本文是Java基礎課程的第十課。主要介紹Java中的異常處理機制，包括異常與錯誤、常見異常、try…catch語句塊、throw\throws關鍵字、自定義異常等內容

文章目錄

一、Java中的異常與錯誤

1、什麼是異常與錯誤

大多數情況下，程序運行過程中不可能一帆風順，不可避免的會出現一些非正常的現象，比如用戶輸入了非法數據、程序要讀取的文件並不存在、某一步運算出現除數是0的情況、訪問的數組下標越界了、網絡臨時中斷、甚至內存不夠用而產生內存溢出等等。引起這些非正常現象的原因不一而足，有的是因爲用戶錯誤引起，有的是程序錯誤引起的，還有其它一些是因爲物理錯誤引起的。如果程序中出現了非正常的現象而沒有得到及時的處理，程序可能會掛起、自動退出、甚至崩潰，程序的健壯性會大大降低。

在Java中，這些非正常現象可以分爲異常和錯誤。

異常一般指在程序運行過程中，可以預料的非正常現象，異常一般是開發人員可控的，異常可以、也應當在程序中被捕獲並進行相應的處理，以保證程序的健壯。

錯誤一般指在程序運行過程中，不可預料的非正常現象，錯誤對於程序來說往往是致命的，一般是開發人員很難處理、無法控制的，因此也不需要開發人員進行處理。

2、相關類繼承關係

由於異常和錯誤總是難免的，良好的應用程序除了具備用戶所要求的基本功能外，還應該具備準確定義並描述錯誤和異常，及預見並處理可能發生的各種異常的能力。Java定義了一系列用以描述錯誤和異常的類，並且引進了一套用以捕獲、拋出、處理異常的機制。

在Java中，異常和錯誤都直接或間接繼承自Throwable類，Throwable類有兩個直接派生類，分別是Error類和Exception類，Error類及其派生類用來描述錯誤，Exception類及其派生類用來描述異常。下面是圖示：

錯誤一般發生在嚴重故障時。虛擬機會捕獲錯誤、實例化相應Error類的派生類對象並拋出。通常發生錯誤的情況脫離開發人員的控制，也無法預料，所以在開發過程中通常不用刻意考慮。但開發人員應該認識一些可能會遇到的Error類的派生類，方便在發生錯誤時定位、理解所發生的問題。

異常由Exception類及其派生類來表示，Java中的異常也可以分成兩部分，一部分是檢查性異常，一部分是運行時異常。具體說明如下：

檢查性異常：除了RuntimeException類及其派生類所代表的異常之外，其他Exception類的派生類所代表的異常都是檢查性異常。檢查性異常在編譯時不能簡單的忽略，必須在源碼中進行捕獲處理，這是編譯檢查的一部分。檢查性異常也被稱作設計時異常。
運行時異常：RuntimeException類及其派生類所代表的異常都是運行時異常。運行時異常是可以通過開發人員的努力而避免的。與檢查性異常相反的是，運行時異常可以在編譯時忽略。運行時異常也被稱作非檢查性異常。

二、異常

前文中已經提到，Java中的異常分爲檢查性異常與運行時異常，檢查性異常編譯時不能忽略，強制要求開發人員在開發階段捕獲處理；運行時異常不強制要求在代碼中捕獲並處理，但開發人員應在編碼過程中仔細完善代碼邏輯，儘量避免運行時異常的發生。

下面是一個代碼邏輯錯誤而導致運行時異常的示例：

package com.codeke.java.test;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int num1 = 10;
        int num2 = 0;
        System.out.println("begin");
        int result = num1 / num2;
        System.out.println("end");
    }
}

執行輸出結果：

begin
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
	at com.codeke.java.test.Test.main(Test.java:8)

說明：

本例中，變量num2的值爲0，當num2作爲除數時，出現ArithmeticException異常，程序退出，語句System.out.println("end")不再執行。

1、JDK中常見的異常類

JDK中已經內置了很多異常類，開發人員在開發調式代碼的過程中應該逐步認識並熟悉它們。

下面是一些JDK中常見的代表運行時異常的類：

異常類名	說明
`ArithmeticException`	當出現異常的運算條件時，拋出此異常。例如，一個整數"除以零"
`ArrayIndexOutOfBoundsException`	用非法索引訪問數組時拋出的異常。如果索引爲負或大於等於數組大小，則該索引爲非法索引
`ArrayStoreException`	試圖將錯誤類型的對象存儲到一個對象數組時拋出的異常
`ClassCastException`	當試圖將對象強制轉換爲不是實例的子類時，拋出該異常
`IllegalArgumentException`	拋出的異常表明向方法傳遞了一個不合法或不正確的參數
`IllegalThreadStateException`	線程沒有處於請求操作所要求的適當狀態時拋出的異常
`IndexOutOfBoundsException`	指示某排序索引（例如對數組、字符串或向量的排序）超出範圍時拋出
`NullPointerException`	當應用程序試圖在需要對象的地方使用 null 時，拋出該異常
`NumberFormatException`	當應用程序試圖將字符串轉換成一種數值類型，但該字符串不能轉換爲適當格式時，拋出該異常
`StringIndexOutOfBoundsException`	此異常由字符串方法拋出，指示索引或者爲負，或者超出字符串的大小
`UnsupportedOperationException`	當不支持請求的操作時，拋出該異常

下面是一些JDK中常見的代表檢查性異常的類：

異常類名	說明
`FileNotFoundException`	文件操作時，找不到文件，拋出該異常
`ClassNotFoundException`	應用程序試圖加載類時，找不到相應的類，拋出該異常
`IllegalAccessException`	拒絕訪問一個類的時候，拋出該異常
`NoSuchFieldException`	請求的字段不存在，拋出該異常
`NoSuchMethodException`	請求的方法不存在，拋出該異常
`InterruptedException`	一個線程被另一個線程中斷，拋出該異常

2、捕獲和處理異常

2.1、try…catch語句塊

在Java代碼中，使用try...catch語句塊可以捕獲異常並進行處理，try...catch語句塊放在異常可能發生的地方，try...catch語句塊中的代碼稱爲保護代碼。使用try...catch語句塊的語法如下：

try {
   // 程序代碼
} catch (ExceptionName e) {
   // catch 塊
}

說明：

可能發生異常的程序代碼放在try語句塊中。
catch關鍵字後面緊跟的()中包含要捕獲異常類型的聲明，catch語句塊中包含的代碼一般爲對異常的處理。
程序運行過程中，如果try語句塊內的代碼沒有出現任何異常，後面的catch語句塊不執行；而當try語句塊內的代碼發生一個異常時，try語句塊中的後續代碼不再執行，系統會實例化一個該異常對應的異常類對象，後面的 catch語句塊會被檢查，如果該異常類對象 is acatch關鍵字後面所聲明異常類的對象，該對象會被傳遞到catch語句塊中，該catch語句塊中的代碼將被執行。

下面是一個示例：

package com.codeke.java.test;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int num1 = 10;
        int num2 = 0;
        System.out.println("begin");
        // 使用try...catch 包裹可能發生異常的代碼
        try {
            int result = num1 / num2;
        } catch (ArithmeticException e) {
            e.printStackTrace();  // 對異常的處理
        }
        // 後續代碼仍將得到執行
        System.out.println("end");
    }
}

執行輸出結果：

begin
java.lang.ArithmeticException: / by zero
	at com.codeke.java.test.Test.main(Test.java:10)
end

說明：

本例中，用try語句塊包裹了可能出現異常的代碼int result = num1 / num2。
當try語句塊中出現算術運算異常時，系統實例化了一個ArithmeticException類的對象，並檢查該對象是否 is acatch關鍵字後面所聲明異常類型的對象，如果是，將對象傳入catch語句塊。
在catch語句塊中，異常類對象e調用了printStackTrace()方法，該方法可以向控制檯打印異常信息。
異常被捕獲處理後，程序沒有退出，catch語句塊之後的後續代碼得以執行，本例中語句System.out.println("end")被執行。

在異常發生時，所有的異常信息都被封裝成爲一個個異常類的對象，異常類從Throwable類繼承了一些常用的方法，用以獲取異常信息，下面列出異常類常用的API：

方法	返回值類型	方法說明
`getMessage()`	`String`	返回關於發生的異常的詳細信息。這個消息在Throwable 類的構造函數中初始化了
`getCause()`	`Throwable`	返回一個Throwable 對象代表異常原因
`printStackTrace()`	`void`	打印toString()結果和棧層次到System.err，即錯誤輸出流
`getStackTrace()`	`StackTraceElement []`	返回一個包含堆棧層次的數組。下標爲0的元素代表棧頂，最後一個元素代表方法調用堆棧的棧底
`fillInStackTrace()`	`Throwable`	用當前的調用棧層次填充Throwable 對象棧層次，添加到棧層次任何先前信息中
`toString()`	`String`	使用getMessage()的結果返回類的串級名字

2.2、多重 catch

一個 try語句塊後面可以跟隨多個 catch語句塊，用於對try語句塊中可能發生的多個異常進行捕獲，這種情況也被稱作多重捕獲。

使用多重catch語句塊的語法如下：

try {
   // 程序代碼
} catch (ExceptionName1 e1){
  // catch 塊1
} catch (ExceptionName2 e2){
  // catch 塊2
} catch (ExceptionName3 e3){
  // catch 塊3
}

在有多重catch語句塊的情況下，如果try語句塊中發生異常，try語句塊中的後續代碼不再執行，系統會實例化一個相應異常類型的對象，並檢查從上往下第一個catch關鍵字後面聲明的異常類型，符合 is a 關係時，將對象傳入catch語句塊，否則繼續往下檢查第二個catch關鍵字後面聲明的異常類型，直到找到對應的catch語句塊或通過所有的catch語句塊爲止。

下面是一個針對多個可能發生的檢查性異常，使用多重catch的示例：

package com.codeke.java.test;

import java.io.*;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("begin");
        // 實例化file對象
        File file = new File("D:\\test.txt");
        try {
            // 獲取file對象的輸入流
            FileInputStream in = new FileInputStream(file);
            // 讀取輸入流中的第一個字節
            int i = in.read();
        } catch (FileNotFoundException e) {  // 第一個catch語句塊
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {    // 第二個catch語句塊
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("end");
    }
}

執行輸出結果：

begin
java.io.FileNotFoundException: D:\test.txt (系統找不到指定的文件。)
	at java.io.FileInputStream.open0(Native Method)
	at java.io.FileInputStream.open(FileInputStream.java:195)
	at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:138)
	at com.codeke.java.test.Test.main(Test.java:12)
end

說明：

本例中，語句FileInputStream in = new FileInputStream(file)可能會發生FileNotFoundException，語句int i = in.read()可能發生IOException，針對可能發生的這兩個異常，使用了兩個catch語句塊。
如果要捕獲的異常類之間沒有繼承關係，各類的catch語句塊順序無關緊要，但當它們之間有繼承關係時，應該將派生類的catch語句塊放在基類的catch語句塊之前。本例中，FileNotFoundException爲IOException的派生類，故應該寫在前面。

多重捕獲也可以合併寫在一個catch語句塊中，語法如下：

try {
	// 程序代碼
} catch (ExceptionName1 | ExceptionName2 [| ExceptionName3 ... | ExceptionNameN] e){
	// catch 塊
}

需要注意的是，這種寫法僅限於要捕獲的各異常類之間沒有繼承關係的情況。後續章節的代碼中會出現這種情況，這裏不再舉例。

2.3、finally語句塊

在try...catch語句塊後，可以使用finally語句塊，無論try語句塊中的代碼是否發生異常，finally語句塊中的代碼總是會被執行，也因此，finally語句塊中適合進行清理、回收資源等收尾善後性質的工作。

在try...catch語句塊後跟隨finally語句塊需要使用finally關鍵字，語法如下：

try {
   // 程序代碼
} catch (ExceptionName1 e1){
  // catch 塊1
} catch (ExceptionName2 e2){
  // catch 塊2
} finally {
  // 必須執行的代碼，適合收尾、善後等
}

下面是一個示例：

package com.codeke.java.test;

import java.io.*;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("begin");
        // 實例化file對象
        File file = new File("D:\\test.txt");
        FileInputStream in = null;
        try {
            // 獲取file對象的輸入流
            in = new FileInputStream(file);
            // 讀取輸入流中的第一個字節
            int i = in.read();
        } catch (FileNotFoundException e) {  // 第一個catch語句塊
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {    // 第二個catch語句塊
            e.printStackTrace();
        } finally {                 // finally語句塊
            try {
                if (in != null) {
                    in.close();        // 關閉輸入流，這個操作本身也可能發生IOException，要求強制檢查
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("finally");
        }
        System.out.println("end");
    }
}

執行輸出結果：

begin
java.io.FileNotFoundException: D:\test.txt (系統找不到指定的文件。)
	at java.io.FileInputStream.open0(Native Method)
	at java.io.FileInputStream.open(FileInputStream.java:195)
	at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:138)
	at com.codeke.java.test.Test.main(Test.java:13)
finally
end

說明：

本例完善了上一示例，在獲取輸入輸出流，進行完讀寫操作後，應當將輸入輸出流關閉，故在本例中，使用了finally語句塊，無論是否發生異常，finally語句塊中的語句in.close()都會將輸入流關閉。
細心的開發者可能會考慮這樣一個問題：如果不使用finally語句塊，而是直接將finally語句塊中的語句放在catch語句塊外的後續代碼中，無論try語句塊中是否發生異常，這些語句不是仍然會執行嗎？finally語句塊又有什麼使用的必要呢？事實上，考慮try語句塊或catch語句塊中有return語句的情況，catch語句塊外的後續代碼不一定能得到執行的機會，而就算try語句塊或catch語句塊中有return語句，finally語句塊中的代碼仍然會被執行，甚至，如果finally語句塊中也有return語句時，會覆蓋try語句塊或catch語句塊中的返回值，因此，使用finally語句塊來執行收尾善後工作是必要的，也是開發人員應該養成的一個良好的編碼習慣。

3、拋出異常

3.1、throw關鍵字

通常，異常是自動拋出的。但開發人員也可以通過throw關鍵字拋出異常。throw語句拋出異常的語法格式如下：

throw new 異常類名([異常描述]);

下面是一個示例：

package com.codeke.java.test;

import java.util.Scanner;

/**
 * 年滿18週歲可報考駕校，如果年齡不滿18週歲不允許包括駕校。
 * 從鍵盤上輸入年齡，如果年齡不足18歲，拋出異常
 */
public class Test {
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("請輸入年齡：");
        int age = new Scanner(System.in).nextInt();
        validateAge(age);
        System.out.println("年齡超過18歲，允許報考駕校");
    }

    /**
     * 校驗年齡是否不足18歲的方法
     * @param age 要檢驗的年齡
     */
    public static void validateAge(int age){
        if(age < 18){
            throw new RuntimeException("年齡不足18歲，不允許考駕校");
        }
    }
}

執行輸出結果：

請輸入年齡：
16
Exception in thread "main" java.lang.RuntimeException: 年齡不足18歲，不允許考駕校
	at com.codeke.java.test.Test.validateAge(Test.java:24)
	at com.codeke.java.test.Test.main(Test.java:14)

說明：

本例的validateAge(int age)方法中，當傳入的參數age不足18時，由開發人員實例化了一個運行時異常，並使用throw關鍵字將該異常對象拋出。

3.2、throws關鍵字

對於需要捕獲的異常（基本上是檢查性異常），如果一個方法中沒有捕獲，調用該方法的主調方法應該捕獲並處理該異常。爲了明確某個方法不捕獲某個異常，而讓調用該方法的主調方法捕獲異常，可以在方法聲明的時候，使用throws關鍵字拋出該類異常。在方法聲明中拋出某類型異常的語法如下：

[修飾符] 返回值類型 方法名([參數列表]) throws 異常類型名 {
	// 方法體
}

下面是一個示例：

package com.codeke.java.test;

import java.io.*;

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            System.out.println("main start");
            readFile();
            System.out.println("main end");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("main catched");
        }
        System.out.println("over");
    }

    /**
     * 讀取文件
     * @throws IOException IO異常
     */
    public static void readFile() throws IOException {
        File file = new File("D:\\test.txt");
        // 獲取file對象的輸入流
        FileInputStream in = new FileInputStream(file);
        // 讀取輸入流中的第一個字節
        int i = in.read();
    }
}

執行輸出結果：

main start
java.io.FileNotFoundException: D:\test.txt (系統找不到指定的文件。)
	at java.io.FileInputStream.open0(Native Method)
	at java.io.FileInputStream.open(FileInputStream.java:195)
	at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:138)
	at com.codeke.java.test.Test.readFile(Test.java:26)
	at com.codeke.java.test.Test.main(Test.java:10)
main catched
over

說明：

本例中，readFile()方法中可能出現FileNotFoundException和IOException，但在readFile()方法並不想直接捕獲處理這些異常，故可以在方法聲明時使用throws關鍵字拋出異常給主調方法（由於FileNotFoundException是IOException的派生類，故拋出IOException即可），此時，在主調方法中仍然需要捕獲並處理被調方法拋出的異常。

4、自定義異常

系統定義的異常不能代表應用程序中所有的異常，有時開發人員需要聲明自定義異常。聲明自定義異常非常簡單，將系統定義的異常類作爲基類，聲明派生類即可。一般在聲明自定義異常時，會選擇繼承Exception類或RuntimeException類。從Exception類繼承的自定義異常是檢查性異常，在應用程序中必須使用try...catch語句塊捕獲並處理；不過自定義異常一般是可控的異常，大部分情況下不需要捕獲，因此讓自定義異常直接繼承自RuntimeException類是開發人員更多情況下的選擇。

下面是一個示例：
InputException類的源碼：

package com.codeke.java.test;

/**
 * 輸入異常
 */
public class InputException extends RuntimeException {
    public InputException(String message) {
        super(message);
    }
}

測試類Test類的源碼：

package com.codeke.java.test;

import java.util.Scanner;

/**
 * 校驗輸入的姓名不爲空且長度是否不小於6位
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("請輸入用戶名");
        String name = new Scanner(System.in).next();
        validateName(name);
    }

    /**
     * 校驗姓名是否存在並且長度不小於6位
     * @param name 要校驗的姓名
     */
    public static void validateName(String name) {
        if (name == null || name.length() < 6) {
            throw new InputException("用戶名必須填寫，長度不小於6位");
        }
    }
}

執行輸出結果：

請輸入用戶名：
tom
Exception in thread "main" com.codeke.java.test.InputException: 用戶名必須填寫，長度不小於6位
	at com.codeke.java.test.Test.validateName(Test.java:22)
	at com.codeke.java.test.Test.main(Test.java:13)

說明：

本例中，創建了一個自定義異常InputException，它繼承自RuntimeException類，故是一個運行時異常，不強制要求使用try...catch語句塊捕獲並處理。
在本例的validateName(String name)方法中，當傳入的參數name爲空或長度小於6位時，實例化了一個自定義異常，即InputException類的對象，並使用throw關鍵字將該異常對象拋出。

JAVA學習筆記 10 - 異常和錯誤

文章目錄

一、Java中的異常與錯誤

1、什麼是異常與錯誤

2、相關類繼承關係

二、異常

1、JDK中常見的異常類

2、捕獲和處理異常

2.1、try…catch語句塊

2.2、多重 catch

2.3、finally語句塊

3、拋出異常

3.1、throw關鍵字

3.2、throws關鍵字

4、自定義異常

號稱能打敗MLP的KAN到底行不行？數學核心原理全面解析

同事使用 insert into select 遷移數據，開開心心上線，上線後被公司開除！

DeepFilterNet復現

JAVA學習筆記 15 - 函數式接口、Lambda表達式和方法引用

JAVA學習筆記 05 - 字符串

JAVA學習筆記 10 - 異常和錯誤

JAVA學習筆記 04 - 數組

JAVA學習筆記 08 - 繼承、封裝、多態

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