【0基础学Java第十一课】-- 认识异常

11. 认识异常

  • 11.1 异常的概念与体系结构
    • 11.1.1 异常的概念
    • 11.1.2 异常的体系结构
    • 11.1.3 异常的分类
  • 11.2 异常的处理
    • 11.2.1 防御式编程
    • 11.2.2 异常的抛出 throw
    • 11.2.3 异常的捕获
      • 异常声明throws
      • try-catch捕获并处理
      • finally
      • 问题:既然 finally 和 try-catch-finally 后的代码都会执行,那为什么还要有finally呢?
      • 面试题:1.throw和throws的区别?
      • 面试题:2.finally中语句一定会执行吗?
    • 11.2.4 异常的处理流程
  • 11.3 自定义类

11.1 异常的概念与体系结构

11.1.1 异常的概念

在Java中,将程序执行过程中发生的不正常行为称为异常。
常见的异常:

  1. 算术异常
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(10/0);  // 报错 下面代码不会执行
        System.out.println("after");
    }

在这里插入图片描述
2. 数组越界异常

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

在这里插入图片描述

  1. 空指针异常
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = null;
        System.out.println(arr.length);
    }

在这里插入图片描述Java中不同类型的异常,都有其对应的类进行描述。

11.1.2 异常的体系结构

异常其实就是一个一个的类。
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:
在这里插入图片描述

在这个结构中:

  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。比如:感冒、发烧。我们平时所说
    的异常就是Exception。

11.1.3 异常的分类

而在Throw able分有Error错误和Exception异常两大类,异常可能在编译时发生,也可能在程序运行时发生,根据发生的时机不同,异常又分有编译时异常 又称受查异常和运行时异常 又称非受查异常

在这里插入图片描述

  1. 编译时异常
    在程序编译期间发生的异常,称为编译时异常,也称为受检查异常(Checked Exception)

  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(Unchecked Exception)
    RunTimeException以及其子类对应的异常,都称为运行时异常。比如:NullPointerException、
    ArrayIndexOutOfBoundsException、ArithmeticException。

注意:编译时出现的语法性错误,不能称之为异常。例如将 System.out.println 拼写错了, 写成了
system.out.println. 此时编译过程中就会出错, 这是 “编译期” 出错。而运行时指的是程序已经编译通过得到class 文件了, 再由 JVM 执行过程中出现的错误.

11.2 异常的处理

11.2.1 防御式编程

错误在代码中是客观存在的. 因此我们要让程序出现问题的时候及时通知程序猿. 主要的方式

  1. LBYL: Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查. 即:事前防御型
	boolean ret = false;
	ret = 登陆游戏();
	if (!ret) {
		处理登陆游戏错误;
		return;
	}
	ret = 开始匹配();
	if (!ret) {
		处理匹配错误;
		return;
	}
	ret = 游戏确认();
	if (!ret) {
		处理游戏确认错误;
		return;
	}
	ret = 选择英雄();
	if (!ret) {
		处理选择英雄错误;
		return;
	}
	ret = 载入游戏画面();
	if (!ret) {
		处理载入游戏错误;
		return;
}

缺陷:正常流程和错误处理流程代码混在一起, 代码整体显的比较混乱。

  1. 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. 即:事后认错型
try {
	登陆游戏();
	开始匹配();
	游戏确认();
	选择英雄();
	载入游戏画面();
	...
	} catch (登陆游戏异常) {
	处理登陆游戏异常;
	} catch (开始匹配异常) {
	处理开始匹配异常;
	} catch (游戏确认异常) {
	处理游戏确认异常;
	} catch (选择英雄异常) {
	处理选择英雄异常;
	} catch (载入游戏画面异常) {
	处理载入游戏画面异常;
}

优势:正常流程和错误流程是分离开的, 程序员更关注正常流程,代码更清晰,容易理解代码
异常处理的核心思想就是 EAFP。
在Java中,异常处理主要的5个关键字:throw、try、catch、final、throws

11.2.2 异常的抛出 throw

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:

    public static void func2(int[] array) {
        if (array == null) {
            throw new NullPointerException("array == null 了!");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        func2(null);
    }

注意:

  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

11.2.3 异常的捕获

总结一次只抛出一个异常,当抛出异常会立刻停止运行,即下面的代码不会运行。
异常的捕获,也就是异常的具体处理方式,主要有两种:异常声明throws 以及 try-catch捕获处理。

异常声明throws

处在方法声明时参数列表之后,当方法中抛出编译时异常,用户不想处理该异常,此时就可以借助throws将异常抛给方法的调用者来处理。即当前方法不处理异常,提醒方法的调用者处理异常

class Person implements Cloneable{
    public String name;

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
public class Test{
    public static void main4(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Person p = new Person();
        Person p2 = (Person) p.clone();
    }
}

注意:

  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
    在这里插入图片描述

try-catch捕获并处理

throws对异常并没有真正处理,而是将异常报告给抛出异常方法的调用者,由调用者处理。如果真正要对异常进行处理,就需要try-catch。

try{
	// 将可能出现异常的代码放在这里
}catch(要捕获的异常类型 e){
	// 如果try中的代码抛出异常了,此处catch捕获时异常类型与try中抛出的异常类型一致时,或者是try中抛出异常的基类时,就会被捕获到
	// 对异常就可以正常处理,处理完成后,跳出try-catch结构,继续执行后序代码
}catch(异常类型 e){
	// 对异常进行处理
}finally{
	// 此处代码一定会被执行到
}
	// 后序代码
	// 当异常被捕获到时,异常就被处理了,这里的后序代码一定会执行
	// 如果捕获了,由于捕获时类型不对,那就没有捕获到,这里的代码就不会被执行

try中的代码可能会抛出异常,也可能不会。
注意:

  1. try块内抛出异常位置之后的代码将不会被执行

  2. 如果抛出异常类型与catch时异常类型不匹配,即异常不会被成功捕获,也就不会被处理,继续往外抛,直到JVM收到后中断程序----异常是按照类型来捕获的

public static void main(String[] args) {
	try {
		int[] array = {1,2,3};
		System.out.println(array[3]); // 此处会抛出数组越界异常
	}catch (NullPointerException e){ // 捕获时候捕获的是空指针异常--真正的异常无法被捕获到
		e.printStackTrace();
	}
	System.out.println("后序代码");
}
//会报数组越界的异常
  1. 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
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] array = {1,2,3,4};
            System.out.println(array[9]);
        }catch (NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获到了空指针异常");
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获到了数组越界异常");
        }
        System.out.println("after");
    }

也可以这样写但是不推荐

    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] array = {1,2,3,4};
            System.out.println(array[9]);
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException | NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获到了数组越界|捕获到了空指针异常异常");
        }
        System.out.println("after");
    }
  1. 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,否则语法错误:
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] array = {1,2,3,4};
            System.out.println(array[9]);
        } catch (NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获异常. ");
        }catch (RuntimeException e) {
            // 如果具有父子类关系的情况下
            // 要把父类放到最后面

        }
        System.out.println("after");
    }
  1. 可以通过一个catch捕获所有的异常,即多个异常,一次捕获(不推荐)
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] array = {1,2,3,4};
            System.out.println(array[9]);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获异常的方式不建议");
        }
        System.out.println("after");
    }

finally

在写程序时,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。

    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try {
            int[] array = {1,2,3,4};
            System.out.println(array[0]);
            int a = scanner.nextInt();
            System.out.println(a);
        } catch (NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获异常空指针的异常 ");
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获数组越界的异常");

        }finally {
            //关闭我们开打的资源  不管是发生什么异常 都会被执行
            System.out.println("finally被执行了");
            scanner.close();
        }
        System.out.println("after");
    }

问题:既然 finally 和 try-catch-finally 后的代码都会执行,那为什么还要有finally呢?

比如:实现getData方法,内部输入一个整形数字,然后将该数字返回,并再main方法中打印

public class TestFinally {
	public static int getData(){
		Scanner sc = null;
		try{
			sc = new Scanner(System.in);
			int data = sc.nextInt();
			return data;
		}catch (InputMismatchException e){
			e.printStackTrace();
		}finally {
			System.out.println("finally中代码");
		}
		System.out.println("try-catch-finally之后代码");
		if(null != sc){
			sc.close();
	}
	return 0;
}
	public static void main(String[] args) {
		int data = getData();
		System.out.println(data);
	}
}
// 正常输入时程序运行结果:
100
finally中代码
100

上述程序,如果正常输入,成功接收输入后程序就返回了,try-catch-finally之后的代码根本就没有执行,即输入流就没有被释放,造成资源泄漏。
注意:finally中的代码一定会执行的,一般在finally中进行一些资源清理的扫尾工作。

面试题:1.throw和throws的区别?

  • throws出现在方法函数头, throw出现在函数体。
  • throws表示出现异常的一种可能性,并不一定会发生这些异常;throw则是抛出了异常,执行throw则一定抛出了某种异常对象。
  • 两者都是消极处理异常的方式,只是抛出或者可能抛出异常,但是不会由函数去处理异常,真正处理异常由函数的上层调用处理。

面试题:2.finally中语句一定会执行吗?

一定会执行,只有在以下情况不会:

  • 代码流程未进入try语句块
  • 进入了try或catch块后,使用了System.exit(int)退出程序
  • 程序所在的线程死亡(在当前线程死亡的情况下,finally里的语句也不会执行,比如干扰中断,或者程序外部kill该线程,或者是意外中止)
  • 其它非正常退出(比如物理关闭电源,关闭cpu等)

11.2.4 异常的处理流程

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.
如果本方法中没有合适的处理异常的方式, 就会沿着调用栈向上传递

    public static int func2() {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try {
//            int a = 10;
//            return a;
            int[] arr = {1,2,3,4};
            System.out.println(arr[8]);
        }catch (InputMismatchException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获InputMismatchException异常");
        }finally {
            System.out.println("finally被执行了");
            scanner.close();
            //return 9;
        }
        //System.out.println("after");
//        if (scanner != null) {
//            scanner.close();
//        }
        return -1;
    }
    public static void main14(String[] args) {
        try {
            System.out.println(func2());
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获数组越界异常");
        }finally {

        }

    }

在这里插入图片描述

如果向上一直传递都没有合适的方法处理异常, 最终就会交给 JVM 处理, 程序就会异常终止(和我们最开始未使用 try-catch 时是一样的).

异常处理流程总结

  • 程序先执行try中代码
  • 如果try中代码出现异常,就会结束try中的代码,看和catch中的异常类型是否匹配
  • 如果找到匹配的异常类型,就会执行catch中的代码
  • 如果没有找到匹配的异常类型,就会将异常向上传递上层调用者
  • 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)
  • 如果上层调用者也没有处理的异常就会继续向上传递
  • 一直到main方法也没有合适的代码处理异常,就会交给JVM进行处理,此时程序就会异常终止

11.3 自定义类

实现一个用户登录功能

class Login {
    public String userName = "admin";
    public String passWord = "123456";

    public void logIn(String userName,String passWord) {
        if (!this.userName.equals(userName)) {
            throw new UserNameException("用户名错误");
            //System.out.println("用户名错误");
        }
        if(!this.passWord.equals(passWord)) {
            throw new PassWordException("密码错误");
            //System.out.println("密码错误");
        }
    }
}

具体方式:
1.自定义异常类,然后继承Exception或者RunException
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

PassWordException :

public class PassWordException extends RuntimeException{
    private static final long serialVersionUID = 5162710183389028792L;
    public PassWordException() {
        super();
    }

    public PassWordException(String s) {
        super(s);
    }
}

UserNameException :

public class UserNameException extends RuntimeException{//自定义的异常 一定是继承了这两个异常的
    //Exception  受查异常/编译时异常
    //RuntimeException 非受查异常/运行时异常

    private static final long serialVersionUID = 5162710183389028792L;
    public UserNameException() {
        super();
    }

    public UserNameException(String s) {
        super(s);
    }
}
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Login login = new Login();
            login.logIn("admin","123");
        }catch (UserNameException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获用户名异常");
        }catch (PassWordException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕获密码异常");
        }
    }

注意

  • 自定义异常通常会继承来自Exception或者RuntimeException
  • 继承自Exception的异常默认是受查异常,即编译时异常
  • 继承自RuntimeException的异常默认是非受查异常,即运行时异常

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