【手把手带你学JavaSE】全方面带你了解异常

一、什么是异常？

异常是一个在程序执行期间发生的事件，它中断正在执行的程序的正常指令流。为了能够及时有效地处理程序中的运行错误，必须使用异常类。

举一个非常经典的例子：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(11/0);
    }
}
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像这样，就会抛出 java.lang.ArithmeticException 的异常。

1.数组越界异常

public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1,2,3,4,5};
        System.out.println(arr[6]);
    }
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2.算术异常

public static void main(String[] args) {
        System.out.println(10/0);
    }
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3.输入异常

public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int n = sc.nextInt();//输入1.0
    }
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4.空指针异常

public static void main(String[] args) {
        int[] arr = null;
        System.out.println(arr.length);
    }
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二、异常的体系结构

异常种类繁多，为了对不同异常或者错误进行很好的分类管理，Java内部维护了一个异常的体系结构：

从上图中可以看到：

1. Throwable：是异常体系的顶层类，其派生出两个重要的子类, Error 和 Exception
2. Error：指的是Java虚拟机无法解决的严重问题，比如：JVM的内部错误、资源耗尽等，典型代表：StackOverflowError和OutOfMemoryError，一旦发生回力乏术。
3. Exception：异常产生后程序员可以通过代码进行处理，使程序继续执行。

防御式编程
LBYL：Look Before You Leap。在操作之前就做充分的检查
EAFP：It’s Easier to Ask Forgiveness than Permission. 事后获取原谅比事前获取许可更容易". 也就是先操作, 遇到问题再处理.

三、异常的分类

1.编译时异常

class Person {
    private String name;
    int age;

    @Override
    protected Object clone(){
        return (Person)super.clone();
    }
}
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像上面整个想要让该类支持深拷贝，覆写object类的clone方法即可。

class Person {
    private String name;
    int age;

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
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2.运行时异常
在程序执行期间发生的异常，称为运行时异常，也称为非受检查异常。

这里我们借助JavaAPI，可以知道RunTimeException以及其子类对应的异常，都称为运行时异常。

注意：编译时出现的语法性错误，不能称之为异常！
比如我们这里把println写成了prinln 这就称为语法错误，而不是异常了！

四、异常的好处

优点1：将错误处理代码与“常规”代码分离
异常提供了一种方法来分离当一个程序的主逻辑发生异常情况时应该做什么的细节。 在传统的编程中，错误检测、报告和处理常常导致混淆意大利面条代码（spaghetti code）。
优点2：将错误沿调用推栈向上传递
异常的第二个优点是能够在方法的调用堆栈上将错误向上传递。
优点3：对错误类型进行分组和区分

五、异常的处理

在Java中，异常处理主要的5个关键字：throw、try、catch、final、throws。

5.1 异常的捕获

我们在进行除法计算的时候，可能会出现除数是0，访问数组对象时，可能出现数组越界，使用一个对象时，可能会出现空指针异常，知道一段代码可能出现某种或某些异常，我们可以对异常进行捕获，语法如下：

try {
        //可能出现异常的代码段
}catch (异常类 异常变量名) {
       //处理该异常
}finally {
       //异常的出口
}

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5.2 try - catch

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。

public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] arr ={1,2,3,4,5};
            arr[6]= 1;
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("数组越界！");
        }
        System.out.println("666");
    }
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像上面这样就算运行时异常，但还是会打印666的结果！我们可以发现系统处理完异常后，程序正常进行到结束.

关于调用栈

方法之间是存在相互调用关系的, 这种调用关系我们可以用 “调用栈” 来描述. 在 JVM 中有一块内存空间称为 “虚拟机栈” 专门存储方法之间的调用关系. 当代码中出现异常的时候, 我们就可以使用 e.printStackTrace(); 的方式查看出现异常代码的调用栈.

多重捕获快:

public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] arr ={1,2,3,4,5};
            arr[3]= 1;
            arr = null;
            System.out.println(arr.length);
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("数组越界！");
        }catch(NullPointerException e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("空指针异常！");
        }
        System.out.println("666");
    }
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try中可能会抛出多个不同的异常对象，则必须用多个catch来捕获----即多种异常，多次捕获

同样你想要简写的话可以这样写

public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] arr ={1,2,3,4,5};
            arr[3]= 1;
            arr = null;
            System.out.println(arr.length);
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException  | NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获了一个数组越界或者空指针异常！");
        }
        System.out.println("666");
    }
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如果异常之间具有父子关系，一定是子类异常在前catch，父类异常在后catch，否则编译报错.

public static void main(String[] args) {
        try{
            
        }catch(Exception e) {
            
        }catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            
        }
    }

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5.3 异常的抛出

在编写程序时，如果程序中出现错误，此时就需要将错误的信息告知给调用者，比如：参数检测。在Java中，可以借助throw关键字，抛出一个指定的异常对象，将错误信息告知给调用者。具体语法如下：
throw关键字：

public static int divide (int x, int y){
        if(y == 0){
            throw new ArithmeticException("抛出0异常！");
        }
        return x / y;
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(divide(10,0));
    }
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1. throw必须写在方法体内部
2. 抛出的对象必须是Exception 或者 Exception 的子类对象
3. 如果抛出的是 RunTimeException 或者 RunTimeException 的子类，则可以不用处理，直接交给JVM来处理
4. 如果抛出的是编译时异常，用户必须处理，否则无法通过编译
5. 异常一旦抛出，其后的代码就不会执行

throws关键字：
下面方法的声明抛出一个 RemoteException 异常：

public void func(int x) throws RemoteException{
        throw new RemoteException();
    }
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一个方法可以声明抛出多个异常，多个异常之间用逗号隔开。例如，下面的方法声明抛出 RemoteException 和 InsufficientFundsException：

 public void withdraw(double amount) throws RemoteException,
                              InsufficientFundsException
   {
   }

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【注意事项】

1. throws必须跟在方法的参数列表之后
2. 声明的异常必须是 Exception 或者 Exception 的子类
3. 方法内部如果抛出了多个异常，throws之后必须跟多个异常类型，之间用逗号隔开，如果抛出多个异常类型具有父子关系，直接声明父类即可。
4. 调用 声明抛出异常 的方法时，调用者必须对该异常进行处理，或者继续使用throws抛出；如果是受查异常(如：CloneNotSupportedException)，可以使用throws一直抛出，程序可以正常运行结束；如果是非受查异常，如果一直使用throws来处理，抛出到main方法后，最后是交给JVM处理的，程序会异常终止。

5.4 finally

finally 代码块中的代码用于处理善后工作, 会在最后执行
有些特定的代码，不论程序是否发生异常，都需要执行，比如程序中打开的资源：网络连接、数据库 连接、IO流等，在程序正常或者异常退出时，必须要对资源进进行回收。另外，因为异常会引发程序的跳转，可能导致有些语句执行不到，finally就是用来解决这个问题的。

语法规则：

try{
  // 可能会发生异常的代码
}catch(异常类型 e){
  // 对捕获到的异常进行处理
}finally{
  // 此处的语句无论是否发生异常，都会被执行到
}

// 如果没有抛出异常，或者异常被捕获处理了，这里的代码也会执行

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public static void main(String[] args) {
        try{
            int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
            arr[3] = 1;
            arr = null;
            System.out.println(arr.length);
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException | NullPointerException e){
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获了一个数组越界或者空指针异常！");
        }finally {
            System.out.println("finally中的代码一定会执行");
        }
        System.out.println("如果没有抛出异常，或者异常被处理了，try-catch后的代码也会执行");
    }
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道理我都懂，那么为什么try-catch后面代码会执行，还要使用finally？

public static int get(){
        Scanner sc = null;
        int n = 0;
        try {
            sc = new Scanner(System.in);
            n = sc.nextInt();
            return n;
        }catch (InputMismatchException e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            System.out.println("finally中的代码一定会执行");
        }
        System.out.println("try-catch执行完毕!");
        if(null != sc){
            sc.close();
        }
        return n;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int n = get();
    }
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没有对sc进行释放，只有在finally中加上才能实现程序的安全性.

finally是具有一定的危险性了！
举例：

public static int func1() {
        try{
            return 1;
        }finally {
            return 2;
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(func1());
    }

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这里输出的是1还是2?

finally 执行的时机是在方法返回之前(try 或者 catch 中如果有 return 会在这个 return 之前执行 finally). 但是如果finally 中也存在 return 语句, 那么就会执行 finally 中的 return, 从而不会执行到 try 中原有的 return.

5.5 JVM处理异常

如果我们一直将异常向上抛，抛给主方法还没有处理，系统将会抛给JVM处理，异常终止程序.try中的异常如果没有catch捕捉处理也是一样的.

public static void func1(){
        int[] arr = {1,2,3,4,5};
        arr[6] = 1;
    }

    public static void main(String[] args) {
        func1();
        System.out.println("main未处理异常！");
    }
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1. 程序先执行 try 中的代码
2. 如果 try 中的代码出现异常, 就会结束 try 中的代码, 看和 catch 中的异常类型是否匹配.
3. 如果找到匹配的异常类型, 就会执行 catch 中的代码
4. 如果没有找到匹配的异常类型, 就会将异常向上传递到上层调用者.
5. 无论是否找到匹配的异常类型, finally 中的代码都会被执行到(在该方法结束之前执行).
6. 如果上层调用者也没有处理的了异常, 就继续向上传递.
7. 一直到 main 方法也没有合适的代码处理异常, 就会交给 JVM 来进行处理, 此时程序就会异常终止.

六、自定义异常类

虽然Java中提供了丰富的异常类，但是并不是完全可以解决实际开发过程中所遇到的一些异常，这就需要我们程序员根据实际情况维护我们符合实际情况的异常结构了！

自定义方式：

1. 自定义异常类，然后继承自Exception 或者 RunTimeException
2. 实现一个带有String类型参数的构造方法，参数含义：出现异常的原因

注意事项：

1. 自定义异常通常会继承自 Exception 或者 RuntimeException
2. 继承自 Exception 的异常默认是受查异常
3. 继承自 RuntimeException 的异常默认是非受查异常

public class PassWorldException extends Exception{
    public PassWorldException() {
        super();
    }

    public PassWorldException(String message) {
        super(message);
    }
}


public class UserNameErrorException extends Exception{
    public UserNameErrorException() {
        super();
    }

    public UserNameErrorException(String message) {
        super(message);
    }
}


import java.util.Scanner;

public class Login {
    private String userName = "rong";
    private String passWoorld = "123456";

    public void loginInfo(String userName,String passWoorld) throws UserNameErrorException,PassWorldException{
        if(!this.userName.equals(userName)){
            throw new UserNameErrorException("用户名错误");
        }
        if(!this.passWoorld.equals(passWoorld)){
            throw new PassWorldException("密码错误");
        }
        System.out.println("登录成功！");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("输入用户名:");
        String userName = scanner.nextLine();
        System.out.println("输入密码:");
        String passWorld = scanner.nextLine();
        try{
            Login login = new Login();
            login.loginInfo(userName, passWorld);
        }catch (UserNameErrorException | PassWorldException e){
            e.printStackTrace();
        }finally{
            scanner.close();
        }
    }
}

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