深入理解Java异常

为什么使用异常？

使用异常机制它能够降低错误处理代码的复杂度，如果不使用异常，那么就必须检查特定的错误，并在程序中的许多地方去处理它，而如果使用异常，那就不必在方法调用处进行检查，因为异常机制将保证能够捕获这个错误，并且，只需在一个地方处理错误，即所谓的异常处理程序中。这种方式不仅节约代码，而且把“概述在正常执行过程中做什么事”的代码和“出了问题怎么办”的代码相分离。总之，与以前的错误处理方法相比，异常机制使代码的阅读、编写和调试工作更加井井有条。（摘自《Think in java 》）。chessy老师的博客
在《Think in java》中是这样定义异常的：异常情形是指阻止当前方法或者作用域继续执行的问题。在这里一定要明确一点：异常代码某种程度的错误，尽管Java有异常处理机制，但是我们不能以“正常”的眼光来看待异常，异常处理机制的原因就是告诉你：这里可能会或者已经产生了错误，您的程序出现了不正常的情况，可能会导致程序失败！
那么什么时候才会出现异常呢？只有在你当前的环境下程序无法正常运行下去，也就是说程序已经无法来正确解决问题了，这时它所就会从当前环境中跳出，并抛出异常。抛出异常后，它首先会做几件事。首先，它会使用new创建一个异常对象，然后在产生异常的位置终止程序，并且从当前环境中弹出对异常对象的引用，这时。异常处理机制就会接管程序，并开始寻找一个恰当的地方来继续执行程序，这个恰当的地方就是异常处理程序，它的任务就是将程序从错误状态恢复，以使程序要么换一种方法执行，要么继续执行下去。
总的来说异常处理机制就是当程序发生异常时，它强制终止程序运行，记录异常信息并将这些信息反馈给我们，由我们来确定是否处理异常。

异常体系

在这里插入图片描述
从上面这幅图可以看出，Throwable是java语言中所有错误和异常的超类（万物即可抛）。它有两个子类：Error、Exception。
其中 Error 为错误，是程序无法处理的，如 OutOfMemoryError、ThreadDeath 等，出现这种情况你唯一能做的就是听之任之，交由 JVM 来处理，不过 JVM 在大多数情况下会选择终止线程。

常见的Error主要包括：
OutOfMemoryError：内存溢出错误
StackOverflowError：栈溢出错误
VirtualMachineError：虚拟机错误
NoClassDefFoundError：找不到类错误

而 Exception 是程序可以处理的异常。它又分为两种 CheckedException（受捡异常），一种是UncheckedException（不受检异常）。其中CheckException发生在编译阶段，必须要使用try…catch（或者throws）否则编译不通过。而UncheckedException发生在运行期，具有不确定性，主要是由于程序的逻辑问题所引起的，难以排查，我们一般都需要纵观全局才能够发现这类的异常错误，所以在程序设计中我们需要认真考虑，好好写代码，尽量处理异常，即使产生了异常，也能尽量保证程序朝着有利方向发展。
所以：对于可恢复的条件使用被检查的异常（CheckedException），对于程序错误（言外之意不可恢复，大错已经酿成）使用运行时异常（RuntimeException）。

ArithmeticException（算术异常）
ClassCastException （类转换异常）
IllegalArgumentException （非法参数异常） IndexOutOfBoundsException （下标越界异常）
NullPointerException （空指针异常）
SecurityException （安全异常）

CheckedException&UncheckedException

非检查异常（unchecked exception）：Error 和 RuntimeException 以及他们的子类。javac在编译时，不会提示和发现这样的异常，不要求在程序处理这些异常。所以如果愿意，我们可以编写代码处理（使用try…catch…finally）这样的异常，也可以不处理。
对于这些异常，我们应该修正代码，而不是去通过异常处理器处理。这样的异常发生的原因多半是代码写的有问题。如除0错误ArithmeticException，错误的强制类型转换错误ClassCastException，数组索引越界ArrayIndexOutOfBoundsException，使用了空对象NullPointerException等等。
检查异常（checked exception）：除了Error 和 RuntimeException的其它异常。javac强制要求程序员为这样的异常做预备处理工作（使用try…catch…finally或者throws）。在方法中要么用try-catch语句捕获它并处理，要么用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。
这样的异常一般是由程序的运行环境导致的。因为程序可能被运行在各种未知的环境下，而程序员无法干预用户如何使用他编写的程序，于是程序员就应该为这样的异常时刻准备着。如SQLException , IOException,ClassNotFoundException 等。

需要明确的是：检查和非检查是对于javac来说的，这样就很好理解和区分了。

错误与异常

下面看几个具体的例子，包括error，exception和throwable
运行时异常，不需要显示捕获。检查异常需要显示捕获或者抛出。

//错误即error一般指jvm无法处理的错误
//异常是Java定义的用于简化错误处理流程和定位错误的一种工具。
public class 错误和异常 {
    Error error = new Error();

    public static void main(String[] args) {
        throw new Error();
    }

    //下面这四个异常或者错误有着不同的处理方法
    public void error1 (){
        //编译期要求必须处理，因为这个异常是最顶层异常，包括了检查异常，必须要处理
        try {
            throw new Throwable();
        } catch (Throwable throwable) {
            throwable.printStackTrace();
        }
    }
    //Exception也必须处理。否则报错，因为检查异常都继承自exception，所以默认需要捕捉。
    public void error2 (){
        try {
            throw new Exception();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //error可以不处理，编译不报错,原因是虚拟机根本无法处理，所以啥都不用做
    public void error3 (){
        throw new Error();
    }

    //runtimeexception众所周知编译不会报错
    public void error4 (){
        throw new RuntimeException();
    }
//    Exception in thread "main" java.lang.Error
//    at com.javase.异常.错误.main(错误.java:11)

}

异常的处理方式

在编写代码处理异常时，对于检查异常，有2种不同的处理方式：

使用try…catch…finally语句块处理它。
或者，在函数签名中使用throws 声明交给函数调用者caller去解决。

try-catch

(世界上最真情的相依，是你在try我在catch。无论你发神马脾气，我都默默承受，静静处理。)

public class 异常处理方式 {

@Test
public void main() {
    try{
        //try块中放可能发生异常的代码。
        InputStream inputStream = new FileInputStream("a.txt");

        //如果执行完try且不发生异常，则接着去执行finally块和finally后面的代码（如果有的话）。
        int i = 1/0;
        //如果发生异常，则尝试去匹配catch块。
        throw new SQLException();
        //使用1.8jdk同时捕获多个异常，runtimeexception也可以捕获。只是捕获后虚拟机也无法处理，所以不建议捕获。
    }catch(SQLException | IOException | ArrayIndexOutOfBoundsException exception){
        System.out.println(exception.getMessage());
        //每一个catch块用于捕获并处理一个特定的异常，或者这异常类型的子类。Java7中可以将多个异常声明在一个catch中。

        //catch后面的括号定义了异常类型和异常参数。如果异常与之匹配且是最先匹配到的，则虚拟机将使用这个catch块来处理异常。

        //在catch块中可以使用这个块的异常参数来获取异常的相关信息。异常参数是这个catch块中的局部变量，其它块不能访问。

        //如果当前try块中发生的异常在后续的所有catch中都没捕获到，则先去执行finally，然后到这个函数的外部caller中去匹配异常处理器。

        //如果try中没有发生异常，则所有的catch块将被忽略。

    }catch(Exception exception){
        System.out.println(exception.getMessage());
        //...
    }finally{
        //finally块通常是可选的。
        //无论异常是否发生，异常是否匹配被处理，finally都会执行。

        //finally主要做一些清理工作，如流的关闭，数据库连接的关闭等。
    }

异常出现时该方法后面的代码不会运行，即使异常已经被捕获。这里举出一个奇特的例子，在catch里再次使用try catch finally。

@Test
public void test() {
    try {
        throwE();
        System.out.println("我前面抛出异常了");
        System.out.println("我不会执行了");
    } catch (StringIndexOutOfBoundsException e) {
        System.out.println(e.getCause());
    }catch (Exception ex) {
    //在catch块中仍然可以使用try catch finally
        try {
            throw new Exception();
        }catch (Exception ee) {

        }finally {
            System.out.println("我所在的catch块没有执行，我也不会执行的");
        }
    }
}
//在方法声明中抛出的异常必须由调用方法处理或者继续往上抛，
// 当抛到jre时由于无法处理终止程序
public void throwE (){
//        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 80);

        //手动抛出异常时，不会报错，但是调用该方法的方法需要处理这个异常，否则会出错。
//        java.lang.StringIndexOutOfBoundsException
//        at com.javase.异常.异常处理方式.throwE(异常处理方式.java:75)
//        at com.javase.异常.异常处理方式.test(异常处理方式.java:62)
        throw new StringIndexOutOfBoundsException();
    }

注意点：
1、try块中的局部变量和catch块中的局部变量（包括异常变量），以及finally中的局部变量，他们之间不可共享使用。
2、每一个catch块用于处理一个异常。异常匹配是按照catch块的顺序从上往下寻找的，只有第一个匹配的catch会得到执行。匹配时，不仅运行精确匹配，也支持父类匹配，因此，如果同一个try块下的多个catch异常类型有父子关系，应该将子类异常放在前面，父类异常放在后面，这样保证每个catch块都有存在的意义。
3、java中，异常处理的任务就是将执行控制流从异常发生的地方转移到能够处理这种异常的地方去。==也就是说：当一个函数的某条语句发生异常时，这条语句的后面的语句不会再执行，它失去了焦点。==执行流跳转到最近的匹配的异常处理catch代码块去执行，异常被处理完后，执行流会接着在“处理了这个异常的catch代码块”后面接着执行。
有的编程语言当异常被处理后，控制流会恢复到异常抛出点接着执行，这种策略叫做：resumption model of exception handling（恢复式异常处理模式）
而Java则是让执行流恢复到处理了异常的catch块后接着执行，这种策略叫做：termination model of exception handling（终结式异常处理模式）

“不负责任”的throws

throws是另一种处理异常的方式，它不同于try…catch…finally，throws仅仅是将函数中可能出现的异常向调用者声明，而自己则不具体处理。
采取这种异常处理的原因可能是：方法本身不知道如何处理这样的异常，或者说让调用者处理更好，调用者需要为可能发生的异常负责。

public void foo() throws ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN
{ 
     //foo内部可以抛出 ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN 类的异常，或者他们的子类的异常对象。
}

固执的finally

finally块不管异常是否发生，只要对应的try执行了，则它一定也执行。只有一种方法让finally块不执行：System.exit()。因此finally块通常用来做资源释放操作：关闭文件，关闭数据库连接等等。
良好的编程习惯是：在try块中打开资源，在finally块中清理释放这些资源。
需要注意的地方:
1、finally块没有处理异常的能力。处理异常的只能是catch块。
2、在同一try…catch…finally块中，如果try中抛出异常，且有匹配的catch块，则先执行catch块，再执行finally块。如果没有catch块匹配，则先执行finally，然后去外面的调用者中寻找合适的catch块。
3、在同一try…catch…finally块中，try发生异常，且匹配的catch块中处理异常时也抛出异常，那么后面的finally也会执行：首先执行finally块，然后去外围调用者中寻找合适的catch块。

public class finally使用 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            throw new IllegalAccessException();
        }catch (IllegalAccessException e) {
            // throw new Throwable();
            //此时如果再抛异常，finally无法执行，只能报错。
            //finally无论何时都会执行
            //除非我显示调用。此时finally才不会执行
            System.exit(0);

        }finally {
            System.out.println("算你狠");
        }
    }
}

异常的链化

在一些大型的，模块化的软件开发中，一旦一个地方发生异常，则如骨牌效应一样，将导致一连串的异常。假设B模块完成自己的逻辑需要调用A模块的方法，如果A模块发生异常，则B也将不能完成而发生异常，但是B在抛出异常时，会将A的异常信息掩盖掉，这将使得异常的根源信息丢失。异常的链化可以将多个模块的异常串联起来，使得异常信息不会丢失。
异常链化 : 以一个异常对象为参数构造新的异常对象。新的异对象将包含先前异常的信息。这项技术主要是异常类的一个带Throwable参数的函数来实现的。这个当做参数的异常，我们叫他根源异常（cause）。
查看Throwable类源码，可以发现里面有一个Throwable字段cause，就是它保存了构造时传递的根源异常参数。这种设计和链表的结点类设计如出一辙，因此形成链也是自然的了。

public class Throwable implements Serializable {
    private Throwable cause = this;
   
    public Throwable(String message, Throwable cause) {
        fillInStackTrace();
        detailMessage = message;
        this.cause = cause;
    }
     public Throwable(Throwable cause) {
        fillInStackTrace();
        detailMessage = (cause==null ? null : cause.toString());
        this.cause = cause;
    }
}

下面是一个例子，演示了异常的链化：从命令行输入2个int，将他们相加，输出。输入的数不是int，则导致getInputNumbers异常，从而导致add函数异常，则可以在add函数中抛出一个链化的异常。

public static void main(String[] args)
{
    
    System.out.println("请输入2个加数");
    int result;
    try
    {
        result = add();
        System.out.println("结果:"+result);
    } catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
    }
}
//获取输入的2个整数返回
private static List<Integer> getInputNumbers()
{
    List<Integer> nums = new ArrayList<>();
    Scanner scan = new Scanner(System.in);
    try {
        int num1 = scan.nextInt();
        int num2 = scan.nextInt();
        nums.add(new Integer(num1));
        nums.add(new Integer(num2));
    }catch(InputMismatchException immExp){
        throw immExp;
    }finally {
        scan.close();
    }
    return nums;
}

//执行加法计算
private static int add() throws Exception
{
    int result;
    try {
        List<Integer> nums =getInputNumbers();
        result = nums.get(0)  + nums.get(1);
    }catch(InputMismatchException immExp){
        throw new Exception("计算失败",immExp);  /////////////////////////////链化:以一个异常对象为参数构造新的异常对象。
    }
    return  result;
}

/*
请输入2个加数
r 1
java.lang.Exception: 计算失败
    at practise.ExceptionTest.add(ExceptionTest.java:53)
    at practise.ExceptionTest.main(ExceptionTest.java:18)
Caused by: java.util.InputMismatchException
    at java.util.Scanner.throwFor(Scanner.java:864)
    at java.util.Scanner.next(Scanner.java:1485)
    at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2117)
    at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2076)
    at practise.ExceptionTest.getInputNumbers(ExceptionTest.java:30)
    at practise.ExceptionTest.add(ExceptionTest.java:48)
    ... 1 more

*/

自定义异常

如果要自定义异常类，则扩展Exception类即可，因此这样的自定义异常都属于检查异常（checked exception）。
如果要自定义非检查异常，则扩展自RuntimeException。按照国际惯例，自定义的异常应该总是包含如下的构造函数：

一个无参构造函数
一个带有String参数的构造函数，并传递给父类的构造函数。
一个带有String参数和Throwable参数，并都传递给父类构造函数
一个带有Throwable
参数的构造函数，并传递给父类的构造函数。

下面是IOException类的完整源代码，可以借鉴。

public class IOException extends Exception
{
    static final long serialVersionUID = 7818375828146090155L;

    public IOException()
    {
        super();
    }

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

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

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

异常的注意事项

1、当子类重写父类的带有 throws声明的函数时，其throws声明的异常必须在父类异常的可控范围内——用于处理父类的throws方法的异常处理器，必须也适用于子类的这个带throws方法。这是为了支持多态。
例如，父类方法throws 的是2个异常，子类就不能throws 3个及以上的异常。父类throws IOException，子类就必须throws IOException或者IOException的子类。
2、Java程序可以是多线程的。每一个线程都是一个独立的执行流，独立的函数调用栈。如果程序只有一个线程，那么没有被任何代码处理的异常会导致程序终止。如果是多线程的，那么没有被任何代码处理的异常仅仅会导致异常所在的线程结束。
也就是说，Java中的异常是线程独立的，线程的问题应该由线程自己来解决，而不要委托到外部，也不会直接影响到其它线程的执行。

finally与return的故事

1、首先一个不容易理解的事实：在 try块中即便有return，break，continue等改变执行流的语句，finally也会执行。

public static void main(String[] args)
{
    int re = bar();
    System.out.println(re);
}
private static int bar() 
{
    try{
        return 5;
    } finally{
        System.out.println("finally");
    }
}
/*输出：
finally
*/

2、finally中的return 会覆盖 try 或者catch中的返回值。

public static void main(String[] args)
    {
        int result;

        result  =  foo();
        System.out.println(result);     /////////2

        result = bar();
        System.out.println(result);    /////////2
    }

    @SuppressWarnings("finally")
    public static int foo()
    {
        try{
            int a = 5 / 0;
        } catch (Exception e){
            return 1;
        } finally{
            return 2;
        }

    }

    @SuppressWarnings("finally")
    public static int bar()
    {
        try {
            return 1;
        }finally {
            return 2;
        }
    }

3、finally中的return会抑制（消灭）前面try或者catch块中的异常。

class TestException
{
    public static void main(String[] args)
    {
        int result;
        try{
            result = foo();
            System.out.println(result);           //输出100
        } catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());    //没有捕获到异常
        }
        
        
        try{
            result  = bar();
            System.out.println(result);           //输出100
        } catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());    //没有捕获到异常
        }
    }
    
    //catch中的异常被抑制
    @SuppressWarnings("finally")
    public static int foo() throws Exception
    {
        try {
            int a = 5/0;
            return 1;
        }catch(ArithmeticException amExp) {
            throw new Exception("我将被忽略，因为下面的finally中使用了return");
        }finally {
            return 100;
        }
    }
    
    //try中的异常被抑制
    @SuppressWarnings("finally")
    public static int bar() throws Exception
    {
        try {
            int a = 5/0;
            return 1;
        }finally {
            return 100;
        }
    }
}

4、finally中的异常会覆盖（消灭）前面try或者catch中的异常。

class TestException
{
    public static void main(String[] args)
    {
        int result;
        try{
            result = foo();
        } catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());    //输出：我是finaly中的Exception
        }
        
        
        try{
            result  = bar();
        } catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());    //输出：我是finaly中的Exception
        }
    }
    
    //catch中的异常被抑制
    @SuppressWarnings("finally")
    public static int foo() throws Exception
    {
        try {
            int a = 5/0;
            return 1;
        }catch(ArithmeticException amExp) {
            throw new Exception("我将被忽略，因为下面的finally中抛出了新的异常");
        }finally {
            throw new Exception("我是finaly中的Exception");
        }
    }
    
    //try中的异常被抑制
    @SuppressWarnings("finally")
    public static int bar() throws Exception
    {
        try {
            int a = 5/0;
            return 1;
        }finally {
            throw new Exception("我是finaly中的Exception");
        }
        
    }
}

上面的3个例子都异于常人的编码思维，因此我建议：

不要在fianlly中使用return。不要在finally中抛出异常。

减轻finally的任务，不要在finally中做一些其它的事情，finally块仅仅用来释放资源是最合适的。

将尽量将所有的return写在函数的最后面，而不是try … catch … finally中。

final、finally与finalize三兄弟的区别

1. 关键字final表示「最终的」，可用来修饰类、属性和方法.

修饰类：表示该类不能被继承，以提高程序的安全性和可读性，如String、 System、StringBuffer类等。
修饰方法：表示方法不能被重写，如Object类的getClass方法。修饰属性：表示变量一次赋值以后值不能被修改（常量），其名称通常大写。

2. finally关键字是对Java异常处理模型的最佳补充。

无论是否有异常发生， finally块中的代码总会被执行，其常用于执行资源清除操作，如关闭文件读写流、关闭数据库连接等。

3. finalize是Object类的一个方法

在垃圾回收器执行对象回收操作前会先调用该对象的finalize方法，可覆盖此方法来提供垃圾回收时的其他资源回收，如关闭文件等。

Java基础10——深入理解Java异常