Java 基础语法 异常处理

前些章节的知识点有时会涉及到异常的知识，如果没有专门学习过异常的小伙伴可能看的有点疑惑。今天这节就是为了讲解异常，让我们来了解什么是异常，它的作用是啥，怎么使用异常。

1. 异常的背景

1.1 邂逅异常

大家在学习 Java 时，应该也遇见过一些异常了，例如

算术异常：

System.out.println(10 / 0);

结果为：Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero

数组越界异常：

int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
System.out.println(arr[100]);

结果为：Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100

空指针异常：

int[] arr = null;
System.out.println(arr.length);

结果为：Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException

那么什么是异常呢？

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。

1.2 异常和错误

• 异常被分为下面两种

运行时异常（非受查异常）：

在程序运行（通过编译已经得到了字节码文件，再由 JVM 执行）的过程当中发生的异常，是可能被大家避免的异常，这些异常在编译时可以被忽略。

例如：算数异常、空指针异常、数组越界异常等等

编译时异常（受查异常）：

编译时发生的异常，这个异常是大家难以预见的，这些异常在编译时不能被简单的忽略。

例如：要打开一个不存在的文件时，一个异常就发生了

除了异常我们我们也要了解下错误

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，这是编译检查不到的

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

结果为：Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError

那么异常和错误的区别是什么呢？

出现错误必须由我们程序员去处理它的逻辑错误，而出现异常我们只要去处理异常就好了

如果有疑惑的伙伴通过后面的介绍你会逐渐了解它们的区别

1.3 Java 异常的体系（含体系图）

Java 中异常的种类是很多的，我将一些异常收集并归类如下

其中 Error 是错误，Exception 是异常。而异常中又分为了两种，黄色的是编译时异常，橙色的是运行时异常。

但是这张图不仅仅说明了上述的关系，我们还要知道

每个异常其实都是一个类，并且箭头代表了继承的关系

我们可以通过一个代码来理解

int[] arr = null;
System.out.println(arr.length);
// 结果为：Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException

此时我们点击这个异常 NullPointerException 就转到了它的定义，我们会看到

我们可以得到以下结论：

• NullPointerException 是一个类
• 这个类继承了 RuntimeException 这个类
  

为了刨根究底，我们继续转到 RuntimeException 这个类看看

我们又得到了以下结论：

• RuntimeException 是一个类
• 这个类继承了 Exception 这个类

继续刨根究底，我们又可以看到

诶，此时我们再对照着体系图我们就可以理解清除这张图的所有意思，并且此时对异常又有了个全面对认识

而今天我们的主角是异常，即 Exception，接下来我将会对它进行解析。

1.4 异常的核心思想

作为一个程序员，我们经常都面对着

错误在代码中的存在我们不言而喻，因此就产生了两种主要针对错误的方式

方式一（LBYL）：在操作之前就做充分的检查
方式二（EAFP）：直接操作，有错误再解决

而异常的核心思想就是 EAFP

1.5 异常的好处

那么核心思想为 EAFP 的异常有什么好处呢？

我们可以随便举一个例子，比如你打一把王者，我们要进行登录、匹配、确认游戏、选择英雄等等的操作。

如果使用 LBYL 风格的代码，我们就要对每一步都做好充分的检查之后，再进行下一步，简单写个代码如下

boolean ret = false;
ret = log();
if(!=ret){
 // 处理登录游戏错误
 return;
}
ret = matching();
if(!=ret){
 // 处理匹配游戏错误
 return;
}
ret = confirm();
if(!=ret){
 // 处理确认游戏错误
 return;
}
ret = choose();
if(!=ret){
 // 处理选择游戏错误
 return;
}

而使用 EAFP 的风格，代码则是这样的

try{
    log();
    matching();
    confirm();
    choose();
}catch(登录游戏异常){
 // 处理登录游戏错误
}catch(匹配游戏异常){
 // 处理匹配游戏错误
}catch(确认游戏异常){
 // 处理确认游戏错误
}catch(选择游戏异常){
 // 处理选择游戏错误
}

两种方式的代码一对比，大家也可以看得出哪一种更好。EAFP 风格的就可以将流程和处理异常的代码分开，看起来更加舒服。而这也就是使用异常的好处之一。上述代码运用了异常的基本用法，后续会介绍。

2. 异常的基本用法

2.1 捕获异常

2.1.1 基本语法

try{
    // 有可能出现异常的语句
}[catch(异常类型 异常对象){
    // 出现异常后的处理行为
}...]
[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 catch 和 finally 都可以根据情况选择加或者不加

2.1.2 示例一

首先我们看一个不处理异常的代码

int[] arr = {1, 2, 3};
System.out.println("before");
System.out.println(arr[100]);
System.out.println("after");

结果是：

我们分析一下这个结果，首先它告诉我们在 main 方法中出现了数组越界的异常，原因就是100这个数字。下面它又告诉我们了这个异常的具体位置。

并且通过这个结果我们知道，当代码出现异常之后，程序就中止了，异常代码后面的代码就不会执行了。

那么为什么这里抛出异常之后，后面的代码就不再执行了呢？

因为当没有处理异常的时候，一旦程序发生异常，这个异常就会交给 JVM 来处理。
而一旦交给了 JVM 处理异常，程序就会立即终止执行！

这也就是为什么我们会有自己处理异常这个行为

我们如果加上 try catch 自己处理异常

int[] arr = {1, 2, 3};
try {
    System.out.println("before");
    System.out.println(arr[100]);
    System.out.println("after");
}catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){
    System.out.println("数组越界！");
}
System.out.println("after try catch");

结果是：

我们发现 try 中出现了异常的语句，并且我们针对这个异常做出了处理的行为。而 try catch 后面的程序依然可以继续执行

我们在上述代码中处理异常时 catch 里面用的语句就是直接告诉它出现了什么问题，但是如果我们想要知道这是什么异常，在代码的第几行有问题的话，就可以再加一个调用栈。

什么是调用栈呢？

方法之间存在相互调用关系，这种调用关系可以用“调用栈”来描述。在 JVM 中有一块内存空间称为“虚拟机栈”，这是专门存储方法之间调用关系的。当代码中出现异常的时候，我们就可使用 e.printStackTrace(); 来查看出现异常代码的调用栈

2.1.3 示例二（含使用调用栈）

int[] arr = {1, 2, 3};
try {
    System.out.println("before");
    System.out.println(arr[100]);
    System.out.println("after");
}catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){
    System.out.println("数组越界！");
    e.printStackTrace();
}
System.out.println("after try catch");

结果是：

2.1.4 示例三（可以使用多个 catch 捕获不同的异常）

int[] arr = {1, 2, 3};
try {
    System.out.println("before");
    System.out.println(arr[100]);
    System.out.println("after");
}catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){
    System.out.println("数组越界！");
    e.printStackTrace();
}catch(NullPointerException e){
    System.out.println("空指针异常");
    e.printStackTrace();
}
System.out.println("after try catch");

这个代码里面有多个 catch，他会捕获到第一个出现异常的位置

2.1.5 示例四（可以使用一个 catch 捕获所有异常，不推荐）

int[] arr = {1, 2, 3};
try {
    System.out.println("before");
    System.out.println(arr[100]);
    System.out.println("after");
}catch(Exception e){
    e.printStackTrace();
}
System.out.println("after try catch");

其中我们使用了 Exception 这个类，我们知道它是所有异常的父类，因此可以用来捕获所有异常。但是这个方法是不推荐的，因为异常太多了，我们不容易定位问题

并且我们能得到一个结论

catch 进行类型匹配的时候，不光会匹配相同类型的异常，也能捕获目标异常类型的子类对象

2.1.6 示例五（使用 finally，它之间的代码将在 try 语句后执行）

int[] arr = {1, 2, 3};
try {
    arr = null;
    System.out.println(arr.length);
}catch(NullPointerException e){
    e.printStackTrace();
}finally{
    System.out.println("finally 执行啦！");
}
System.out.println("after try catch");

结果为：

我们紧接着再看一个代码，我将异常给改正确

int[] arr = {1, 2, 3};
try {
    System.out.println(arr.length);
}catch(NullPointerException e){
    e.printStackTrace();
}finally{
    System.out.println("finally 执行啦！");
}
System.out.println("after try catch");

上述代码就没有错误了，但是结果是

我们就得出了这个结论

无论 catch 是否捕获到异常，都要执行 finally 语句

finally 是用来处理善后工作的，例如释放资源是可以被做到的。如果大家对于使用 finally 释放资源有疑惑，可以先看示例八，因为在 finally 中加入 Scanner 的 close 方法就是释放资源的一种例子

2.1.7 示例六（finally 引申的思考题）

public static int func(){
    try{
        return 10;
    }catch(NullPointerException e){
        e.printStackTrace();
    }finally{
        return 1;
    }
}
public static void main(String[] args) {
    int num = func();
    System.out.println(num);
}

结果为：1

因为 finally 块永远是最后执行的。并且你也无法在这个代码之后执行其他语句，因为不管有没有捕获到异常都要执行 finally 中的 return 语句去终止代码

2.1.8 示例七（使用 try 负责回收资源）

在演示代码前要先补充一个关于 Scanner 的知识

我们知道使用 Scanner 类可以帮助我们进行控制台输入语句，但是 Scanner 还是一种资源，而资源使用完之后是需要回收的，就像是我们打开了一瓶水喝了点还要盖上它。故用完后我们可以加上 close 方法来进行回收，如

Scanner reader = new Scanner(System.in);
int a = reader.nextInt();
reader.close();

而 try 有一种写法可以在它执行完毕后自动调用 Scanner 的 close 方法

try(Scanner sc = new Scanner(System.in){
 int num = sc.nextInt();
}catch(InputMismatchException e){
 e.printStackTrace();
}

而这种方式的代码风格要比使用 finally 中含有 close 方法要好些

2.1.9 示例八（本方法中没有合适的处理异常方式，就会沿着调用栈向上传递）

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();
    }
}

结果为：

由于我们写 func 方法时出现了异常没有及时处理，但我们在 main 方法中调用它了，所以就经过方法之间互相的调用关系，我们一直到了 main 方法被调用的位置，并且此时有合适的处理异常的方法

若最终没有找到合适的异常处理方法，最终该异常就会交给 JVM 处理，即程序就会终止

2.1.10 异常处理流程总结

• 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 中异常之后的代码，并查看该异常和 catch 中的异常类型是否匹配
• 如果匹配，就会执行 catch 中的代码
• 如果没有匹配的，就会将异常向上传递到上层调用者
• 无论是否找到匹配类型，finally 中的代码都会被执行
• 如果上层调用者没有处理异常的方法，就会继续向上传递
• 一直到 main 方法也没有合适的代码处理异常，就会交给 JVM 来处理，此时程序就会终止

2.2 抛出异常

以上我们介绍的都是 Java 内置的类抛出的一些异常，除此之外我们也可以使用关键字 throw 手动抛出一个异常，如

public static int divide(int x, int y) { 
    if (y == 0) { 
        throw new ArithmeticException("抛出除 0 异常"); 
    }
}
public static void main(String[] args) { 
 System.out.println(divide(10, 0)); 
} 

该代码就是我们手动抛出的异常，并且手动抛出的异常还可以使用自定义的异常，后面将会介绍到

2.3 异常说明

我们在处理异常时，如果有一个方法，里面很长一大段，我们其实是希望很简单的就知道这段代码有可能会出现哪些异常。故我们可以使用关键字 throws，把可能抛出的异常显示的标注在方法定义的位置，从而提醒使用者要注意捕获这些异常，如

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

注意：

如果我们将 main 方法抛出一个异常说明，而 main 方法的调用者是 JVM，所以如果在 main 函数上抛出异常的话，就相当于 JVM 来处理这个异常了

3. 自定义异常类

Java 中虽然有丰富的异常类，但是实际上肯定还要一些情况需要我们对这些异常进行扩展，创建新的符合情景的异常。

那怎么创建自定义异常呢？首先我们就可以去看看原有的那些异常是怎么做的

两异常

我们发现这两个异常都是继承在 RuntimeException 这个类的，并且都构造了两个构造方法，分别是不带参数和带参数

而我模拟了一个登录账号的代码

public class TestDemo { 
    private static String userName = "root"; 
    private static String password = "123456"; 
    public static void main(String[] args) { 
        login("admin", "123456"); 
    } 
    public static void login(String userName, String password) { 
        if (!TestDemo.userName.equals(userName)) { 
            // 处理用户名错误
        } 
        if (!TestDemo.password.equals(password)) { 
            // 处理密码错误
        } 
        System.out.println("登陆成功"); 
    } 
}

通过这个模拟的场景，我们可以针对运行时账号和密码是否正确写一个异常

class UserException extends RuntimeException{
    public UserException(){
        super();
    }
    public UserException(String s){
        super(s);
    }
}
class PasswordException extends RuntimeException{
    public PasswordException(){
        super();
    }
    public PasswordException(String s){
        super(s);
    }
}

紧接着我们再手动抛出异常

public class TestDemo { 
    private static String userName = "root"; 
    private static String password = "123456"; 
    public static void main(String[] args) { 
        login("admin", "123456"); 
    } 
    public static void login(String userName, String password) { 
        if (!TestDemo.userName.equals(userName)) { 
            throws new UserException("用户名错误");
        } 
        if (!TestDemo.password.equals(password)) { 
            throws new PasswordException("密码错误");
        } 
        System.out.println("登陆成功"); 
    } 
}

所以我们创建新的异常时，就是先思考这是哪种类型的异常，再照猫画虎。但是可能有疑惑，如果我们新建异常时统一继承 Exception 不就行吗？

No！由于 Exception 分为编译时异常和运行时异常，使用 Exception 的话默认是编译时异常（即受查异常），而一段代码可能抛出受查异常则必须显示进行处理。

故如果我们将上述新建的异常继承 Exception 的话，就要再对代码中的异常进行处理，否则会直接报错

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最后

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