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一、异常的概念和体系结构
1.1 异常的概念
程序员在开发过程中，想要将代码写得尽可能完美，但在程序运行过程中，会出现一些问题，例如：数据的格式不正确、网络不畅等。在Java中，将程序执行过程中发生的不正常行为叫作异常，例如写代码时遇到的：
1. 算术异常
System.out.println(10/0);
2. 数组越界异常
int[] arr={1,2,3};
System.out.println(arr[5]);
3. 空指针异常
int[] arr=null;
System.out.println(arr.length);
Java中不同类型的异常，都有对应的类进行描述。
1.2 异常的体系结构
异常的种类有很多，为对不同类异常或错误进行更好的管理，Java内部维护一个异常体系结构。
由图可知，Throwable是异常体系最顶层的类，有Error和Exception两个子类；Error类异常是Java虚拟机无法解决的问题，例如资源耗尽等，一旦出现这类异常后面的程序就不再执行；Exception类异常是程序员可以通过代码处理的，使程序继续进行。
1.3 异常的分类
异常发生在编译期间或程序运行时，根据发生的时机不同可以分为编译时异常和运行时异常。上图中只有Runtime Exception类是运行时异常。
1. 编译时异常
编译时异常是在程序编译期间发生的异常，也叫受检查异常。
class Person{
String name;
public Person(String name){
this.name=name;
}
@Override
protected Object clone() {
return super.clone();
}
}
必须捕获或声明（方法后声明）异常来方便抛出，异常最后后由JVM来处理。
2. 运行时异常
运行时异常时在程序运行期间发生的异常，也叫非受检查异常。上述所说的数组越界异常和空指针异常都是运行时异常，编译通过但运行出错。
注意：编译时期出现的语法错误不属于异常。
二、异常的处理
2.1 防御式编程
防御式编程是程序出现问题及时通知程序员进行处理，处理方式有两种：事前防御型和事后认错型。
1. 事前防御型：在操作之前就做检查。
boolean ret=false;
ret =登陆游戏();
if(!ret){
//处理游戏错误；
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;
}
……
缺陷：正常流程和错误处理流程写一块，代码整体阅读性不高。
2. 事后认错型：先操作，遇到问题再处理。
try{
登陆游戏();
开始匹配();
游戏确认();
选择英雄();
……
}catch(登录游戏异常){
//处理登录游戏异常;
}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;
}
……
优点：正常流程和错误流程的代码分开，代码阅读性高，容易理解代码异常处理的核心思想是事后认错型。
Java中，异常处理主要的5个关键字：throw、try、catch、final、throws。
2.2 异常抛出
在编写程序时，如果程序中出现错误，就需要将错误信息告诉给调用者。
在Java中。可以借助throw关键字，抛出一个指定的异常对象，将错误信息告诉给调用者
throw new XXXException("异常产生原因");
示例：访问数组任意位置元素的方法
public static int getEldment(int[] arr,int index){
if(null==arr)
throw new NullPointerException("传递的数组为空");
if(index<0||index>= arr.length)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("数组下标越界");
return arr[index];
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr={1,2,3};
System.out.println(getEldment(arr,3));
}
注意：throw必须写在方法体内；抛出的异常必须是Exception或Exception的子类对象；如果是Runtime Exception或者Runtime Exception的子类，则可以不用处理，交给JVM处理；如果抛出的是编译异常，用户必须处理，否则无法通过编译；异常一旦抛出，其后的代码就不会执行。
2.3 异常捕获
异常捕获是异常的具体处理方法，主要有两种：异常声明throws和try-catch捕获处理。
1. 异常声明 throws
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，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。
语法格式
修饰符 返回值类型 方法名(参数列表) throws 异常类型1，异常类型2...{
}
示例：加载指定配置文件
File file;
//FileNotFoundException:编译时异常，表明文件不存在
//没有办法处理，将错误信息报给调用者，让调用者检查文件名是否错误
public void OpenFile(String Filename) throws FileNotFoundException{
if(!Filename.equals("config.ini")){
throw new FileNotFoundException("配置的文件名不对");
}
注意：throws必须跟在方法的参数列表之后；声明的异常必须是Exception或Exception的子类；方法内部如果抛出多个异常，throws之后就必须跟多个异常，如果抛出的多个异常，则直接声明父类即可;调用声明抛出异常的方法时，调用者必须对异常进行处理，或者使用throw抛出。
public class Config {
File file;
/*public void OpenFile(String FileName) throws IOException,FileNotFoundException
FileNotFoundException 继承于IOException*/
public void OpenFile(String FileName) throws IOException{
if(FileName.endsWith(".ini")){
throw new IOException("该文件不是.ini文件");
}
if(FileName.equals("config.ini")) {
throw new FileNotFoundException("配置的文件名不对");
}
}
public static void main(String[] args) {
Config config=new Config();
try {
config.OpenFile("config.ini");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
2. 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。
语法格式
try{
//可能出现异常的代码
}catch(捕获的异常类型 e){
//如果捕获到，就处理异常，完成后跳出try-catch结构，继续执行后面代码
}[catch(异常类型 e){
//异常处理
}finally{
//此处代码一定执行
}]
//后面代码
//当异常被捕获并处理后，后面代码一定会执行，如果捕获类型不对，后面代码就不会执行
上面代码块中[]表示可选项，可以添加也可以不添加，try中代码可能会抛出异常也可能不会。
public static void main(String[] args) {
System.out.println("异常前");
/*catch可以捕获多个异常，但同一时刻只能抛出一个异常*/
try{
System.out.println(10/0);
}catch (ArithmeticException e){
e.printStackTrace();//打印信息最全面
System.out.println("成功捕获并处理ArithmeticException异常");
//System.out.println(e.getMessage());//只打印异常信息
//System.out.println(e);//打印异常类型：异常信息
}catch (NullPointerException e){
e.printStackTrace();
System.out.println("成功捕获并处理NullPointerException异常");
}
System.out.println("异常后");
}
异常处理方式：根据不同的场景来决定。对于比较严重的问题(例如和算钱相关的场景), 应该让程序直接崩溃, 防止造成更严重的后果；对于不太严重的问题(大多数场景), 可以记录错误日志, 通过监控报警程序及时通知程序员；对于可能会恢复的问题(和网络相关的场景), 可以尝试进行重试。在以上代码中采取的是经过简化的第二种方式. 我们记录的错误日志是出现异常的方法调用信息, 能很快速的让我们找到出现异常的位置。
注意：try块内抛出异常位置后的代码不会被执行；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收到后结束程序----异常按照类型来捕获；
public static void main(String[] args) {
try{
int[] arr={1,2,3};
System.out.println(arr[3]);//抛出数组越界异常
}catch (NullPointerException e){//捕获空指针异常，其他类的异常无法被捕获
e.printStackTrace();
}
System.out.println("异常处理后");
}
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[] arr={1,2,3};
System.out.println(arr[3]);//抛出数组越界异常
}catch (NullPointerException e){//捕获空指针异常，其他类的异常无法被捕获
System.out.println("空指针异常");
e.printStackTrace();
}catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e){//数组越界异常
System.out.println("数组越界异常");
e.printStackTrace();
}
System.out.println("异常处理后");
}
如果多个异常处理方式完全相同，也可以以如下方式写；
catch (NullPointerException|ArrayIndexOutOfBoundsException e){
}
如果异常间有父子关系，一定是子类异常在前catch，父类异常在后catch，否则语法错误，如下代码；
public static void main(String[] args) { try{ int[] arr={1,2,3}; System.out.println(arr[5]); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); }catch (NullPointerException e){ e.printStackTrace(); } }//Exception 'java.lang.NullPointerException' has already been caught
3. finally
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、数据库连接等，在程序正常或者异常退出时，必须要对资源进行回收。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。
语法格式
try{
//可能异常的代码
}catch(异常类型 e){
//处理异常
}finally{
//此处代码一定执行，不论是否异常
}
示例
public static void main(String[] args) {
try{
int[] arr = {1,2,3};
arr[5] = 10;
arr[0] = 10;
}catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e){
System.out.println("处理异常");
e.printStackTrace();
}finally {
System.out.println("finally中的代码一定会执行");
}
System.out.println("异常后");
}
finally 和 try-catch-finally 后的代码都会执行，那为什么还要有finally呢？
示例：在一个方法中输入一个整数并返回，在main中打印这个数
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 date=getData();
System.out.println(date);
}
上述代码，正常输入，成功接收输入后程序就返回了，try-catch-finally之后代码没有执行，即输入流没有被释放，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。
public static void main(String[] args) {
System.out.println(func());
}
public static int func() {
try {
return 5;
} finally {
return 10;
}
}
finally 的执行是在方法返回之前(try 或者catch中若有return，会在这个return之前执行finally)，但若finally中也存在return 语句, 那么就会执行finally中的return, 而不会执行try中的 return。一般不建议在finally中写return。
2.4 异常处理流程
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 void main(String[] args) {
try {
func1();
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
e.printStackTrace();
}System.out.println("after try catch");
}
public static void func1() {
int[] arr = {1, 2, 3};
System.out.println(arr[100]);
}
异常处理流程：程序先执行 try 中的代码；如果 try 中代码异常, 就结束 try 中代码, 看与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到上层调用者；无论是否找到匹配的异常类型, finally 中的代码都会被执行(在该方法结束前)；如果上层调用者也没有处理的了异常, 就继续向上传递；一直到 main 方法也没有合适的代码处理异常, 就会交给 JVM 来进行处理, 此时程序就会异常终止。
三、自定义异常类
Java中虽然已经内置丰富的异常类, 但不能完全表示实际开发所遇到的一些异常，此时需要维护符合我们实际情况的异常结构。
例如：实现一个用户登陆功能
public class LogIn {
//用户名
private String user_name = "admin";//密码
private String user_password = "123456";//登录
public static void loginInfo(String userName, String password) {
if (!user_name.equals(userName)) {
} if(!user_password.equals(password)) {
}System.out.println("登陆成功");
}
public static void main(String[] args) {
loginInfo("admin", "123456");
}
}
在处理用户名密码错误时可能需要抛出两种异常，我们可以基于已有的异常类进行扩展(继承), 创建和业务相关的异常类。
自定义异常类，然后继承自Exception 或者 RunTimeException；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。
public class UserNameException extends Exception{ public UserNameException(String massage){ super(massage); } }public class UserPasswordException extends Exception{ public UserPasswordException(String massage){ super(massage); } }
public class Login {
//用户名
private String user_name="admin";
//密码
private String user_password="123456";
//登录
public static void User_login(String userName,String userPassword) throws UserNameException,UserPasswordException{
if(!user_name.equals(userName)){
throw new UserNameException("用户名错误！");
}
if(!user_password.equals(userPassword)){
throw new UserPasswordException("用户密码错误！");
}
System.out.println("登录成功");
}
public static void main(String[] args) throws UserPasswordException,UserNameException {
try{
User_login("admin","123456");
}catch (UserNameException e){
e.getStackTrace();
}catch (UserPasswordException e){
e.getStackTrace();
}
}
}
注意：自定义异常通常会继承自 Exception 或者 RuntimeException；继承自 Exception 的异常默认是受查异常；继承自 RuntimeException 的异常默认是非受查异常。