面试突击：深入理解 Java 中的异常

本文已收录于：https://github.com/danmuking/all-in-one（持续更新）

前言

哈喽，大家好，我是 DanMu。今天想和大家聊聊 Java 中的异常。异常处理是一种重要的概念，因为程序总是会出现各种意料之外的问题：有可能是逻辑错误，也可能某位小可爱想看一个练习了 null 年半的练习生跳舞，程序不可能永远正确运行。但是，我们也希望程序在出错之后可以继续运行，不能影响正常用户的使用。因此，我们需要一种机制，保证程序能够在出错后进行一定程度的处理后继续运行。

Java 异常概览：

先来看看 Java 中的异常体系异常.drawio.png

Throwable

在 Java 中，所有的异常相关类都继承于一个父类，java.lang 包中的 Throwable 类。

public class Throwable implements Serializable

Throwable 中比较重要的方法有：

String getMessage(): 返回异常发生时的简要描述
String toString(): 返回异常发生时的详细信息
String getLocalizedMessage(): 返回异常对象的本地化信息。使用 Throwable 的子类覆盖这个方法，可以生成本地化信息。如果子类没有覆盖该方法，则该方法返回的信息与 getMessage()返回的结果相同
void printStackTrace(): 在控制台上打印 Throwable 对象封装的异常信息

Exception 和 Error

Throwable 有两个重要的子类，Exception 和 Error:
从字面含义来说，Exception 翻译为异常，Error 翻译为错误，显然 Error 代表这更加严重的问题，在使用中也同样如此。
Error:
Error 属于程序无法处理的错误，不建议通过 catch 捕获。例如 Java 虚拟机运行错误（Virtual MachineError）、虚拟机内存不够错误（OutOfMemoryError）、类定义错误（NoClassDefFoundError）等。这些异常发生时，Java 虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。
Exception：
程序本身可以处理的异常，可以通过 catch 来进行捕获。Exception 又可以分为 Checked Exception (受检查异常，必须处理) 和 Unchecked Exception (不受检查异常，可以不处理)。

由于 Error 通常不建议进行处理，所以在代码编写中，我们更多接触的通常是 Exception。

Checked Exception（受检异常）和 Unchecked Exception（非受检异常）？

Checked Exception
Checked Exception即受检查异常 ，Java 代码在编译过程中，如果受检查异常没有被 catch 或者 throws 关键字处理的话，就没办法通过编译。
比如这个简单的例子：

除了 RuntimeException 及其子类以外，其他的 Exception 类及其子类都属于受检查异常。常见的受检查异常有：IO 相关的异常、ClassNotFoundException、SQLException…。
Unchecked Exception
Unchecked Exception即不受检查异常 ，Java 代码在编译过程中，我们**即使不处理不受检查异常也可以正常通过编译。**这类异常通常与到程序运行时的状态有关。Unchecked Exception 主要包括 RuntimeException 及其子类，常见的有

NullPointerException(空指针错误)
IllegalArgumentException(参数错误比如方法入参类型错误)
NumberFormatException（字符串转换为数字格式错误，IllegalArgumentException的子类）
ArrayIndexOutOfBoundsException（数组越界错误）
ClassCastException（类型转换错误）
ArithmeticException（算术错误）
……

建议大家根据需要记上 3-4 个，面试的时候如果问到能适当的举出几个例子。

try-catch-finally 和 try-with-resources

try-catch-finally

try-catch-finally 由 3 部分组成

try：用于捕获异常。其后可接零个或多个 catch 块，如果没有 catch 块，则必须跟一个 finally 块。
catch：用于处理 try 捕获到的异常。
finally：**无论是否捕获或处理异常，finally 块里的语句都会被执行。**当在 try 块或 catch 块中遇到 return 语句时，finally 语句块将在方法返回之前被执行。

这是一个简单的例子：

public static void main(String[] args) {
    try {
      int[] myNumbers = {1, 2, 3};
      System.out.println(myNumbers[10]);
    } catch (Exception e) {
      System.out.println("Something went wrong.");
    } finally {
      System.out.println("The 'try catch' is finished.");
    }
  }

注意：不要在 finally 语句块中使用 return! 当 try 语句和 finally 语句中都有 return 语句时，try 语句块中的 return 语句会被忽略。这是因为 try 语句中的 return 返回值会先被暂存在一个本地变量中，当执行到 finally 语句中的 return 之后，这个本地变量的值就变为了 finally 语句中的 return 返回值。

finally 中的代码一定会执行吗？

不一定！在某些情况下，finally 中的代码不会被执行。
就比如说 finally 之前虚拟机被终止运行的话，finally 中的代码就不会被执行。

try {
    System.out.println("Try to do something");
    throw new RuntimeException("RuntimeException");
} catch (Exception e) {
    System.out.println("Catch Exception -> " + e.getMessage());
    // 终止当前正在运行的Java虚拟机
    System.exit(1);
} finally {
    System.out.println("Finally");
}

输出：

Try to do something
Catch Exception -> RuntimeException

另外，在以下 2 种特殊情况下，finally 块的代码也不会被执行：

程序所在的线程死亡。
强制关闭 CPU。

虽然在实际应用中很难遇到这样子的场景，但是在面试时不少面试官还是很喜欢问这类问题，所以还是要稍微注意一下

try-with-resources

在 Java 中，所有被打开的系统资源，比如流、文件或者Socket连接等，都需要被开发者手动关闭，否则随着程序的不断运行，资源泄露将会累积成重大的生产事故。但是每一个打开的资源都伴随着一个需要被处理的异常，如果一次性需要打开多个资源，那异常的处理就会变成一场噩梦，比如这个例子：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedInputStream bin = null;
        BufferedOutputStream bout = null;
        try {
            bin = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("test.txt")));
            bout = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(new File("out.txt")));
            int b;
            while ((b = bin.read()) != -1) {
                bout.write(b);
            }
        }
        catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        finally {
            if (bin != null) {
                try {
                    bin.close();
                }
                catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                finally {
                    if (bout != null) {
                        try {
                            bout.close();
                        }
                        catch (IOException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}

Fxxk！我只是想要读写两个文件，异常处理的代码竟然比业务代码长的多！这是因为，我们不仅需要关闭 BufferedInputStream ，还需要保证如果关闭 BufferedInputStream 时出现了异常， BufferedOutputStream 也要能被正确地关闭。所以我们不得不借助 finally 中嵌套 finally 大法。可以想到，打开的资源越多，finally 中嵌套的将会越深！
为了释放程序员的双手，在 1.7 中 Java 新增了一个 try-with-resources 语法糖，我们重新改写一下上面的例子

public class TryWithResource {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedInputStream bin = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("test.txt")));
             BufferedOutputStream bout = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(new File("out.txt")))) {
            int b;
            while ((b = bin.read()) != -1) {
                bout.write(b);
            }
        }
        catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

只需要将要打开的资源放在try后的()中，不同资源间用;分割，就可以自动完成资源的关闭。代码一下子就清爽了！try-with-resources 虽好但是也有几点需要注意

适用范围（资源的定义）： 任何实现 java.lang.AutoCloseable或者 java.io.Closeable 的对象
关闭资源和 finally 块的执行顺序： 在 try-with-resources 语句中，任何 catch 或 finally 块在声明的资源关闭后运行

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