Java異常

Java異常處理機制

一.異常

     異常指不期而至的各種狀況，如：文件找不到、網絡連接失敗、非法參數等。異常是一個事件，它發生在程序運行期間，干擾了正常的指令流程。Java通過API中Throwable類的衆多子類描述各種不同的異常。因而，Java異常都是對象，是Throwable子類的實例，描述了出現在一段編碼中的錯誤條件。當條件生成時，錯誤將引發異常。

     Java異常類層次結構圖：

     在 Java中，所有的異常都有一個共同的祖先 Throwable（可拋出）。Throwable指定代碼中可用異常傳播機制通過 Java應用程序傳輸的任何問題的共性。
     Throwable： 有兩個重要的子類：Exception（異常）和 Error（錯誤），二者都是 Java異常處理的重要子類，各自都包含大量子類。

     Error（錯誤）:是程序無法處理的錯誤，表示運行應用程序中較嚴重問題。大多數錯誤與代碼編寫者執行的操作無關，而表示代碼運行時JVM（Java虛擬機）出現的問題。例如，Java虛擬機運行錯誤（VirtualMachineError），當 JVM不再有繼續執行操作所需的內存資源時，將出現 OutOfMemoryError。這些異常發生時，Java虛擬機（JVM）一般會選擇線程終止。

    這些錯誤表示故障發生於虛擬機自身、或者發生在虛擬機試圖執行應用時，如Java虛擬機運行錯誤（VirtualMachineError）、類定義錯誤（NoClassDefFoundError）等。這些錯誤是不可查的，因爲它們在應用程序的控制和處理能力之 外，而且絕大多數是程序運行時不允許出現的狀況。對於設計合理的應用程序來說，即使確實發生了錯誤，本質上也不應該試圖去處理它所引起的異常狀況。在Java中，錯誤通過Error的子類描述。

    Exception（異常）:是程序本身可以處理的異常。 Exception類有一個重要的子類 RuntimeException。RuntimeException類及其子類表示“JVM常用操作”引發的錯誤。例如，若試圖使用空值對象引用、除數爲零或數組越界，則分別引發運行時異常（NullPointerException、ArithmeticException和ArrayIndexOutOfBoundException）。

    注意：異常和錯誤的區別：異常能被程序本身可以處理，錯誤是無法處理。

    通常，Java的異常(包括Exception和Error)分爲可查的異常（checkedexceptions）和不可查的異常（uncheckedexceptions）。

可查異常（編譯器要求必須處置的異常）：正確的程序在運行中，很容易出現的、情理可容的異常狀況。可查異常雖然是異常狀況，但在一定程度上它的發生是可以預計的，而且一旦發生這種異常狀況，就必須採取某種方式進行處理。

    除了RuntimeException及其子類以外，其他的Exception類及其子類都屬於可查異常。這種異常的特點是Java編譯器會檢查它，也就是說，當程序中可能出現這類異常，要麼用try-catch語句捕獲它，要麼用throws子句聲明拋出它，否則編譯不會通過。

不可查異常(編譯器不要求強制處置的異常):包括運行時異常（RuntimeException與其子類）和錯誤（Error）。

     Exception這種異常分兩大類運行時異常和非運行時異常(編譯異常)。程序中應當儘可能去處理這些異常。

     運行時異常：都是RuntimeException類及其子類異常，如NullPointerException(空指針異常)、IndexOutOfBoundsException(下標越界異常)等，這些異常是不檢查異常，程序中可以選擇捕獲處理，也可以不處理。這些異常一般是由程序邏輯錯誤引起的，程序應該從邏輯角度儘可能避免這類異常的發生。

    運行時異常的特點是Java編譯器不會檢查它，也就是說，當程序中可能出現這類異常，即使沒有用try-catch語句捕獲它，也沒有用throws子句聲明拋出它，也會編譯通過。非運行時異常 （編譯異常）：是RuntimeException以外的異常，類型上都屬於Exception類及其子類。從程序語法角度講是必須進行處理的異常，如果不處理，程序就不能編譯通過。如IOException、SQLException等以及用戶自定義的Exception異常，一般情況下不自定義檢查異常。

 

二.異常處理機制

    在 Java應用程序中，異常處理機制爲：拋出異常，捕捉異常。

    拋出異常：當一個方法出現錯誤引發異常時，方法創建異常對象並交付運行時系統，異常對象中包含了異常類型和異常出現時的程序狀態等異常信息。運行時系統負責尋找處置異常的代碼並執行。

    捕獲異常：在方法拋出異常之後，運行時系統將轉爲尋找合適的異常處理器（exceptionhandler）。潛在的異常處理器是異常發生時依次存留在調用棧中的方法的集合。當異常處理器所能處理的異常類型與方法拋出的異常類型相符時，即爲合適的異常處理器。運行時系統從發生異常的方法開始，依次回查調用棧中的方法，直至找到含有合適異常處理器的方法並執行。當運行時系統遍歷調用棧而未找到合適 的異常處理器，則運行時系統終止。同時，意味着Java程序的終止。

    對於運行時異常、錯誤或可查異常，Java技術所要求的異常處理方式有所不同。

    由於運行時異常的不可查性，爲了更合理、更容易地實現應用程序，Java規定，運行時異常將由Java運行時系統自動拋出，允許應用程序忽略運行時異常。

    對於方法運行中可能出現的Error，當運行方法不欲捕捉時，Java允許該方法不做任何拋出聲明。因爲，大多數Error異常屬於永遠不能被允許發生的狀況，也屬於合理的應用程序不該捕捉的異常。

    對於所有的可查異常，Java規定：一個方法必須捕捉，或者聲明拋出方法之外。也就是說，當一個方法選擇不捕捉可查異常時，它必須聲明將拋出異常。

    能夠捕捉異常的方法，需要提供相符類型的異常處理器。所捕捉的異常，可能是由於自身語句所引發並拋出的異常，也可能是由某個調用的方法或者Java運行時 系統等拋出的異常。也就是說，一個方法所能捕捉的異常，一定是Java代碼在某處所拋出的異常。簡單地說，異常總是先被拋出，後被捕捉的。

    任何Java代碼都可以拋出異常，如：自己編寫的代碼、來自Java開發環境包中代碼，或者Java運行時系統。無論是誰，都可以通過Java的throw語句拋出異常。

    從方法中拋出的任何異常都必須使用throws子句。

    捕捉異常通過try-catch語句或者try-catch-finally語句實現。

    總體來說，Java規定：對於可查異常必須捕捉、或者聲明拋出。允許忽略不可查的RuntimeException和Error。

2.1 捕獲異常：try、catch和 finally

1.try-catch語句

    在Java中，異常通過try-catch語句捕獲。其一般語法形式爲：

try { 

   // 可能會發生異常的程序代碼 

} catch (Type1 id1){ 

    // 捕獲並處置try拋出的異常類型Type1 

} 

catch (Type2 id2){ 

     //捕獲並處置try拋出的異常類型Type2 

} 

    關鍵詞try後的一對大括號將一塊可能發生異常的代碼包起來，稱爲監控區域。Java方法在運行過程中出現異常，則創建異常對象。將異常拋出監控區域之外，由Java運行時系統試圖尋找匹配的catch子句以捕獲異常。若有匹配的catch子句，則運行其異常處理代碼，

2.try-catch語句結束。

    匹配的原則是：如果拋出的異常對象屬於catch子句的異常類，或者屬於該異常類的子類，則認爲生成的異常對象與catch塊捕獲的異常類型相匹配。需要注意的是，一旦某個catch捕獲到匹配的異常類型，將進入異常處理代碼。一經處理結束，就意味着整個try-catch語句結束。其他的catch子句不再有匹配和捕獲異常類型的機會。

    Java通過異常類描述異常類型，異常類的層次結構如圖1所示。對於有多個catch子句的異常程序而言，應該儘量將捕獲底層異常類的catch子 句放在前面，同時儘量將捕獲相對高層的異常類的catch子句放在後面。否則，捕獲底層異常類的catch子句將可能會被屏蔽。

    RuntimeException異常類包括運行時各種常見的異常，ArithmeticException類和ArrayIndexOutOfBoundsException類都是它的子類。因此，RuntimeException異常類的catch子句應該放在 最後面，否則可能會屏蔽其後的特定異常處理或引起編譯錯誤。

3. try－catch-finally語句

    try-catch語句還可以包括第三部分，就是finally子句。它表示無論是否出現異常，都應當執行的內容。try-catch-finally語句的一般語法形式爲：

try { // 可能會發生異常的程序代碼 

} catch (Type1 id1) {  // 捕獲並處理try拋出的異常類型Type1 

} catch (Type2 id2) {  // 捕獲並處理try拋出的異常類型Type2 

} finally { 

         // 無論是否發生異常，都將執行的語句塊

} 

小結：

try塊：用於捕獲異常。其後可接零個或多個catch塊，如果沒有catch塊，則必須跟一個finally塊。
catch塊：用於處理try捕獲到的異常。
finally塊：無論是否捕獲或處理異常，finally塊裏的語句都會被執行。當在try塊或catch塊中遇到return語句時，finally語句塊將在方法返回之前被執行。在以下4種特殊情況下，finally塊不會被執行：

1）在finally語句塊中發生了異常。

2）在前面的代碼中用了System.exit()退出程序。

3）程序所在的線程死亡。

4）關閉CPU。

 

3. try-catch-finally 規則(異常處理語句的語法規則）：

    1)  必須在 try 之後添加 catch 或finally 塊。try 塊後可同時接catch 和finally 塊，但至少有一個塊。

    2) 必須遵循塊順序：若代碼同時使用 catch 和finally 塊，則必須將catch 塊放在try 塊之後。

    3) catch 塊與相應的異常類的類型相關。

    4) 一個 try 塊可能有多個catch 塊。若如此，則執行第一個匹配塊。即Java虛擬機會把實際拋出的異常對象依次和各個catch代碼塊聲明的異常類型匹配，如果異常對象爲某個異常類型或其子類的實例，就執行這個catch代碼塊，不會再執行其他的catch代碼塊

    5) 可嵌套 try-catch-finally 結構。

    6) 在 try-catch-finally 結構中，可重新拋出異常。

    7) 除了下列情況，總將執行 finally 做爲結束：JVM 過早終止（調用System.exit(int)）；在 finally 塊中拋出一個未處理的異常；計算機斷電、失火、或遭遇病毒攻擊。

4. try、catch、finally語句塊的執行順序:

    1)當try沒有捕獲到異常時：try語句塊中的語句逐一被執行，程序將跳過catch語句塊，執行finally語句塊和其後的語句；

    2)當try捕獲到異常，catch語句塊裏沒有處理此異常的情況：當try語句塊裏的某條語句出現異常時，而沒有處理此異常的catch語句塊時，此異常將會拋給JVM處理，finally語句塊裏的語句還是會被執行，但finally語句塊後的語句不會被執行；

    3)當try捕獲到異常，catch語句塊裏有處理此異常的情況：在try語句塊中是按照順序來執行的，當執行到某一條語句出現異常時，程序將跳到catch語句塊，並與catch語句塊逐一匹配，找到與之對應的處理程序，其他的catch語句塊將不會被執行，而try語句塊中，出現異常之後的語句也不會被執行，catch語句塊執行完後，執行finally語句塊裏的語句，最後執行finally語句塊後的語句；

5.拋出異常

    任何Java代碼都可以拋出異常，如：自己編寫的代碼、來自Java開發環境包中代碼，或者Java運行時系統。無論是誰，都可以通過Java的throw語句拋出異常。從方法中拋出的任何異常都必須使用throws子句。

1.throws拋出異常

    如果一個方法可能會出現異常，但沒有能力處理這種異常，可以在方法聲明處用throws子句來聲明拋出異常。例如汽車在運行時可能會出現故障，汽車本身沒辦法處理這個故障，那就讓開車的人來處理。

    throws語句用在方法定義時聲明該方法要拋出的異常類型，如果拋出的是Exception異常類型，則該方法被聲明爲拋出所有的異常。多個異常可使用逗號分割。throws語句的語法格式爲：

methodname throws Exception1,Exception2,..,ExceptionN  { 

} 

    方法名後的throws Exception1,Exception2,...,ExceptionN 爲聲明要拋出的異常列表。當方法拋出異常列表的異常時，方法將不對這些類型及其子類類型的異常作處理，而拋向調用該方法的方法，由他去處理。例如：

import java.lang.Exception; 

public class TestException { 

    static void pop() throws NegativeArraySizeException { 

        // 定義方法並拋出NegativeArraySizeException異常 

        int[] arr = new int[-3]; // 創建數組 

    } 

    public static void main(String[] args) { // 主方法 

        try { // try語句處理異常信息 

            pop(); // 調用pop()方法 

        } catch (NegativeArraySizeException e) { 

            System.out.println("pop()方法拋出的異常");// 輸出異常信息 

        } 

    } 

} 

    使用throws關鍵字將異常拋給調用者後，如果調用者不想處理該異常，可以繼續向上拋出，但最終要有能夠處理該異常的調用者。

    pop方法沒有處理異常NegativeArraySizeException，而是由main函數來處理。

Throws拋出異常的規則：

    1) 如果是不可查異常（unchecked exception），即Error、RuntimeException或它們的子類，那麼可以不使用throws關鍵字來聲明要拋出的異常，編譯仍能順利通過，但在運行時會被系統拋出。

   2）必須聲明方法可拋出的任何可查異常（checked exception）。即如果一個方法可能出現受可查異常，要麼用try-catch語句捕獲，要麼用throws子句聲明將它拋出，否則會導致編譯錯誤

   3)僅當拋出了異常，該方法的調用者才必須處理或者重新拋出該異常。當方法的調用者無力處理該異常的時候，應該繼續拋出，而不是囫圇吞棗。

   4）調用方法必須遵循任何可查異常的處理和聲明規則。若覆蓋一個方法，則不能聲明與覆蓋方法不同的異常。聲明的任何異常必須是被覆蓋方法所聲明異常的同類或子類。  

void method1() throws IOException{}  //合法   

//編譯錯誤，必須捕獲或聲明拋出IOException   

void method2(){   

  method1();   

}   

//合法，聲明拋出IOException   

void method3()throws IOException {   

  method1();   

}   

//合法，聲明拋出Exception，IOException是Exception的子類   

void method4()throws Exception {   

  method1();   

}   

//合法，捕獲IOException   

void method5(){   

 try{   

    method1();   

 }catch(IOException e){…}   

}   

//編譯錯誤，必須捕獲或聲明拋出Exception   

void method6(){   

  try{   

    method1();   

  }catch(IOException e){throw new Exception();}   

}   

//合法，聲明拋出Exception   

void method7()throws Exception{   

 try{   

  method1();   

 }catch(IOException e){throw new Exception();}   

}  

判斷一個方法可能會出現異常的依據如下：

    1）方法中有throw語句。例如，以上method7()方法的catch代碼塊有throw語句。

    2）調用了其他方法，其他方法用throws子句聲明拋出某種異常。例如，method3()方法調用了method1()方法，method1()方法聲明拋出IOException，因此，在method3()方法中可能會出現IOException。  

2. 使用throw拋出異常

     throw總是出現在函數體中，用來拋出一個Throwable類型的異常。程序會在throw語句後立即終止，它後面的語句執行不到，然後在包含它的所有try塊中（可能在上層調用函數中）從裏向外尋找含有與其匹配的catch子句的try塊。

     我們知道，異常是異常類的實例對象，我們可以創建異常類的實例對象通過throw語句拋出。該語句的語法格式爲：

throw new exceptionname;

    例如拋出一個IOException類的異常對象：

        throw new IOException;

    要注意的是，throw 拋出的只能夠是可拋出類Throwable 或者其子類的實例對象。下面的操作是錯誤的：

       throw new String("exception");

    這是因爲String 不是Throwable 類的子類。

    如果拋出了檢查異常，則還應該在方法頭部聲明方法可能拋出的異常類型。該方法的調用者也必須檢查處理拋出的異常。

    如果所有方法都層層上拋獲取的異常，最終JVM會進行處理，處理也很簡單，就是打印異常消息和堆棧信息。如果拋出的是Error或RuntimeException，則該方法的調用者可選擇處理該異常。

package Test; 

import java.lang.Exception; 

public class TestException { 

    static int quotient(int x, int y)throws MyException { // 定義方法拋出異常 

        if (y< 0) { // 判斷參數是否小於0 

            throw new MyException("除數不能是負數");// 異常信息 

        } 

        return x/y;// 返回值 

    } 

    public static void main(String args[]) { // 主方法 

        int  a =3; 

        int  b =0;  

        try { // try語句包含可能發生異常的語句 

            int result = quotient(a,b);// 調用方法quotient() 

        } catch (MyException e) { // 處理自定義異常 

            System.out.println(e.getMessage()); // 輸出異常信息 

        } catch (ArithmeticException e) { // 處理ArithmeticException異常 

            System.out.println("除數不能爲0");// 輸出提示信息 

        } catch (Exception e) { // 處理其他異常 

            System.out.println("程序發生了其他的異常"); // 輸出提示信息 

        } 

    } 

} 

class MyException extends Exception { // 創建自定義異常類 

    String message; // 定義String類型變量 

    public MyException(String ErrorMessagr) { // 父類方法 

        message = ErrorMessagr; 

    } 

    public String getMessage() { // 覆蓋getMessage()方法 

        return message; 

    } 

} 

6 異常鏈

    1) 如果調用quotient(3,-1)，將發生MyException異常，程序調轉到catch (MyException e)代碼塊中執行；

    2) 如果調用quotient(5,0)，將會因“除數爲0”錯誤引發ArithmeticException異常，屬於運行時異常類，由Java運行時系統自動拋出。quotient（）方法沒有捕捉ArithmeticException異常，Java運行時系統將沿方法調用棧查到main方法，將拋出的異常上傳至quotient（）方法的調用者：

int result = quotient(a,b);// 調用方法quotient()

    由於該語句在try監控區域內，因此傳回的“除數爲0”的ArithmeticException異常由Java運行時系統拋出，並匹配catch子句：

catch (ArithmeticException e) { // 處理ArithmeticException異常

System.out.println("除數不能爲0");// 輸出提示信息

}

    處理結果是輸出“除數不能爲0”。Java這種向上傳遞異常信息的處理機制，形成異常鏈。

    Java方法拋出的可查異常將依據調用棧、沿着方法調用的層次結構一直傳遞到具備處理能力的調用方法，最高層次到main方法爲止。如果異常傳遞到main方法，而main不具備處理能力，也沒有通過throws聲明拋出該異常，將可能出現編譯錯誤。

   3)如還有其他異常發生，將使用catch (Exception e)捕捉異常。由於Exception是所有異常類的父類，如果將catch (Exception e)代碼塊放在其他兩個代碼塊的前面，後面的代碼塊將永遠得不到執行，就沒有什麼意義了，所以catch語句的順序不可掉換。

 

7.Throwable類中的常用方法

    注意：catch關鍵字後面括號中的Exception類型的參數e。Exception就是try代碼塊傳遞給catch代碼塊的變量類型，e就是變量名。catch代碼塊中語句"e.getMessage();"用於輸出錯誤性質。通常異常處理常用3個函數來獲取異常的有關信息:

    getCause()：返回拋出異常的原因。如果 cause 不存在或未知，則返回null。

    getMeage()：返回異常的消息信息。

    printStackTrace()：對象的堆棧跟蹤輸出至錯誤輸出流，作爲字段 System.err 的值。

    有時爲了簡單會忽略掉catch語句後的代碼，這樣try-catch語句就成了一種擺設，一旦程序在運行過程中出現了異常，就會忽略處理異常，而錯誤發生的原因很難查找。

8.Java常見異常

    在Java中提供了一些異常用來描述經常發生的錯誤，對於這些異常，有的需要程序員進行捕獲處理或聲明拋出，有的是由Java虛擬機自動進行捕獲處理。Java中常見的異常類:

1. runtimeException子類:

l  java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException

l  數組索引越界異常。當對數組的索引值爲負數或大於等於數組大小時拋出。

l  java.lang.ArithmeticException

l  算術條件異常。譬如：整數除零等。

l  java.lang.NullPointerException

    空指針異常。當應用試圖在要求使用對象的地方使用了null時，拋出該異常。譬如：調用null對象的實例方法、訪問null對象的屬性、計算null對象的長度、使用throw語句拋出null等等

 

l  java.lang.ClassNotFoundException

找不到類異常。當應用試圖根據字符串形式的類名構造類，而在遍歷CLASSPAH之後找不到對應名稱的class文件時，拋出該異常。

l  java.lang.NegativeArraySizeException  數組長度爲負異常

l  java.lang.ArrayStoreException 數組中包含不兼容的值拋出的異常

l  java.lang.SecurityException 安全性異常

l  java.lang.IllegalArgumentException 非法參數異常

2.IOException

l  IOException：操作輸入流和輸出流時可能出現的異常。

l  EOFException   文件已結束異常

l  FileNotFoundException   文件未找到異常

3. 其他

l  ClassCastException    類型轉換異常類

l  ArrayStoreException  數組中包含不兼容的值拋出的異常

l  SQLException   操作數據庫異常類

l  NoSuchFieldException   字段未找到異常

l  NoSuchMethodException   方法未找到拋出的異常

l  NumberFormatException    字符串轉換爲數字拋出的異常

l  StringIndexOutOfBoundsException 字符串索引超出範圍拋出的異常

l  IllegalAccessException  不允許訪問某類異常

l  InstantiationException  當應用程序試圖使用Class類中的newInstance()方法創建一個類的實例，而指定的類對象無法被實例化時，拋出該異常

9.自定義異常

    使用Java內置的異常類可以描述在編程時出現的大部分異常情況。除此之外，用戶還可以自定義異常。用戶自定義異常類，只需繼承Exception類即可。

    在程序中使用自定義異常類，大體可分爲以下幾個步驟。

（1）創建自定義異常類。

（2）在方法中通過throw關鍵字拋出異常對象。

（3）如果在當前拋出異常的方法中處理異常，可以使用try-catch語句捕獲並處理；否則在方法的聲明處通過throws關鍵字指明要拋出給方法調用者的異常，繼續進行下一步操作。

（4）在出現異常方法的調用者中捕獲並處理異常。

在上面的“使用throw拋出異常”例子已經提到了。