Java 关于抛出异常

异常指不期而至的各种状况，它在程序运行的过程中发生。作为开发者，我们都希望自己写的代码永远都不会出现 bug，然而现实告诉我们并没有这样的情景。如果用户在程序的使用过程中因为一些原因造成他的数据丢失，这个用户就可能不会再使用该程序了。所以，对于程序的错误以及外部环境能够对用户造成的影响，我们应当及时报告并且以适当的方式来处理这个错误。

之所以要处理异常，也是为了增强程序的鲁棒性。

异常都是从 Throwable 类派生出来的，而 Throwable 类是直接从 Object 类继承而来。你可以在 Java SE 官方 API 文档中获取更多关于它们的知识。

异常分类

异常通常有四类：

  • Error：系统内部错误，这类错误由系统进行处理，程序本身无需捕获处理。
  • Exception：可以处理的异常。
  • RuntimeException：可以捕获，也可以不捕获的异常。
  • 继承 Exception 的其他类：必须捕获，通常在 API 文档中会说明这些方法抛出哪些异常。

平时主要关注的异常是 Exception 下的异常，而 Exception 异常下又主要分为两大类异常，一个是派生于 RuntimeExcption 的异常，一个是除了 RuntimeExcption 体系之外的其他异常。

RuntimeExcption 异常（运行时异常）通常有以下几种：

  • 错误的类型转换
  • 数组访问越界
  • 访问 null 指针
  • 算术异常

一般来说，RuntimeException 都是代码逻辑出现问题。

非 RuntimeException（受检异常，Checked Exception）一般有：

  • 打开一个不存在的文件
  • 没有找到具有指定名称的类
  • 操作文件异常

受检异常是编译器要求必须处理的异常，必须使用 try catch 处理，或者使用 throw 抛出，交给上层调用者处理。

声明及抛出

throw 抛出异常

当程序运行时数据出现错误或者我们不希望发生的情况出现的话，可以通过抛出异常来处理。

异常抛出语法：

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throw new 异常类();

下面新建 ThrowsTest.java

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public class ThrowsTest {

    public static void main(String[] args) {
        Integer a = 1;
        Integer b = null;
        //当a或者b为null时，抛出异常
        if (a == null || b == null) {
            throw new NullPointerException();
        } else {
            System.out.println(a + b);
        }
    }
}

运行程序:

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$ javac ThrowsTest.java
$ java ThrowsTest
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
    at ThrowTest.main(ThrowTest.java:8)

throws 声明异常

throws 用于声明异常，表示该方法可能会抛出的异常。如果声明的异常中包括 checked 异常（受检异常），那么调用者必须捕获处理该异常或者使用 throws 继续向上抛出。throws 位于方法体前，多个异常之间使用 , 分割。

修改 ThrowsTest.java：

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import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;

public class ThrowsTest {

    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
        //由方法的调用者捕获异常或者继续向上抛出
        throwsTest();

    }

    public static void throwsTest() throws FileNotFoundException {
        new FileInputStream("/home/project/xxx.file");
    }
}

运行程序：

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$ javac ThrowsTest.java
$ java ThrowsTest
Exception in thread "main" java.io.FileNotFoundException: /home/project/xxx.file (系统找不到指定的路径。)
    at java.io.FileInputStream.open0(Native Method)
    at java.io.FileInputStream.open(FileInputStream.java:195)
    at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:138)
    at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:93)
    at ThrowsTest.throwsTest(ThrowsTest.java:13)
    at ThrowsTest.main(ThrowsTest.java:8)

捕获异常

通常抛出异常后，还需要将异常捕获。使用 try 和 catch 语句块来捕获异常，有时候还会用到 finally。

对于上述三个关键词所构成的语句块，try 语句块是必不可少的，catch 和 finally 语句块可以根据情况选择其一或者全选。你可以把可能发生错误或出现问题的语句放到 try 语句块中，将异常发生后要执行的语句放到 catch 语句块中，而 finally 语句块里面放置的语句，不管异常是否发生，它们都会被执行。

你可能想说，那我把所有有关的代码都放到 try 语句块中不就妥当了吗？可是你需要知道，捕获异常对于系统而言，其开销非常大，所以应尽量减少该语句块中放置的语句。

新建 CatchException.java：

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public class CatchException {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 下面定义了一个try语句块

            System.out.println("I am try block.");

            Class<?> tempClass = Class.forName("");
            // 声明一个空的Class对象用于引发“类未发现异常”
            System.out.println("Bye! Try block.");

        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // 下面定义了一个catch语句块
            System.out.println("I am catch block.");

            e.printStackTrace();
            //printStackTrace()的意义在于在命令行打印异常信息在程序中出错的位置及原因

            System.out.println("Goodbye! Catch block.");

        } finally {
            // 下面定义了一个finally语句块
            System.out.println("I am finally block.");
        }
    }
}

运行程序:

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$ javac CatchException.java
$ java CatchException
I am try block.
I am catch block.
java.lang.ClassNotFoundException:
        at java.lang.Class.forName0(Native Method)
        at java.lang.Class.forName(Unknown Source)
        at CatchException.main(CatchException.java:8)
Goodbye! Catch block.
I am finally block.

请你结合这些输出语句在源代码中的位置，再来体会一下三个语句块的作用。

捕获多个异常

在一段代码中，可能会由于各种原因抛出多种不同的异常，而对于不同的异常，我们希望用不同的方式来处理它们，而不是笼统的使用同一个方式处理，在这种情况下，可以使用异常匹配，当匹配到对应的异常后，后面的异常将不再进行匹配。

编程实例

新建源代码文件 MultipleCapturesDemo.java：

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import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;

public class MultipleCapturesDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            new FileInputStream("");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("IO 异常");
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("发生异常");
        }
    }
}

运行程序：

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$ javac MultipleCapturesDemo.java
$ java MultipleCapturesDemo
IO 异常

在处理异常时，并不要求抛出的异常同 catch 所声明的异常完全匹配，子类的对象也可以匹配父类的处理程序。比如异常 A 继承于异常 B，那么在处理多个异常时，一定要将异常 A 放在异常 B 之前捕获，如果将异常 B 放在异常 A 之前，那么将永远匹配到异常 B，异常 A 将永远不可能执行，并且编译器将会报错。

自定义异常

尽管 Java SE 的 API 已经为我们提供了数十种异常类，然而在实际的开发过程中，你仍然可能遇到未知的异常情况。此时，你就需要对异常类进行自定义。

自定义一个异常类非常简单，只需要让它继承 Exception 或其子类就行。在自定义异常类的时候，建议同时提供无参构造方法和带字符串参数的构造方法，后者可以为你在调试时提供更加详细的信息。

百闻不如一见，下面我们尝试自定义一个算术异常类。

创建一个 MyAriException 类:

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// MyAriException.java
public class MyAriException extends ArithmeticException {
    //自定义异常类，该类继承自ArithmeticException

    public MyAriException() {

    }
    //实现默认的无参构造方法

    public MyAriException(String msg) {
        super(msg);
    }
    //实现可以自定义输出信息的构造方法，将待输出信息作为参数传入即可
}

添加一个 ExceptionTest 类作为测试用，在该类的 main() 方法中，可以尝试使用 throw 抛出自定义的异常。

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// ExceptionTest.java
import java.util.Arrays;

public class ExceptionTest {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[5];
        //声明一个长度为5的数组

        Arrays.fill(array, 5);
        //将数组中的所有元素赋值为5

        for (int i = 4; i > -1; i--) {
            //使用for循环逆序遍历整个数组，i每次递减

            if (i == 0) {
            // 如果i除以了0，就使用带异常信息的构造方法抛出异常

                throw new MyAriException("There is an exception occured.");
            }

            System.out.println("array[" + i + "] / " + i + " = " + array[i] / i);
            // 如果i没有除以0，就输出此结果
        }
    }
}

检查一下代码，编译并运行，期待中的自定义错误信息就展现在控制台中了：

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$ javac ExceptionTest.java MyAriException.java
$ java ExceptionTest
array[4] / 4 = 1
array[3] / 3 = 1
array[2] / 2 = 2
array[1] / 1 = 5
Exception in thread "main" MyAriException: There is an exception occured.
    at ExceptionTest.main(ExceptionTest.java:17)

异常堆栈

当异常抛出后，我们可以通过异常堆栈追踪程序的运行轨迹，以便我们更好的 DEBUG。

新建一个 ExceptionStackTrace.java：

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public class ExceptionStackTrace {
    private static void method1() {
        method2();
    }

    private static void method2() {
        throw new NullPointerException();
    }
    public static void main(String[] args) {
        try {
            method1();
        } catch (Exception e) {
            //打印堆栈轨迹
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行程序:

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$ javac ExceptionStackTrace.java
$ java ExceptionStackTrace
java.lang.NullPointerException
    at ExceptionStackTrace.method2(ExceptionStackTrace.java:7)
    at ExceptionStackTrace.method1(ExceptionStackTrace.java:3)
    at ExceptionStackTrace.main(ExceptionStackTrace.java:11)

通过上面的异常堆栈轨迹，在对比我们方法的调用过程，可以得出异常信息中首先打印的是距离抛出异常最近的语句，接着是调用该方法的方法，一直到最开始被调用的方法。从下往上看，就可以得出程序运行的轨迹。