Java异常处理知识点与面试过关面试题（含答案）

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Java 的异常处理机制通过提供结构化的错误处理方式，帮助开发者捕获和处理程序执行过程中可能出现的错误，确保代码的鲁棒性和健壮性。Java 使用异常类来表示程序中出现的错误，并提供了 try-catch-finally 块来进行异常处理。

1. 异常类的层次结构

在 Java 中，异常是类，继承自 java.lang.Throwable。根据异常的类型，它们被划分为两大类：

Error：表示严重的错误，通常是 JVM 相关的错误，如内存溢出（OutOfMemoryError）、栈溢出（StackOverflowError）。Error 通常无法恢复，也不应在代码中捕获。
Exception：表示程序中的可预见错误。Exception 是开发者通常处理的异常类型，又分为两类：
- 受检异常（Checked Exception）：必须在编译时进行处理或声明，比如 IOException、SQLException。如果方法可能抛出受检异常，必须使用 try-catch 处理或者在方法签名中使用 throws 关键字声明。
- 非受检异常（Unchecked Exception）：继承自 RuntimeException，通常是由于编程错误引起的，如 NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException。非受检异常无需在编译时强制处理。

异常层次结构的示意图：

Throwable
   |
   |-- Error
   |    |-- OutOfMemoryError
   |    |-- StackOverflowError
   |
   |-- Exception
        |-- IOException
        |-- SQLException
        |-- RuntimeException
              |-- NullPointerException
              |-- IllegalArgumentException

2. 异常的捕获和处理 (`try-catch-finally`)

Java 提供了 try-catch-finally 语句来捕获和处理异常：

try 块：包含可能抛出异常的代码。
catch 块：捕获并处理在 try 块中抛出的异常。
finally 块：无论是否抛出异常，finally 块中的代码都会执行，通常用于释放资源。

try {
    // 可能抛出异常的代码
    int result = 10 / 0;
} catch (ArithmeticException e) {
    // 捕获并处理异常
    System.out.println("Cannot divide by zero.");
} finally {
    // 无论是否发生异常，都会执行
    System.out.println("This block is always executed.");
}

多个 `catch` 块：

可以在一个 try 块后使用多个 catch 块来处理不同类型的异常：

try {
    String text = null;
    System.out.println(text.length());
} catch (NullPointerException e) {
    System.out.println("NullPointerException caught.");
} catch (Exception e) {
    System.out.println("Other exceptions caught.");
}

3. `throws` 关键字

当一个方法可能抛出异常且不打算在方法内部处理时，可以使用 throws 关键字在方法声明中抛出该异常。调用该方法的代码需要处理这些异常。

public void readFile(String fileName) throws IOException {
    FileReader file = new FileReader(fileName);
    file.read();
}

调用者需要处理或继续抛出异常：

try {
    readFile("test.txt");
} catch (IOException e) {
    System.out.println("File not found.");
}

4. 自定义异常

开发者可以根据需求创建自定义的异常类，通常继承自 Exception 或 RuntimeException。

public class CustomException extends Exception {
    public CustomException(String message) {
        super(message);
    }
}

使用自定义异常：

public void validateAge(int age) throws CustomException {
    if (age < 18) {
        throw new CustomException("Age must be 18 or older.");
    }
}

5. `try-with-resources` 语句

Java 7 引入了 try-with-resources 语句，用于自动关闭实现了 AutoCloseable 接口的资源，避免手动释放资源的繁琐代码。常用于文件、数据库连接等需要关闭的资源。

try (FileReader file = new FileReader("test.txt")) {
    // 读取文件
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

try-with-resources 会自动调用 close() 方法来释放资源，即使发生异常。

6. 异常处理的最佳实践

优先使用受检异常：对于业务逻辑中可预见的异常（如文件未找到、数据库连接失败），应使用受检异常并进行适当处理。
捕获具体异常：避免使用过于泛泛的异常类（如 Exception），尽量捕获更具体的异常。
在恰当的层级处理异常：异常应该在最适合的层级处理，而不是在过于底层的代码中盲目捕获所有异常。
避免吞掉异常：在 catch 块中，如果只是打印异常，不应完全忽略它，应该记录日志或采取恢复措施。

7. 常见的异常类型

NullPointerException：当尝试访问空引用的对象时抛出。
ArrayIndexOutOfBoundsException：数组访问越界时抛出。
ArithmeticException：如除以零时抛出。
ClassNotFoundException：在类加载时找不到指定类时抛出。
IOException：与输入/输出相关的异常，常在文件操作或网络操作中出现。

总结

Java 的异常处理机制通过结构化的方式处理运行时错误，提供了灵活的方式来应对各种错误场景。掌握 try-catch-finally、throws 和自定义异常的使用方法，是开发健壮 Java 程序的关键。
Java异常处理是面试中常见的考察点，面试官通常会通过一些经典问题来测试候选人对异常处理的理解。以下是常见的面试题及其解答思路：

1. 什么是异常？Java 中异常的层次结构是怎样的？

解答思路：

异常是程序执行过程中出现的错误或意外情况。
Java 中异常的根类是 java.lang.Throwable，它有两个主要子类：
- Error：表示系统级错误，无法被应用程序处理。
- Exception：表示可被程序处理的异常，分为受检异常（如 IOException）和非受检异常（如 NullPointerException）。

2. 受检异常（Checked Exception）和非受检异常（Unchecked Exception）的区别？

解答思路：

受检异常：继承自 Exception，在编译时必须处理（通过 try-catch 或 throws）。
- 例子：IOException、SQLException。
非受检异常：继承自 RuntimeException，编译时不强制处理，通常是编程错误引起的。
- 例子：NullPointerException、IndexOutOfBoundsException。

3. `try-catch-finally` 的工作原理是什么？

解答思路：

try：放置可能抛出异常的代码。
catch：捕获并处理特定类型的异常。
finally：无论是否发生异常，finally 块中的代码都会执行，常用于释放资源。
- 如果在 try 或 catch 中使用 return，finally 块依然会执行。

4. `finally` 块一定会执行吗？是否有例外情况？

解答思路：

通常情况下，finally 块总是会执行，不论是否有异常。
唯一的例外情况是：
- 在 try 或 catch 中调用了 System.exit()，强制退出 JVM。
- 线程中断或被终止的情况。

5. 如何自定义异常？为什么需要自定义异常？

解答思路：

自定义异常是通过继承 Exception 或 RuntimeException 类来实现的，通常用于定义特定的业务异常。

示例：

public class CustomException extends Exception {
    public CustomException(String message) {
        super(message);
    }
}

自定义异常使得错误信息更加明确，方便定位问题并提高代码可读性。

6. `throw` 和 `throws` 的区别？

解答思路：

throw：用于显式抛出异常对象。

throw new IllegalArgumentException("Invalid argument");

throws：用于方法声明，表示该方法可能抛出的异常。

public void myMethod() throws IOException {
    // code
}

7. `try-with-resources` 是什么？有什么优点？

解答思路：

try-with-resources 是 Java 7 引入的语法糖，用于简化资源管理。
它要求在 try 中声明实现了 AutoCloseable 接口的资源，会自动在代码执行完后关闭资源。
优点：
- 避免资源泄露（如文件流、数据库连接）。
- 自动调用 close() 方法，无需显式在 finally 块中关闭资源。

8. Java 中常见的运行时异常有哪些？

解答思路：

NullPointerException：当引用变量为 null 时尝试调用方法或访问成员。
ArrayIndexOutOfBoundsException：访问数组中不存在的索引。
ArithmeticException：执行非法数学操作，如除以零。
ClassCastException：在运行时尝试将对象转换为不兼容的类。
IllegalArgumentException：传递给方法的参数不合法。

9. 如何处理多个异常？

解答思路：

使用多个 catch 块来分别捕获不同类型的异常。

Java 7 以后，可以使用单个 catch 块捕获多个异常，使用竖线 (|) 分隔异常类型：

try {
    // code that may throw multiple exceptions
} catch (IOException | SQLException e) {
    e.printStackTrace();
}

10. 什么是异常链？如何使用？

解答思路：

异常链（Exception Chaining）允许将一个异常封装为另一个异常的原因，以保持异常的上下文信息。

使用 Throwable 的 initCause() 方法或异常构造函数来设置原因异常：

public class MyException extends Exception {
    public MyException(String message, Throwable cause) {
        super(message, cause);
    }
}

11. Java 中如何记录异常？

解答思路：

通常使用日志框架（如 Log4j、SLF4J）来记录异常。推荐使用 Logger 来记录异常栈信息：

private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MyClass.class);

try {
    // code
} catch (Exception e) {
    logger.error("An error occurred", e);
}