Java 异常处理
Java
的异常处理是 Java 语言的一大重要特性,也是提高代码健壮性的最强大方法之一。当我们编写了错误的代码时,编译器在编译期间可能会抛出异常,有时候即使编译正常,在运行代码的时候也可能会抛出异常。
目标
什么是异常
Java 中异常类的架构
如何进行异常处理
如何自定义异常
什么是异常链
如何使用异常链
前言
1.8/25
2.编程不能停,成为运维开发性人才
3.计算机408基础打好,编程语言学精通,然后走下去
4.Docker和K8s继续
1. 什么是异常
异常就是程序上的错误,我们在编写程序的时候经常会产生错误,这些错误划分为编译期间的错误和运行期间的错误。
下面我们来看几个常见的异常案例。
如果语句漏写分号,程序在编译期间就会抛出异常,实例如下:
public class Hello { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello World!") } }
运行结果:
$ javac Hello.java Hello.java:3: 错误: 需要';' System.out.println("Hello World!") ^ 1 个错误
static
关键字写成了 statci
,实例如下:
Hello.java:2: 错误: 需要<标识符> public statci void main(String[] args) { ^ 1 个错误
当数组下标越界,程序在编译阶段不会发生错误,但在运行时会抛出异常。实例如下:
public class ArrayOutOfIndex { public static void main(String[] args) { int[] arr = {1, 2, 3}; System.out.println(arr[3]); } }
运行结果:
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Index 3 out of bounds for length 3 at ArrayOutOfIndex.main(ArrayOutOfIndex.java:4)
2. Java 异常类架构
在 Java 中,通过 Throwable
及其子类来描述各种不同类型的异常。如下是 Java 异常类的架构图(不是全部,只展示部分类):
2.1 Throwable 类
Throwable
位于 java.lang
包下,它是 Java 语言中所有错误(Error
)和异常(Exception
)的父类。
Throwable
包含了其线程创建时线程执行堆栈的快照,它提供了 printStackTrace()
等接口用于获取堆栈跟踪数据等信息。
主要方法:
fillInStackTrace
: 用当前的调用栈层次填充Throwable
对象栈层次,添加到栈层次任何先前信息中;getMessage
:返回关于发生的异常的详细信息。这个消息在Throwable
类的构造函数中初始化了;getCause
:返回一个Throwable
对象代表异常原因;getStackTrace
:返回一个包含堆栈层次的数组。下标为 0 的元素代表栈顶,最后一个元素代表方法调用堆栈的栈底;printStackTrace
:打印toString()
结果和栈层次到System.err
,即错误输出流。
2.2 Error 类
Error
是 Throwable
的一个直接子类,它可以指示合理的应用程序不应该尝试捕获的严重问题。这些错误在应用程序的控制和处理能力之外,编译器不会检查 Error
,对于设计合理的应用程序来说,即使发生了错误,本质上也无法通过异常处理来解决其所引起的异常状况。
常见 Error
:
AssertionError
:断言错误;VirtualMachineError
:虚拟机错误;UnsupportedClassVersionError
:Java 类版本错误;OutOfMemoryError
:内存溢出错误。
2.3 Exception 类
Exception
是 Throwable
的一个直接子类。它指示合理的应用程序可能希望捕获的条件。
Exception
又包括 Unchecked Exception
(非检查异常)和 Checked Exception
(检查异常)两大类别。
2.3.1 Unchecked Exception (非检查异常)
Unchecked Exception
是编译器不要求强制处理的异常,包含 RuntimeException
以及它的相关子类。我们编写代码时即使不去处理此类异常,程序还是会编译通过。
常见非检查异常:
NullPointerException
:空指针异常;ArithmeticException
:算数异常;ArrayIndexOutOfBoundsException
:数组下标越界异常;ClassCastException
:类型转换异常。
2.3.2 Checked Exception(检查异常)
Checked Exception
是编译器要求必须处理的异常,除了 RuntimeException
以及它的子类,都是 Checked Exception
异常。我们在程序编写时就必须处理此类异常,否则程序无法编译通过。
常见检查异常:
IOException
:IO 异常SQLException
:SQL 异常
3. 如何进行异常处理
在 Java 语言中,异常处理机制可以分为两部分:
- 1.抛出异常:当一个方法发生错误时,会创建一个异常对象,并交给运行时系统处理;
- 2.捕获异常:在方法抛出异常之后,运行时系统将转为寻找合适的异常处理器。
Java 通过 5 个关键字来实现异常处理,分别是:throw
、throws
、try
、catch
、finally
。
异常总是先抛出,后捕获的。下面我们将围绕着 5 个关键字来详细讲解如何抛出异常以及如何捕获异常。
4. 抛出异常
4.1 实例
我们先来看一个除零异常的实例代码:
package com.caq.exception; public class Demo01 { //打印a/b的结果 public static void test(int a,int b){ System.out.println(a/b); } public static void main(String[] args) { //调用test方法 test(5,0); } }
运行结果:
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero at com.caq.exception.Demo01.test(Demo01.java:6) at com.caq.exception.Demo01.main(Demo01.java:11) Process finished with exit code 1
我们知道 0
是不能用作除数的,由于 test()
方法中除数 b
为 0
,所以代码将停止执行并显示了相关的异常信息,此信息为堆栈跟踪
上面的运行结果告诉我们:main
线程发生了类型为 ArithmeticException
的异常,显示消息为 by zero
,并且提示了可能发生异常的方法和行号。
4.2 throw
上面的实例中,程序在运行时引发了错误,那么如何来显示抛出(创建)异常呢?
我们可以使用 throw
关键字来抛出异常,throw
关键字后面跟异常对象,改写上面的实例代码:
package com.caq.exception; public class Demo01 { //打印a/b的结果 public static void test(int a,int b){ if (b==0){ //抛出异常 throw new ArithmeticException("被除数不能为零"); } System.out.println(a/b); } public static void main(String[] args) { //调用test方法 test(5,0); } }
运行结果:
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: 被除数不能为零 at com.caq.exception.Demo01.test(Demo01.java:8) at com.caq.exception.Demo01.main(Demo01.java:15)
代码在运行时同样引发了错误,但显示消息为 “除数不能为零”。我们看到 test()
方法中加入了条件判断,如果调用者将参数 b
设置为 0
时,会使用 throw
关键字来抛出异常,throw 后面跟了一个使用 new
关键字实例化的算数异常对象,并且将消息字符串作为参数传递给了算数异常的构造函数。
我们可以使用 throw
关键字抛出任何类型的 Throwable
对象,它会中断方法,throw
语句之后的所有内容都不会执行。除非已经处理抛出的异常。异常对象不是从方法中返回的,而是从方法中抛出的。
4.3 throws
可以通过 throws
关键字声明方法要抛出何种类型的异常。如果一个方法可能会出现异常,但是没有能力处理这种异常,可以在方法声明处使用 throws
关键字来声明要抛出的异常。例如,汽车在运行时可能会出现故障,汽车本身没办法处理这个故障,那就让开车的人来处理。
throws
用在方法定义时声明该方法要抛出的异常类型,如下是伪代码:
public void demoMethod() throws Exception1, Exception2, ... ExceptionN { // 可能产生异常的代码 }
throws
后面跟的异常类型列表可以有一个也可以有多个,多个则以 ,
分割。当方法产生异常列表中的异常时,将把异常抛向方法的调用方,由调用方处理。
throws 有如下使用规则:
- 1.如果方法中全部是非检查异常(即
Error
、RuntimeException
以及的子类),那么可以不使用throws
关键字来声明要抛出的异常,编译器能够通过编译,但在运行时会被系统抛出; - 2.如果方法中可能出现检查异常,就必须使用
throws
声明将其抛出或使用try catch
捕获异常,否则将导致编译错误; - 3.当一个方法抛出了异常,那么该方法的调用者必须处理或者重新抛出该异常;
- 4.当子类重写父类抛出异常的方法时,声明的异常必须是父类所声明异常的同类或子类。
5. 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。它的语法如下:
Tips:
再IDEA里可以通过//ctrl+alt+t选择代码自动包裹
try { // 可能会发生异常的代码块 } catch (Exception e1) { // 捕获并处理try抛出的异常类型Exception } catch (Exception2 e2) { // 捕获并处理try抛出的异常类型Exception2 } finally { // 无论是否发生异常,都将执行的代码块 }
我们来看一下上面语法中的 3 种语句块:
try
语句块:用于监听异常,当发生异常时,异常就会被抛出;catch
语句块:catch
语句包含要捕获的异常类型的声明,当try
语句块发生异常时,catch
语句块就会被检查。当catch
块尝试捕获异常时,是按照catch
块的声明顺序从上往下寻找的,一旦匹配,就不会再向下执行。因此,如果同一个try
块下的多个catch
异常类型有父子关系,应该将子类异常放在前面,父类异常放在后面;finally
语句块:无论是否发生异常,都会执行finally
语句块。finally
常用于这样的场景:由于finally
语句块总是会被执行,所以那些在try
代码块中打开的,并且必须回收的物理资源(如数据库连接、网络连接和文件),一般会放在finally
语句块中释放资源。
try
语句块后可以接零个或多个 catch
语句块,如果没有 catch
块,则必须跟一个 finally
语句块。简单来说,try
不允许单独使用,必须和 catch
或 finally
组合使用,catch
和 finally
也不能单独使用。
实例如下:
package com.caq.exception; public class Demo01 { //打印a/b的结果 public static void test(int a,int b){ System.out.println(a/b); } public static void main(String[] args) { //调用test方法 try { test(5,0); }catch (ArithmeticException e1){ System.out.println("捕获的异常为:"+e1); }finally { System.out.println("无论是否发送异常,我都会执行哦~"); } } }
运行结果:
捕获的异常为:java.lang.ArithmeticException: / by zero 无论是否发送异常,我都会执行哦~
test()
方法中除数 b
为 0
,会发生除零异常,我们在方法调用处使用了 try
语句块对异常进行捕获;如果捕获到了异常, catch
语句块会对 ArithmeticException
类型的异常进行处理,此处打印了一行自定义的提示语句;
最后的 finally
语句块,无论发生异常与否,总会执行。
Java 7 以后,catch
多种异常时,也可以像下面这样简化代码:
try { // 可能会发生异常的代码块 } catch (Exception | Exception2 e) { // 捕获并处理try抛出的异常类型 } finally { // 无论是否发生异常,都将执行的代码块 }
6. 自定义异常
自定义异常,就是定义一个类,去继承 Throwable
类或者它的子类。
Java 内置了丰富的异常类,通常使用这些内置异常类,就可以描述我们在编码时出现的大部分异常情况。一旦内置异常无法满足我们的业务要求,就可以通过自定义异常描述特定业务产生的异常类型。
实例:
public class ExceptionDemo4 { static class MyCustomException extends RuntimeException { /** * 无参构造方法 */ public MyCustomException() { super("我的自定义异常"); } } public static void main(String[] args) { // 直接抛出异常 throw new MyCustomException(); } }
运行结果:
Exception in thread "main" ExceptionDemo4$MyCustomException: 我的自定义异常 at ExceptionDemo4.main(ExceptionDemo4.java:13)
在代码中写了一个自定义异常 MyCustomException
,继承自 RuntimeException
,它是一个静态内部类,这样在主方法中就可以直接抛出这个异常类了。当然,也可以使用 catch
来捕获此类型异常。
7. 异常链
异常链是以一个异常对象为参数构造新的异常对象,新的异常对象将包含先前异常的信息。简单来说,就是将异常信息从底层传递给上层,逐层抛出,我们来看一个实例:
public class ExceptionDemo5 { /** * 第一个自定义的静态内部异常类 */ static class FirstCustomException extends Exception { // 无参构造方法 public FirstCustomException() { super("第一个异常"); } } /** * 第二个自定义的静态内部异常类 */ static class SecondCustomException extends Exception { public SecondCustomException() { super("第二个异常"); } } /** * 第三个自定义的静态内部异常类 */ static class ThirdCustomException extends Exception { public ThirdCustomException() { super("第三个异常"); } } /** * 测试异常链静态方法1,直接抛出第一个自定义的静态内部异常类 * @throws FirstCustomException */ public static void f1() throws FirstCustomException { throw new FirstCustomException(); } /** * 测试异常链静态方法2,调用f1()方法,并抛出第二个自定义的静态内部异常类 * @throws SecondCustomException */ public static void f2() throws SecondCustomException { try { f1(); } catch (FirstCustomException e) { throw new SecondCustomException(); } } /** * 测试异常链静态方法3,调用f2()方法, 并抛出第三个自定义的静态内部异常类 * @throws ThirdCustomException */ public static void f3() throws ThirdCustomException { try { f2(); } catch (SecondCustomException e) { throw new ThirdCustomException(); } } public static void main(String[] args) throws ThirdCustomException { // 调用静态方法f3() f3(); } }
运行结果:
Exception in thread "main" ExceptionDemo5$ThirdCustomException: 第三个异常 at ExceptionDemo5.f3(ExceptionDemo5.java:46) at ExceptionDemo5.main(ExceptionDemo5.java:51)
通过运行结果,我们只获取到了静态方法 f3()
所抛出的异常堆栈信息,前面代码所抛出的异常并没有被显示。
我们改写上面的代码,让异常信息以链条的方式 “连接” 起来。可以通过改写自定义异常的构造方法,来获取到之前异常的信息。实例如下:
public class ExceptionDemo6 { /** * 第一个自定义的静态内部异常类 */ static class FirstException extends Exception { // 无参构造方法 public FirstException() { super("第一个异常"); } } /** * 第二个自定义的静态内部异常类 */ static class SecondCustomException extends Exception { /** * 通过构造方法获取之前异常的信息 * @param cause 捕获到的异常对象 */ public SecondCustomException(Throwable cause) { super("第二个异常", cause); } } /** * 第三个自定义的静态内部异常类 */ static class ThirdCustomException extends Exception { /** * 通过构造方法获取之前异常的信息 * @param cause 捕获到的异常对象 */ public ThirdCustomException(Throwable cause) { super("第三个异常", cause); } } /** * 测试异常链静态方法1,直接抛出第一个自定义的静态内部异常类 * @throws FirstException */ public static void f1() throws FirstException { throw new FirstException(); } /** * 测试异常链静态方法2,调用f1()方法,并抛出第二个自定义的静态内部异常类 * @throws SecondCustomException */ public static void f2() throws SecondCustomException { try { f1(); } catch (FirstException e) { throw new SecondCustomException(e); } } /** * 测试异常链静态方法3,调用f2()方法, 并抛出第三个自定义的静态内部异常类 * @throws ThirdCustomException */ public static void f3() throws ThirdCustomException { try { f2(); } catch (SecondCustomException e) { throw new ThirdCustomException(e); } } public static void main(String[] args) throws ThirdCustomException { // 调用静态方法f3() f3(); } }
运行结果:
Exception in thread "main" ExceptionDemo6$ThirdCustomException: 第三个异常 at ExceptionDemo6.f3(ExceptionDemo6.java:74) at ExceptionDemo6.main(ExceptionDemo6.java:80) Caused by: ExceptionDemo6$SecondCustomException: 第二个异常 at ExceptionDemo6.f2(ExceptionDemo6.java:62) at ExceptionDemo6.f3(ExceptionDemo6.java:72) ... 1 more Caused by: ExceptionDemo6$FirstException: 第一个异常 at ExceptionDemo6.f1(ExceptionDemo6.java:51) at ExceptionDemo6.f2(ExceptionDemo6.java:60) ... 2 more
通过运行结果,我们看到,异常发生的整个过程都打印到了屏幕上,这就是一个异常链。
8. 小结
通过学习,我们知道了异常就是程序上的错误,良好的异常处理可以提高代码的健壮性。
Java 语言中所有错误(Error
)和异常(Exception
)的父类都是 Throwable
。
Error
和 Exception
是 Throwable
的直接子类,我们通常说的异常处理实际上就是处理 Exception
及其子类,异常又分为检查型异常和非检查型异常。
通过抛出异常和捕获异常来实现异常处理。我们亦可以通过继承 Throwable
类或者它的子类来自定义异常类。通过构造方法获取之前异常的信息可以实现异常链
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