10 Java 异常

异常指的是程序运行时出现的不正常情况。程序运行过程中难免会发生异常，发生异常并不可怕，程序员应该考虑到有可能发生这些异常，编程时应能正确的处理异常，使成为健壮的程序。

异常是相对于 return 的一种退出机制，可以由系统触发，也可以由程序通过 throw 语句触发，异常可以通过 try/catch 语句进行捕获并处理，如果没有捕获，则会导致程序退出并输出异常栈信息。

异常的层次

Java 的异常类是处理运行时的特殊类，每一种异常对应一种特定的运行错误.所有Java异常类都是系统类库中 Exception 类的子类。

异常类继承层次图

Throwable 类

所有的异常类都直接或间接地继承于 java.lang.Throwable 类，在Throwable 类有几个非常重要的方法：

• String getMessage()：获得发生异常的详细消息。
• void printStackTrace()：打印异常堆栈跟踪信息。
• printStackTrace(PrintStream s) 通常用该方法将异常内容保存在日志文件中，以便查阅。
• String toString()：获得获取异常类名和异常信息的描述。

Error 和 Exception

Throwable 有两个直接子类：Error 和 Exception。

1. Error Error 是程序无法恢复的严重错误，程序员根本无能为力，程序中不能对其编程处理， 对 Error 一般不编写针对性的代码对其进行处理 只能让程序终止。例如：JVM 内部错误、内存溢出和资源耗尽等严重情况。
2. Exception Exception 是程序可以恢复的异常，它是程序员所能掌控的。例如：除零异常、空指针访问、网络连接中断和读取不存在的文件等。

受检查异常和运行时异常

Java 的异常处理机制会区分两种不同的异常类型：已检异常 checked 和未检异常 unchecked (运行时异常)。

已检异常(编程异常)

在明确的特定情况下抛出，经常是应用能部分或完全恢复的情况。例如，某段代码要在多个可能的目录中寻找配置文件。如果试图打开的文件不在某个目录中，就会抛出 FileNotFoundException 异常。在这个例子中，我们想捕获这个异常，然后在文件可能出现的下一个位置继续尝试。也就是说，虽然文件不存在是异常状况，但可以从中恢复，这是意料之中的失败。

非受检异常

在 Java 环境中有些失败是无法预料的，这些失败可能是由运行时条件或滥用库代码导致的。例如把无效的 null 传给使用对象或数组的方法，会抛出 NullPointerException 异常。基本上任何方法在任何时候都可能抛出未检异常。这是 Java 环境中的墨菲定律：“会出错的事总会出错。”从未检异常中恢复，虽说不是不可能，但往往很难，因为完全不可预知。运行时异常往往是程序员所犯错误导致的，健壮的程序不应该发生运行时异常。

若想区分已检异常和未检异常，记住两点：异常是 Throwable 对象，而且异常主要分为两类，通过 Error 和 Exception 子类标识。只要异常对象是 Error 类，就是未检异常。Exception 类还有一个子类 RuntimeException ， RuntimeException 类的所有子类都属于未检异常。除此之外，都是已检异常。

提示：对于运行时异常通常不采用抛出或捕获处理方式，而是应该提前预判，防止这种发生异常，做到未雨绸缪。例如在进行除法运算之前应该判断除数是非零的，修改代码进行提前预判这样处理要比通过 try-catch 捕获异常要友好的多。

对比受检和未受检异常

通过以上介绍可以看出，未受检异常和受检异常的区别如下：受检异常必须出现在 throws 语句中，调用者必须处理，Java 编译器会强制这一点，而未受检异常则没有这个要求。

为什么要有这个区分呢？我们自己定义异常的时候应该使用受检还是未受检异常呢？对于这个问题，业界有各种各样的观点和争论，没有特别一致的结论。

一种普遍的说法是：未受检异常表示编程的逻辑错误，编程时应该检查以避免这些错误，比如空指针异常，如果真的出现了这些异常，程序退出也是正常的，程序员应该检查程序代码的 bug 而不是想办法处理这种异常。受检异常表示程序本身没问题，但由于 I/O、网络、数据库等其他不可预测的错误导致的异常，调用者应该进行适当处理。

但其实编程错误也是应该进行处理的，尤其是 Java 被广泛应用于服务器程序中，不能因为一个逻辑错误就使程序退出。所以，目前一种更被认同的观点是：Java 中对受检异常和未受检异常的区分是没有太大意义的，可以统一使用未受检异常来代替。

这种观点的基本理由是：无论是受检异常还是未受检异常，无论是否出现在 throws 声明中，都应该在合适的地方以适当的方式进行处理，而不只是为了满足编译器的要求盲目处理异常，既然都要进行处理异常，受检异常的强制声明和处理就显得烦琐，尤其是在调用层次比较深的情况下。

其实观点本身并不太重要，更重要的是一致性，一个项目中，应该对如何使用异常达成一致，并按照约定使用。

常见异常

Exception 类有若干子类，每个子类代表一种特定的运行错误,这些子类有的是系统事先定义好并包含在Java类库中的，成为系统定义的运行异常。

• ClassNotFoundException 未找到要装载的类
• ArrayIndexOutOfBoundsException 数组越界访问
• FileNotFoundException 文件找不到, checked异常
• IOException 输入, 输出错误, checked 异常
• NullPointerException 空指针异常, unchecked 异常
• ArithmeticException 算术运算错误
• InterruptedException 中断异常, 线程在进行暂停处理时(如睡眠)被调度打断将引发该异常

异常的处理

• 对待受检查异常。如果当前方法有能力解决，则捕获异常进行处理；没有能力解决，则抛出给上层调用方法处理。
• 涉及了五个关键字 try catch finally throw throws。
• try...catch..finally 或者 try-with-resources(Java7增加)语句结构进行捕获

try {语句块;} 
catch (异常类名   参变量名) {语句块;}   
finally
  {语句块;} //定义一定执行的代码:通常用于关闭资源

• try必须带有 'catch' 或者 'finally'，两者至少二选一或者资源声明才可以使用。
• 一个 try 可以引导多个 catch 块。但是不要定义多余的 catch 块，多个 catch 块的异常出现继承关系，父类异常 catch 块放在最后面。
• 异常发生后，try 块中的剩余语句将不再执行。
• catch 块中的代码要执行的条件是，首先在 try 块中发生了异常，其次异常的类型与 catch 要捕捉的一致。 建议声明更为具体的异常，这样处理的可以更具体。当捕获的多个异常类之间存在父子关系时，捕获异常顺序与 catch 代码块的顺序有关。一般先捕获子类，后捕获父类，否则子类捕获不到。
• 可以无 finally 部分，但如果存在，则无论异常发生否，finally 部分的语句均要执行。即便是 try 或 catch 块中含有退出方法的语句 return，也不能阻止 finally 代码块的执行; 除非执行 System.exit(0) 等导致程序停止运行的语句。

try-catch 不仅可以嵌套在 try 代码块中，还可以嵌套在 catch 代码块或 finally 代码块，finally 代码块后面会详细介绍。try-catch 嵌套会使程序流程变的复杂，如果能用多catch捕获的异常，尽量不要使用 trycatch 嵌套。特别对于初学者不要简单地使用 Eclipse 的语法提示不加区分地添加 try-catch 嵌套，要梳理好程序的流程再考虑 try-catch 嵌套的必要性。

Java 7 推出了多重捕获（multi-catch）技术, 可以把这些异常合并处理

try {
    // 可能会发生异常的语句
} catch (IOException | ParseException e) {
    // 调用方法methodA处理
}

finally 语句有一个执行细节，如果在 try 或者 catch 语句内有 return 语句，则 return 语句在 finally 语句执行结束后才执行，但 finally 并不能改变返回值，我们来看下面的代码。

public static int yyy() {
    int ret = 1;
    try {
        return ret;
    } finally {
        ret = 2;
    }
}

输出结果为 1。

如果在finally中也有return语句呢？try 和 catch 内的 return 会丢失，实际会返回finally中的返回值。

一般而言，为避免混淆，应该避免在 finally 中使用 return 语句或者抛出异常，如果调用的其他代码可能抛出异常，则应该捕获异常并进行处理。

释放资源

有时在 try-catch 语句中会占用一些非 Java 资源，如：打开文件、网络连接、打开数据库连接和使用数据结果集等，这些资源并非 Java 资源，不能通过 JVM 的垃圾收集器回收，需要程序员释放。为了确保这些资源能够被释放可以使用 finally 代码块或 Java 7 之后提供自动资源管理（Automatic Resource Management）技术。

finally 代码块

try-catch 语句后面还可以跟有一个 finally 代码块，try-catch-finally 语句语法如下：

注意：为了代码简洁等目的，可能有的人会将 finally 代码中的多个嵌套的try-catch语句合并。每一个close()方法对应关闭一个资源，如果某一个 close() 方法关闭时发生了异常，那么后面的也不会关闭，因此这种代码是有缺陷的。

自动资源管理

使用 finally 代码块释放资源会导致程序代码大量增加，一个 finally 代码块往往比正常执行的程序还要多。在Java 7之后提供自动资源管理（Automatic Resource Management）技术，可以替代 finally 代码块，优化代码结构，提高程序可读性。

自动资源管理是在try语句上的扩展，语法如下：

try (声明或初始化资源语句) {
    //可能会生成异常语句
} catch(Throwable e1){
    //处理异常e1
} catch(Throwable e2){
    //处理异常e1
} catch(Throwable eN){
    //处理异常eN
}

在 try 语句后面添加一对小括号“()”，其中是声明或初始化资源语句，可以有多条语句语句之间用分号“;”分隔。

示例代码如下：

public class HelloWorld {

    public static void main(String[] args) {
        Date date = readDate();
        System.out.println("读取的日期  = " + date);
    }

    public static Date readDate() {
        // 自动资源管理
        try (FileInputStream readfile = new FileInputStream("readme.txt");     
                InputStreamReader ir = new InputStreamReader(readfile);        
                BufferedReader in = new BufferedReader(ir)) {                  

            // 读取文件中的一行数据
            String str = in.readLine();
            if (str == null) return null;

            DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
            Date date = df.parse(str);
            return date;
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("处理IOException...");
            e.printStackTrace();
        } catch (ParseException e) {
            System.out.println("处理ParseException...");
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}

注意　所有可以自动管理的资源需要实现 AutoCloseable 接口，上述代码中三个输入流 FileInputStream、InputStreamReader 和 BufferedReader 从 Java 7之后实现 AutoCloseable 接口，具体哪些资源实现 AutoCloseable 接口需要查询 API文档。

资源的声明和初始化放在 try 语句内，不用再调用 finally，在语句执行完try语句后，会自动调用资源的 close() 方法。资源可以定义多个，以分号分隔。在 Java 9 之前，资源必须声明和初始化在 try 语句块内，Java 9去除了这个限制，资源可以在try语句外被声明和初始化，但必须是 final 的或者是事实上 final 的（即虽然没有声明为final但也没有被重新赋值）。

throws 与声明方法抛出异常

在一个方法中如果能够处理异常，则需要捕获并处理。但是本方法没有能力处理该异常，捕获它没有任何意义，则需要在方法后面声明抛出该异常，通知上层调用者该方法有可以发生异常。

注意：如果声明抛出的多个异常类之间有父子关系，可以只声明抛出父类。但如果没有父子关系情况下，最好明确声明抛出每一个异常，因为上层调用者会根据这些异常信息进行相应的处理。假如一个方法中有可能抛出 IOException 和 ParseException 两个异常，那么声明抛出 IOException 和 ParseException 呢？还是只声明抛出 Exception 呢？因为 Exception 是 IOException 和 ParseException 的父类，只声明抛出 Exception 从语法是允许的，但是声明抛出 IOException 和ParseException 更好一些。

• 使用 throw 抛出异常. 异常的本质是对象因为 throw 关键词后跟的是 new 运算符来创建的一个异常对象。
• 使用 throws 关键字抛出一个或多个异常。

自定义异常

有些公司为了提高代码的可重用性，自己开发了一些 Java 类库或框架，其中少不了自己编写了一些异常类。实现自定义异常类需要继承 Exception 类或其子类，如果自定义运行时异常类需继承RuntimeException 类或其子类。

我们通过继承 Exception 或者 RuntimeException 来定义一个异常。

package javax.xml.ws;

public class WebServiceException extends java.lang.RuntimeException {

  public WebServiceException() {
    super();
  }

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

  public WebServiceException(String message, Throwable cause) {
    super(message,cause);
  }

  public WebServiceException(Throwable cause) {
    super(cause);
  }

}

throw 与显式抛出异常

通过 throw 语句显式抛出异常, 显式抛出异常目的有很多，例如不想某些异常传给上层调用者，可以捕获之后重新显式抛出另外一种异常给调用者。

注意：throw 显式抛出的异常与系统生成并抛出的异常，在处理方式上没有区别，就是两种方法：要么捕获自己处理，要么抛出给上层调用者。在本例中是声明抛出，所以在 readDate()方法后面要声明抛出MyException异常。

设计良好异常机制

• 考虑要在异常中存储什么额外状态——记住，异常也是对象；
• Exception 类有四个公开的构造方法，一般情况下，自定义异常类时这四个构造方法都要实现，可用于初始化额外的状态，或者定制异常消息；
• 不要在你的 API 中自定义很多细致的异常类——Java I/O 和反射 API 都因为这么做了而受人诟病，所以别让使用这些包时的情况变得更糟；
• 别在一个异常类型中描述太多状况——例如，实现 JavaScript 的 Nashorn 引擎（Java 8 新功能）一开始有超多粗制滥造的异常，不过在发布之前修正了。

异常在子类覆盖中的体现

1. 子类覆盖父类时, 如果父类的方法抛出的异常,那么子类只能抛出父类异常或该异常的子类.
2. 如果父类方法抛出多个异常, 那么子类在覆盖方法时,只能抛出父类异常的子集.
3. 如果父类或接口的方法中没有异常抛出, 那么子类在覆盖方法时,也不可能抛出异常.如果子类方法发生异常,就必须进行 try 处理,绝对不能抛.

一句话就是子类不能抛出更大的异常.

避免使用两种处理异常的反模式

// 不要捕获异常而不处理
try {
    someMethodThatMightThrow();
} catch(Exception e){
}

// 不要捕获，记录日志后再重新抛出异常
try {
    someMethodThatMightThrow();
} catch(SpecificException e){
    log(e);
    throw e;
}

第一个反模式直接忽略近乎一定需要处理的异常状况（甚至没有在日志中记录）。这么做会增大系统其他地方出现问题的可能性——出现问题的地方可能会离原来的位置很远。

第二个反模式只会增加干扰——虽然记录了错误消息，但没真正处理发生的问题——在系统高层的某部分代码中还是要处理这个问题。

参考

• 第 14 章　异常处理-图灵社区 http://www.ituring.com.cn/book/tupubarticle/17745
• Java 编程的逻辑-微信读书 https://weread.qq.com/web/reader/b51320f05e159eb51b29226kc81322c012c81e728d9d180