时错误：是指程序已经编译通过得到 class 文件了, 再由 JVM 执行过程中出现的错误。
  • 异常的种类有很多, 不同种类的异常具有不同的含义, 也有不同的处理方式。

🍓防御式编程

错误在代码中是客观存在的. 因此我们要让程序出现问题的时候及时通知程序猿.

⭐通知方式主要有两种：

  1. LBYL: Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查。
  2. EAFP: It's Easier to Ask Forgiveness than Permission. "事后获取原谅比事前获取许可更容易". 也就是先操作, 遇到问题再处理。

异常的核心思想就是 EAFP。

🍓异常的好处

🌊代码示例：使用伪代码演示进入游戏的过程.

  • LBYL 风格的代码(不使用异常)
boolean ret = false;ret = 登陆游戏();if (!ret) {处理登陆游戏错误;return;}ret = 开始匹配();if (!ret) {处理匹配错误;return;}ret = 游戏确认();if (!ret) {处理游戏确认错误;return;}ret = 选择英雄();if (!ret) {处理选择英雄错误;return;}ret = 载入游戏画面();if (!ret) {处理载入游戏错误;return;}......
  • EAFP 风格的代码(使用异常)
try {登陆游戏();开始匹配();游戏确认();选择英雄();载入游戏画面();...} catch (登陆游戏异常) {处理登陆游戏异常;} catch (开始匹配异常) {处理开始匹配异常;} catch (游戏确认异常) {处理游戏确认异常;} catch (选择英雄异常) {处理选择英雄异常;} catch (载入游戏画面异常) {处理载入游戏画面异常;}......

对比两种不同风格的代码, 可以发现：

  • 第一种方式（不使用异常）：正常流程和错误处理流程代码混在一起, 代码整体显的比较混乱.
  • 第二种方式（使用异常）：正常流程和错误流程是分离开的, 更容易理解代码。

二、异常的基本用法

🍓捕获异常

基本用法：

try{有可能出现异常的语句 ;}[catch (异常类型 异常对象) {} ... ][finally {异常的出口}]
  • try 代码块中放的是可能出现异常的代码。
  • catch 代码块中放的是出现异常后的处理行为。
  • finally 代码块中的代码用于处理善后工作, 会在最后执行。
  • 其中 finally 可以根据情况选择加或者不加。

🌊代码示例：不处理异常

public class TestDemo {    public static void main(String[] args) { int[] arr = {1, 2, 3}; System.out.println("before"); System.out.println(arr[100]); System.out.println("after");    }}//运行结果 （数组越界异常）beforeException in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100at TestDemo.main(TestDemo.java:13)
  • 一旦出现异常, 程序就终止，第二个输出语句（输出"after"）没有正确输出

🌊代码示例：使用 try catch 后的程序执行过程

public class TestDemo {    public static void main(String[] args) { int[] arr = {1, 2, 3}; try {     System.out.println("before");     System.out.println(arr[100]);     System.out.println("after"); } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {     // 打印出现异常的调用栈     e.printStackTrace();     System.out.println("捕捉到了一个数组越界异常"); } System.out.println("after try catch");    }}//运行结果：before捕捉到了一个数组越界异常after try catchjava.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100at TestDemo.main(TestDemo.java:14)
  • 一旦 try 中出现异常, 那么 try 代码块中的程序就不会继续执行, 而是交给 catch 中的代码来执行。catch 执行完毕会继续往下执行。
  • 如果不处理异常，那么这个异常就会交给JVM处理，一旦交给了JVM处理，程序会立马终止！

🍓异常的处理

  • 异常的种类有很多, 我们要根据不同的场景来决定。
  • 对于比较严重的问题(例如和算钱相关的场景), 应该让程序直接崩溃, 防止造成更严重的后果。
  • 对于不太严重的问题(大多数场景), 可以记录错误日志, 并通过监控报警程序及时通知程序猿
  • 对于可能会恢复的问题(和网络相关的场景), 可以尝试进行重试。
  • 当前的代码中采取的是经过简化的第二种方式. 记录的错误日志是出现异常的方法调用信息, 能很快速的让我们找到出现异常的位置。

✨调用栈：e.printStackTrace();

  • 方法之间是存在相互调用关系的, 这种调用关系我们可以用 "调用栈" 来描述.
  • 在 JVM 中有一块内存空间称为 "虚拟机栈" 专门存储方法之间的调用关系.
  • 当代码中出现异常的时候, 我们就可以使用 e.printStackTrace(); 的方式查看出现异常代码的调用栈。

🌊代码示例：catch 只能处理对应种类的异常。修改代码, 让代码抛出的是空指针异常

public class TestDemo {    public static void main(String[] args) { int[] arr = {1, 2, 3}; try {     System.out.println("before");     arr = null;     System.out.println(arr[100]);     System.out.println("after"); } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {     // 打印出现异常的调用栈     e.printStackTrace();     System.out.println("捕捉到了一个数组越界异常"); } System.out.println("after try catch");    }}//运行结果：beforeException in thread "main" java.lang.NullPointerExceptionat TestDemo.main(TestDemo.java:15)
  • 此时, catch 语句不能捕获到刚才的空指针异常. 因为异常类型不匹配

🌊代码示例：catch 可以有多个

public class TestDemo {    public static void main(String[] args) { int[] arr = {1, 2, 3}; try {     System.out.println("before");     arr = null;     System.out.println(arr[100]);     System.out.println("after"); } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {     // 打印出现异常的调用栈     e.printStackTrace();     System.out.println("捕捉到了一个数组越界异常"); }catch (NullPointerException e){     e.printStackTrace();     System.out.println("捕捉到了一个空指针异常"); } System.out.println("after try catch");    }}//运行结果：before捕捉到了一个空指针异常after try catchjava.lang.NullPointerExceptionat TestDemo.main(TestDemo.java:15)
  • 一段代码可能会抛出多种不同的异常, 不同的异常有不同的处理方式. 因此可以搭配多个 catch 代码块.

🌊代码示例：如果多个异常的处理方式是完全相同, 也可以写成如下代码：

public class TestDemo {    public static void main(String[] args) {     int[] arr = {1, 2, 3};     try {  System.out.println("before");  arr = null;  System.out.println(arr[100]);  System.out.println("after");     } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException | NullPointerException e) {  // 打印出现异常的调用栈  e.printStackTrace();  System.out.println("捕捉到了一个数组越界/空指针异常");     }     System.out.println("after try catch");    }}//运行结果：before捕捉到了一个数组越界/空指针异常after try catchjava.lang.NullPointerExceptionat TestDemo.main(TestDemo.java:15)
  • 当try中发生异常后，要在对应的catch里面捕捉对应的异常。
  • 如果没有捕捉到这个异常，就会交给JVM处理，一旦交给JVM处理，程序就会里面终止。

🌊代码示例：也可以用一个 catch 捕获所有异常(不推荐使用这种写法)

public class TestDemo {    public static void main(String[] args) {     int[] arr = {1, 2, 3};     try {  System.out.println("before");  arr = null;  System.out.println(arr[100]);  System.out.println("after");     } catch (Exception e) {  // 打印出现异常的调用栈  e.printStackTrace();  System.out.println("捕捉到了一个异常");     }     System.out.println("after try catch");    }}//运行结果：before捕捉到了一个异常after try catchjava.lang.NullPointerExceptionat TestDemo.main(TestDemo.java:15)
  • 由于 Exception 类是所有异常类的父类.，因此可以用这个类型表示捕捉所有异常。
  • catch 进行类型匹配的时候, 不光会匹配相同类型的异常对象, 也会捕捉目标异常类型的子类对象。
  • catch 在捕获异常的时候，从上往下执行，最好是：子类 -> 父类。最好是捕获具体的异常类

🌊代码示例：finally 表示最后的善后工作, 例如释放资源

import java.util.InputMismatchException;import java.util.Scanner;public class TestDemo {    public static void main(String[] args) { Scanner scanner = new Scanner(System.in); try {     int n  = scanner.nextInt();     System.out.println(10/n); }catch (InputMismatchException e){     e.printStackTrace();     System.out.println("输入有误！"); }catch (ArithmeticException e){     e.printStackTrace();;     System.out.println("算术异常，可能0作为了除数"); }finally {     //用作资源关闭     scanner.close();     System.out.println("finally执行了"); }    }}//输入：0//运行结果：java.lang.ArithmeticException: / by zeroat TestDemo.main(TestDemo.java:17)算术异常，可能0作为了除数finally执行了
  • 无论是否存在异常, finally 中的代码一定都会执行到. 保证最终一定会执行到 Scanner 的 close 方法。

上面这个代码可以有一种等价写法：将 Scanner 对象在 try 的 ( ) 中创建, 就能保证在 try 执行完毕后自动调用 Scanner 的 close 方法。

🌊代码示例：

import java.util.InputMismatchException;import java.util.Scanner;public class TestDemo {    public static void main(String[] args) { try(Scanner scanner = new Scanner(System.in)) {     int n  = scanner.nextInt();     System.out.println(10/n); }catch (InputMismatchException e){     e.printStackTrace();     System.out.println("输入有误！"); }catch (ArithmeticException e){     e.printStackTrace();;     System.out.println("算术异常，可能0作为了除数"); }    }}

🌊代码示例：如果本方法中没有合适的处理异常的方式, 就会沿着调用栈向上传递

public class TestDemo {    public static void func() { int[] arr = {1, 2, 3}; System.out.println(arr[100]);    }    public static void main(String[] args) { try {     func(); } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {     e.printStackTrace(); } System.out.println("after try catch");    }}//运行结果：java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100at TestDemo.func(TestDemo.java:23)at TestDemo.main(TestDemo.java:15)after try catch

如果向上一直传递都没有合适的方法处理异常, 最终就会交给 JVM 处理, 程序就会异常终止(和最开始未使用 try catch 时是一样的）

🌊代码示例：

public class TestDemo {    public static void func() { int[] arr = {1, 2, 3};     System.out.println(arr[100]);    }    public static void main(String[] args) { func(); System.out.println("after try catch");    }}//运行结果：Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100at TestDemo.func(TestDemo.java:15)at TestDemo.main(TestDemo.java:18)
  •  代码执行结果说明：程序异常终止, 没有执行到 System.out.println("after try catch"); 这一行。

🍓异常的处理流程：

  • 程序先执行 try 中的代码
  • 如果 try 中的代码出现异常, 就会结束 try 中的代码, 看和 catch 中的异常类型是否匹配.
  • 如果找到匹配的异常类型, 就会执行 catch 中的代码
  • 如果没有找到匹配的异常类型, 就会将异常向上传递到上层调用者.
  • 无论是否找到匹配的异常类型, finally 中的代码都会被执行到(在该方法结束之前执行).
  • 如果上层调用者也没有处理的了异常, 就继续向上传递.

  • 一直到 main 方法也没有合适的代码处理异常, 就会交给 JVM 来进行处理, 此时程序就会异常终止.

🍓抛出异常

  • 除了 Java 内置的类会抛出一些异常之外,也可以使用 throw 关键字手动抛出某个异常.

🌊代码示例： 

public class TestDemo {    public static void main(String[] args) { System.out.println(divide(10, 0));    }    public static int divide(int x, int y) { if (y == 0) {     throw new ArithmeticException("抛出除 0 异常"); } return x / y;    }}//运行结果：Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: 抛出除 0 异常at TestDemo.divide(TestDemo.java:18)at TestDemo.main(TestDemo.java:14)
  • 在这个代码中, 可以根据实际情况来抛出需要的异常.
  • 在构造异常对象同时可以指定一些描述性信息

🍓异常说明

  • 在处理异常的时候, 通常希望知道这段代码中究竟会出现哪些可能的异常.
  • 可以使用 throws 关键字, 把可能抛出的异常显式的标注在方法定义的位置. 从而提醒调用者要注意捕获这些异常

🌊代码示例：

    public static int divide(int x, int y) throws ArithmeticException{ if (y == 0) {     throw new ArithmeticException("抛出除 0 异常"); } return x / y;    }

🍓关于 finally 的注意事项

  • finally 中的代码保证一定会被执行到，也会带来一些麻烦

🌊代码示例：

public class TestDemo {    public static int func(){ int a = 10; try {     return a; }catch (ArithmeticException e){     e.printStackTrace(); }finally {     return 20; }    }    public static void main(String[] args) { System.out.println(func());    }}//运行结果：20

⭐代码运行结果说明:

  • finally 执行的时机是在方法返回之前(try 或者 catch 中如果有 return 会在这个 return 之前执行 finally).
  • 但是如果finally 中也存在 return 语句, 那么就会执行 finally 中的 return, 从而不会执行到 try 中原有的 return.
  • 一般不建议在 finally 中写 return (会被编译器当做一个警告)

三、Java的异常体系

  • Java 内置了丰富的异常体系, 用来表示不同情况下的异常 

⭐说明：

  • 顶层类 Throwable 派生出两个重要的子类, Error 和 Exception
  • 其中 Error 指的是 Java 运行时内部错误和资源耗尽错误. 应用程序不抛出此类异常. 这种内部错误一旦出现，
  • 除了告知用户并使程序终止之外, 再无能无力. 这种情况很少出现.
  • Exception 是我们程序猿所使用的异常类的父类.
  • 其中 Exception 有一个子类称为 RuntimeException , 这里面又派生出很多我们常见的异常类
  • NullPointerException , IndexOutOfBoundsException 等

  • Java语言规范将派生于 Error 类或 RuntimeException 类的所有异常称为 非受查异常(运行时异常), 所有的其他异常称为 受查异常。
  • 如果一段代码可能抛出 受查异常, 那么必须显式进行处理。

🌊代码示例：

public class TestDemo {    public static void main(String[] args) { System.out.println(readFile());    }    public static String readFile() { // 尝试打开文件, 并读其中的一行. File file = new File("d:/test.txt"); // 使用文件对象构造 Scanner 对象. Scanner sc = new Scanner(file); return sc.nextLine();    }}//编译错误：Error:(13, 22) java: 未报告的异常错误java.io.FileNotFoundException; 必须对其进行捕获或声明以便抛出

查看 Scanner 的构造方法可以发现, 存在 FileNotFoundException 这样的异常说明：

public Scanner(File source) throws FileNotFoundException {...}

如 FileNotFoundException 这样的异常就是受查异常. 如果不显式处理, 编译无法通过。

✨显式处理异常的方式有两种：

（1）使用 try catch 包裹起来

🌊代码示例：

import java.io.File;import java.io.FileNotFoundException;public class TestDemo {    public static void main(String[] args) { System.out.println(readFile());    }    public static String readFile() { // 尝试打开文件, 并读其中的一行. File file = new File("d:/test.txt"); // 使用文件对象构造 Scanner 对象. Scanner sc = null; try {     sc = new Scanner(file); } catch (FileNotFoundException e) {     e.printStackTrace(); } return sc.nextLine();    }}

（2）在方法上加上异常说明, 相当于将处理动作交给上级调用者

🌊代码示例：

import java.io.File;import java.io.FileNotFoundException;public class TestDemo { public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException { System.out.println(readFile());    }    public static String readFile() throws FileNotFoundException { // 尝试打开文件, 并读其中的一行. File file = new File("d:/test.txt"); // 使用文件对象构造 Scanner 对象. Scanner sc = new Scanner(file); return sc.nextLine();    }}
  • IDEA 中使用 alt + enter, 能够快速修正代码

四、自定义异常类

  • Java 中虽然已经内置了丰富的异常类, 但是实际场景中可能还有一些情况需要对异常类进行扩展, 创建符合实际情况的异常

🌊代码示例：实现一个用户登陆功能

public class TestDemo2 {    public static String Username = "admin";    public static String Password = "123456";    public static void main(String[] args) { login("admin","123");    }    public static void login(String username,String password){ if(!TestDemo2.Username.equals(username)){     System.out.println("用户名错误");     return; } if(!TestDemo2.Password.equals(password)){     System.out.println("登录密码错误");     return; } System.out.println("登录成功！");    }}//运行结果：登录密码错误
  • 此时在处理用户名密码错误的时候可能就需要抛出两种异常.
  • 可以基于已有的异常类进行扩展(继承), 创建和业务相关的异常类。

🌊代码示例：

//继承 Exception 就是受查异常class UserException extends Exception {    public UserException(String message) { super(message);    }}//继承 RuntimeException 就是非受查异常class PasswordException extends RuntimeException{    public PasswordException(String message){ super(message);    }}public class TestDemo2 {    public static String Username = "admin";    public static String Password = "123456";    public static void main(String[] args)  { try {     login("admin","1234"); }catch (UserException e){     e.printStackTrace();     System.out.println("用户名错误了！"); }catch (PasswordException e){     e.printStackTrace();     System.out.println("登录密码错误了！"); }finally {     System.out.println("finally执行了！"); }    }    public static void login(String username,String password) throws UserException, PasswordException { if(!TestDemo2.Username.equals(username)){     throw new UserException("用户名错误"); } if(!TestDemo2.Password.equals(password)){     throw new PasswordException("登录密码错误"); } System.out.println("登录成功！");    }}//运行结果：PasswordError: 登录密码错误at TestDemo2.login(TestDemo2.java:45)at TestDemo2.main(TestDemo2.java:29)登录密码错误了！finally执行了！

💥注意事项

  • 自定义异常通常会继承自 Exception 或者 RuntimeException
  • 继承自 Exception 的异常默认是受查异常
  • 继承自 RuntimeException 的异常默认是非受查异常

五、关于异常的练习

1、编写一个类，在main方法的try块里抛出一个Exception类对象。

  • 传递一个字符串参数给Exception的构造器。
  • 在catch子句里面捕获此异常对象，并打印字符串参数。
  • 添加一个finally子句，打印一条信息以证明这里确是被执行。

🌊代码示例：

public class TestDemo2 {    public static void main(String[] args) { try {     throw new Exception("抛出异常！"); }catch (Exception e){     e.printStackTrace(); }finally {     System.out.println("finally被执行了！"); }    }}//运行结果：java.lang.Exception: 抛出异常！at TestDemo2.main(TestDemo2.java:26)finally被执行了！

2、使用while循环建立类似 “恢复模型” 的异常处理行为，它将不断重复，直到异常不再抛出。

🌊代码示例：

public class TestDemo2 {    public static void main(String[] args) { int i = 0; while (i<10){     try {  if(i<10);  throw new Exception();     }catch (Exception e){  e.printStackTrace();  System.out.println("尝试连接网络"+i+"次");  i++;     } } System.out.println("终于连接到了网络，程序继续执行！");    }}
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