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Java基础之异常处理详解

作者:无声编码器

异常可能是在程序执行过程中产生的,也可能是程序中throw主动抛出的。本文主要给大家介绍了Java中异常处理的相关资料,文中通过实例代码介绍的非常详细,需要的朋友可以参考下

异常是程序中的一些错误,但并不是所有的错误都是异常,并且错误有时候是可以避免的。比如说,你的代码少了一个分号,那么运行出来结果是提示是错误 java.lang.Error;如果你用System.out.println(11/0),那么你是因为你用0做了除数,会抛出 java.lang.ArithmeticException 的异常。

异常发生的原因有很多,通常包含以下几大类:

这些异常有的是因为用户错误引起,有的是程序错误引起的,还有其它一些是因为物理错误引起的。

要理解Java异常处理是如何工作的,你需要掌握以下三种类型的异常:

Exception 类的层次

所有的异常类是从 java.lang.Exception 类继承的子类。异常类有两个主要的子类:IOException 类和 RuntimeException 类。Exception 类是 Throwable 类的子类。除了Exception类外,Throwable还有一个子类Error 。Error 用来指示运行时环境发生的错误。Java 程序通常不捕获错误。错误一般发生在严重故障时,它们在Java程序处理的范畴之外。例如,JVM 内存溢出。一般地,程序不会从错误中恢复。

在 Java 内置类中(接下来会说明),有大部分常用检查性和非检查性异常。

Java 内置异常类

Java 语言定义了一些异常类在 java.lang 标准包中。标准运行时异常类的子类是最常见的异常类。由于 java.lang 包是默认加载到所有的 Java 程序的,所以大部分从运行时异常类继承而来的异常都可以直接使用。

Java 根据各个类库也定义了一些其他的异常,下面的表中列出了 Java 的非检查性异常

下面的表中列出了 Java 定义在 java.lang 包中的检查性异常类

异常方法

下面的列表是 Throwable 类的主要方法:

序号方法及说明
1public String getMessage(),返回关于发生的异常的详细信息。这个消息在Throwable 类的构造函数中初始化了
2public Throwable getCause(),返回一个 Throwable 对象代表异常原因
3public String toString(),返回此 Throwable 的简短描述
4public void printStackTrace(),将此 Throwable 及其回溯打印到标准错误流
5public StackTraceElement [] getStackTrace(),返回一个包含堆栈层次的数组。下标为0的元素代表栈顶,最后一个元素代表方法调用堆栈的栈底
6public Throwable fillInStackTrace(),用当前的调用栈层次填充Throwable 对象栈层次,添加到栈层次任何先前信息中

捕获异常

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。try/catch代码块中的代码称为保护代码,使用 try/catch 的语法如下:

try
{
   // 程序代码
}catch(ExceptionName e1)
{
   //Catch 块
}

Catch 语句包含要捕获异常类型的声明。当保护代码块中发生一个异常时,try 后面的 catch 块就会被检查。如果发生的异常包含在 catch 块中,异常会被传递到该 catch 块,这和传递一个参数到方法是一样。try/catch 语句使用实例如下:

// 文件名 : ExcepTest.java
import java.io.*;
public class ExcepTest{
 
   public static void main(String args[]){
      try{
         int a[] = new int[2];
         System.out.println("Access element three :" + a[3]);
      }catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){
         System.out.println("Exception thrown  :" + e);
      }
      System.out.println("Out of the block");
   }
}
// 以上代码编译运行输出结果如下:
// Exception thrown  :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
// Out of the block

多重捕获块:一个 try 代码块后面跟随多个 catch 代码块的情况就叫多重捕获。多重捕获块的语法如下所示:

try{
   // 程序代码
}catch(异常类型1 异常的变量名1){
  // 程序代码
}catch(异常类型2 异常的变量名2){
  // 程序代码
}catch(异常类型3 异常的变量名3){
  // 程序代码
}

上面的代码段包含了 3 个 catch块。可以在 try 语句后面添加任意数量的 catch 块。如果保护代码中发生异常,异常被抛给第一个 catch 块。如果抛出异常的数据类型与 ExceptionType1 匹配,它在这里就会被捕获。如果不匹配,它会被传递给第二个 catch 块。如此,直到异常被捕获或者通过所有的 catch 块。实例展示了怎么使用多重 try/catch :

try {
    file = new FileInputStream(fileName);
    x = (byte) file.read();
} catch(FileNotFoundException f) { // Not valid!
    f.printStackTrace();
    return -1;
} catch(IOException i) {
    i.printStackTrace();
    return -1;
}

throws/throw 关键字

在Java中, throw 和 throws 关键字是用于处理异常的。throw 关键字用于在代码中抛出异常,而 throws 关键字用于在方法声明中指定可能会抛出的异常类型

throw 关键字:用于在当前方法中抛出一个异常。通常情况下,当代码执行到某个条件下无法继续正常执行时,可以使用 throw 关键字抛出异常,以告知调用者当前代码的执行状态。例如,下面的代码中,在方法中判断 num 是否小于 0,如果是,则抛出一个 IllegalArgumentException 异常:

public void checkNumber(int num) {
  if (num < 0) {
    throw new IllegalArgumentException("Number must be positive");
  }
}

throws 关键字:用于在方法声明中指定该方法可能抛出的异常。当方法内部抛出指定类型的异常时,该异常会被传递给调用该方法的代码,并在该代码中处理异常。例如,下面的代码中,当 readFile 方法内部发生 IOException 异常时,会将该异常传递给调用该方法的代码。在调用该方法的代码中,必须捕获或声明处理 IOException 异常:

public void readFile(String filePath) throws IOException {
  BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(filePath));
  String line = reader.readLine();
  while (line != null) {
    System.out.println(line);
    line = reader.readLine();
  }
  reader.close();
}

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:

import java.io.*;
public class className
{
   public void withdraw(double amount) throws RemoteException,
                              InsufficientFundsException
   {
       // Method implementation
   }
   //Remainder of class definition
}

finally关键字

finally 关键字用来创建在 try 代码块后面执行的代码块。无论是否发生异常,finally 代码块中的代码总会被执行。在 finally 代码块中,可以运行清理类型等收尾善后性质的语句。finally 代码块出现在 catch 代码块最后,语法如下:

try{
  // 程序代码
}catch(异常类型1 异常的变量名1){
  // 程序代码
}catch(异常类型2 异常的变量名2){
  // 程序代码
}finally{
  // 程序代码
}

finally 关键字使用实例:

public class ExcepTest{
  public static void main(String args[]){
    int a[] = new int[2];
    try{
       System.out.println("Access element three :" + a[3]);
    }catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){
       System.out.println("Exception thrown  :" + e);
    }
    finally{
       a[0] = 6;
       System.out.println("First element value: " +a[0]);
       System.out.println("The finally statement is executed");
    }
  }
}
// 实例编译运行结果如下:
// Exception thrown  :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
// First element value: 6
// The finally statement is executed

捕获异常注意下面事项

try-with-resources

JDK7 之后,Java 新增的 try-with-resource 语法糖来打开资源,并且可以在语句执行完毕后确保每个资源都被自动关闭(注意:try-with-resources 语句关闭所有实现 AutoCloseable 接口的资源)。JDK7 之前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,否则将会造成资源泄露。try-with-resources语法如下:

// 语法中 try 用于声明和实例化资源,catch 用于处理关闭资源时可能引发的所有异常
try (resource declaration) {
  // 使用的资源
} catch (ExceptionType e1) {
  // 异常块
}

try-with-resources 语句使用实例:

import java.io.*;

public class RunoobTest {

    public static void main(String[] args) {
        String line;
        try(BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("test.txt"))) {
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println("Line =>"+line);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("IOException in try block =>" + e.getMessage());
        }
    }
}
// 实例输出结果为:
// IOException in try block =>test.txt (No such file or directory)

以上实例中,我们实例一个 BufferedReader 对象从 test.txt 文件中读取数据。 在 try-with-resources 语句中声明和实例化 BufferedReader 对象,执行完毕后实例资源,不需要考虑 try 语句是正常执行还是抛出异常。如果发生异常,可以使用 catch 来处理异常。

再看下不使用 try-with-resources 而改成 finally 来关闭资源,整体代码量多了很多,而且更复杂繁琐了:

import java.io.*;

class RunoobTest {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedReader br = null;
        String line;

        try {
            System.out.println("Entering try block");
            br = new BufferedReader(new FileReader("test.txt"));
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println("Line =>"+line);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("IOException in try block =>" + e.getMessage());
        } finally {
            System.out.println("Entering finally block");
            try {
                if (br != null) {
                    br.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                System.out.println("IOException in finally block =>"+e.getMessage());
            }
        }
    }
}
// 实例输出结果为:
// Entering try block
// IOException in try block =>test.txt (No such file or directory)
// Entering finally block

try-with-resources 处理多个资源:try-with-resources 语句中可以声明多个资源,方法是使用分号 ; 分隔各个资源:

import java.io.*;
import java.util.*;
class RunoobTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException{
        try (Scanner scanner = new Scanner(new File("testRead.txt")); 
            PrintWriter writer = new PrintWriter(new File("testWrite.txt"))) {
            while (scanner.hasNext()) {
                writer.print(scanner.nextLine());
            }
        }
    }
}

以上实例使用 Scanner 对象从 testRead.txt 文件中读取一行并将其写入新的 testWrite.txt 文件中。多个声明资源时,try-with-resources 语句以相反的顺序关闭这些资源。 在本例中,PrintWriter 对象先关闭,然后 Scanner 对象关闭。

声明自定义异常

在 Java 中你可以自定义异常。编写自己的异常类时需要记住下面的几点:

可以像下面这样定义自己的异常类:

class MyException extends Exception{
}

只继承Exception 类来创建的异常类是检查性异常类。一个异常类和其它任何类一样,包含有变量和方法。下面的 InsufficientFundsException 类是用户定义的异常类,它继承自 Exception 。

自定义异常实例:\color{red}{自定义异常实例 :}自定义异常实例:

public class BankDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建账户类对象
        CheckingAccount c = new CheckingAccount(101);
        System.out.println("Depositing $500...");
        // 存钱
        c.deposit(500.00);
        try
        {
            //取钱
            System.out.println("\nWithdrawing $100...");
            c.withdraw(100.00);
            //取钱
            System.out.println("\nWithdrawing $600...");
            c.withdraw(600.00);
        }catch(InsufficientFundsException e)
        {
            //取钱异常,账户差额
            System.out.println("Sorry, but you are short $"
                    + e.getAmount());
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

/**
 * 自定义异常类
 * */
class InsufficientFundsException extends Exception
{
    //此处的amount用来储存当出现异常(取出钱多于余额时)所缺乏的钱
    private double amount;
    public InsufficientFundsException(double amount)
    {
        this.amount = amount;
    }
    public double getAmount()
    {
        return amount;
    }
}

/**
 * 账户类
 */
class CheckingAccount
{
    //balance为余额,number为卡号
    private double balance;
    private int number;
    // 构造方法
    public CheckingAccount(int number)
    {
        this.number = number;
    }
    //方法:存钱
    public void deposit(double amount)
    {
        balance += amount;
    }
    //方法:取钱
    public void withdraw(double amount) throws
            InsufficientFundsException
    {
        if(amount <= balance)
        {
            balance -= amount;
        }
        else
        {
            double needs = amount - balance;
            throw new InsufficientFundsException(needs);
        }
    }
    //方法:返回余额
    public double getBalance()
    {
        return balance;
    }
    //方法:返回卡号
    public int getNumber()
    {
        return number;
    }
}
// 运行程序 BankDemo,得到结果如下所示:
// Depositing $500...

// Withdrawing $100...

// Withdrawing $600...
// Sorry, but you are short $200.0
// InsufficientFundsException
//	at CheckingAccount.withdraw(MammalInt.java:64)
//	at MammalInt.main(MammalInt.java:15)

通用异常

在Java中定义了两种类型的异常和错误:

JVM(Java虚拟机) 异常:由 JVM 抛出的异常或错误。例如:NullPointerException 类,ArrayIndexOutOfBoundsException 类,ClassCastException 类。

程序级异常:由程序或者API程序抛出的异常。例如 IllegalArgumentException 类,IllegalStateException 类。

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