Java異常詳解及如何處理

作者：lulipro
來源：www.cnblogs.com/lulipro

簡介

程序運(yùn)行時(shí)，發(fā)生的不被期望的事件，它阻止了程序按照程序員的預(yù)期正常執(zhí)行，這就是異常。異常發(fā)生時(shí)，是任程序自生自滅，立刻退出終止，還是輸出錯(cuò)誤給用戶？或者用C語言風(fēng)格：用函數(shù)返回值作為執(zhí)行狀態(tài)？。

Java提供了更加優(yōu)秀的解決辦法：異常處理機(jī)制。

異常處理機(jī)制能讓程序在異常發(fā)生時(shí)，按照代碼的預(yù)先設(shè)定的異常處理邏輯，針對性地處理異常，讓程序盡最大可能恢復(fù)正常并繼續(xù)執(zhí)行，且保持代碼的清晰。
Java中的異?？梢允呛瘮?shù)中的語句執(zhí)行時(shí)引發(fā)的，也可以是程序員通過throw 語句手動拋出的，只要在Java程序中產(chǎn)生了異常，就會用一個(gè)對應(yīng)類型的異常對象來封裝異常，JRE就會試圖尋找異常處理程序來處理異常。

Throwable類是Java異常類型的頂層父類，一個(gè)對象只有是 Throwable 類的（直接或者間接）實(shí)例，他才是一個(gè)異常對象，才能被異常處理機(jī)制識別。JDK中內(nèi)建了一些常用的異常類，我們也可以自定義異常。

Java異常的分類和類結(jié)構(gòu)圖

Java標(biāo)準(zhǔn)褲內(nèi)建了一些通用的異常，這些類以Throwable為頂層父類。

Throwable又派生出Error類和Exception類。

錯(cuò)誤：Error類以及他的子類的實(shí)例，代表了JVM本身的錯(cuò)誤。錯(cuò)誤不能被程序員通過代碼處理，Error很少出現(xiàn)。因此，程序員應(yīng)該關(guān)注Exception為父類的分支下的各種異常類。

異常：Exception以及他的子類，代表程序運(yùn)行時(shí)發(fā)送的各種不期望發(fā)生的事件?？梢员籎ava異常處理機(jī)制使用，是異常處理的核心。

非檢查異常：

Error 和 RuntimeException 以及他們的子類。javac在編譯時(shí)，不會提示和發(fā)現(xiàn)這樣的異常，不要求在程序處理這些異常。所以如果愿意，我們可以編寫代碼處理（使用try…catch…finally）這樣的異常，也可以不處理。對于這些異常，我們應(yīng)該修正代碼，而不是去通過異常處理器處理 。這樣的異常發(fā)生的原因多半是代碼寫的有問題。如除0錯(cuò)誤ArithmeticException，錯(cuò)誤的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤ClassCastException，數(shù)組索引越界ArrayIndexOutOfBoundsException，使用了空對象NullPointerException等等。

檢查異常：

除了Error 和 RuntimeException的其它異常。javac強(qiáng)制要求程序員為這樣的異常做預(yù)備處理工作（使用try…catch…finally或者throws）。在方法中要么用try-catch語句捕獲它并處理，要么用throws子句聲明拋出它，否則編譯不會通過。這樣的異常一般是由程序的運(yùn)行環(huán)境導(dǎo)致的。因?yàn)槌绦蚩赡鼙贿\(yùn)行在各種未知的環(huán)境下，而程序員無法干預(yù)用戶如何使用他編寫的程序，于是程序員就應(yīng)該為這樣的異常時(shí)刻準(zhǔn)備著。如SQLException , IOException,ClassNotFoundException 等。

需要明確的是：檢查和非檢查是對于javac來說的，這樣就很好理解和區(qū)分了。

初識異常

下面的代碼會演示2個(gè)異常類型：ArithmeticException 和 InputMismatchException。前者由于整數(shù)除0引發(fā)，后者是輸入的數(shù)據(jù)不能被轉(zhuǎn)換為int類型引發(fā)。

package com.example;
import java. util .Scanner ;
public class AllDemo
{
      public static void main (String [] args )
      {
            System . out. println( "----歡迎使用命令行除法計(jì)算器----" ) ;
            CMDCalculate ();
      }
      public static void CMDCalculate ()
      {
            Scanner scan = new Scanner ( System. in );
            int num1 = scan .nextInt () ;
            int num2 = scan .nextInt () ;
            int result = devide (num1 , num2 ) ;
            System . out. println( "result:" + result) ;
            scan .close () ;
      }
      public static int devide (int num1, int num2 ){
            return num1 / num2 ;
      }
}
/*****************************************
----歡迎使用命令行除法計(jì)算器----
0
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException : / by zero
     at com.example.AllDemo.devide( AllDemo.java:30 )
     at com.example.AllDemo.CMDCalculate( AllDemo.java:22 )
     at com.example.AllDemo.main( AllDemo.java:12 )
----歡迎使用命令行除法計(jì)算器----
r
Exception in thread "main" 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 com.example.AllDemo.CMDCalculate( AllDemo.java:20 )
     at com.example.AllDemo.main( AllDemo.java:12 )
*****************************************/

異常是在執(zhí)行某個(gè)函數(shù)時(shí)引發(fā)的，而函數(shù)又是層級調(diào)用，形成調(diào)用棧的，因?yàn)?，只要一個(gè)函數(shù)發(fā)生了異常，那么他的所有的caller都會被異常影響。當(dāng)這些被影響的函數(shù)以異常信息輸出時(shí)，就形成的了異常追蹤棧。

異常最先發(fā)生的地方，叫做異常拋出點(diǎn)。

上面的代碼不使用異常處理機(jī)制，也可以順利編譯，因?yàn)?個(gè)異常都是非檢查異常。但是下面的例子就必須使用異常處理機(jī)制，因?yàn)楫惓Ｊ菣z查異常。

代碼中我選擇使用throws聲明異常，讓函數(shù)的調(diào)用者去處理可能發(fā)生的異常。但是為什么只throws了IOException呢？因?yàn)镕ileNotFoundException是IOException的子類，在處理范圍內(nèi)。

@Test
public void testException() throws IOException
{
    //FileInputStream的構(gòu)造函數(shù)會拋出FileNotFoundException
    FileInputStream fileIn = new FileInputStream("E:\\a.txt");
    int word;
    //read方法會拋出IOException
    while((word =  fileIn.read())!=-1) 
    {
        System.out.print((char)word);
    }
    //close方法會拋出IOException
    fileIn.clos
}

異常處理的基本語法

在編寫代碼處理異常時(shí)，對于檢查異常，有2種不同的處理方式：使用try…catch…finally語句塊處理它?；蛘?，在函數(shù)簽名中使用throws 聲明交給函數(shù)調(diào)用者caller去解決。

try…catch…finally語句塊

try{
     //try塊中放可能發(fā)生異常的代碼。
     //如果執(zhí)行完try且不發(fā)生異常，則接著去執(zhí)行finally塊和finally后面的代碼（如果有的話）。
     //如果發(fā)生異常，則嘗試去匹配catch塊。
}catch(SQLException SQLexception){
    //每一個(gè)catch塊用于捕獲并處理一個(gè)特定的異常，或者這異常類型的子類。Java7中可以將多個(gè)異常聲明在一個(gè)catch中。
    //catch后面的括號定義了異常類型和異常參數(shù)。如果異常與之匹配且是最先匹配到的，則虛擬機(jī)將使用這個(gè)catch塊來處理異常。
    //在catch塊中可以使用這個(gè)塊的異常參數(shù)來獲取異常的相關(guān)信息。異常參數(shù)是這個(gè)catch塊中的局部變量，其它塊不能訪問。
    //如果當(dāng)前try塊中發(fā)生的異常在后續(xù)的所有catch中都沒捕獲到，則先去執(zhí)行finally，然后到這個(gè)函數(shù)的外部caller中去匹配異常處理器。
    //如果try中沒有發(fā)生異常，則所有的catch塊將被忽略。
}catch(Exception exception){
    //...
}finally{
    //finally塊通常是可選的。
   //無論異常是否發(fā)生，異常是否匹配被處理，finally都會執(zhí)行。
   //一個(gè)try至少要有一個(gè)catch塊，否則， 至少要有1個(gè)finally塊。但是finally不是用來處理異常的，finally不會捕獲異常。
  //finally主要做一些清理工作，如流的關(guān)閉，數(shù)據(jù)庫連接的關(guān)閉等。 
}

需要注意的地方

1、try塊中的局部變量和catch塊中的局部變量（包括異常變量），以及finally中的局部變量，他們之間不可共享使用。

2、每一個(gè)catch塊用于處理一個(gè)異常。異常匹配是按照catch塊的順序從上往下尋找的，只有第一個(gè)匹配的catch會得到執(zhí)行。匹配時(shí)，不僅運(yùn)行精確匹配，也支持父類匹配，因此，如果同一個(gè)try塊下的多個(gè)catch異常類型有父子關(guān)系，應(yīng)該將子類異常放在前面，父類異常放在后面，這樣保證每個(gè)catch塊都有存在的意義。

3、java中，異常處理的任務(wù)就是將執(zhí)行控制流從異常發(fā)生的地方轉(zhuǎn)移到能夠處理這種異常的地方去。也就是說：當(dāng)一個(gè)函數(shù)的某條語句發(fā)生異常時(shí)，這條語句的后面的語句不會再執(zhí)行，它失去了焦點(diǎn)。執(zhí)行流跳轉(zhuǎn)到最近的匹配的異常處理catch代碼塊去執(zhí)行，異常被處理完后，執(zhí)行流會接著在“處理了這個(gè)異常的catch代碼塊”后面接著執(zhí)行。

有的編程語言當(dāng)異常被處理后，控制流會恢復(fù)到異常拋出點(diǎn)接著執(zhí)行，這種策略叫做：resumption model of exception handling（恢復(fù)式異常處理模式 ）

而Java則是讓執(zhí)行流恢復(fù)到處理了異常的catch塊后接著執(zhí)行，這種策略叫做：termination model of exception handling（終結(jié)式異常處理模式）

public static void main(String[] args){
        try {
            foo();
        }catch(ArithmeticException ae) {
            System.out.println("處理異常");
        }
}
public static void foo(){
        int a = 5/0;  //異常拋出點(diǎn)
        System.out.println("為什么還不給我漲工資!!!");  //////////////////////不會執(zhí)行
}

throws 函數(shù)聲明

throws聲明：如果一個(gè)方法內(nèi)部的代碼會拋出檢查異常（checked exception），而方法自己又沒有完全處理掉，則javac保證你必須在方法的簽名上使用throws關(guān)鍵字聲明這些可能拋出的異常，否則編譯不通過。

throws是另一種處理異常的方式，它不同于try…catch…finally，throws僅僅是將函數(shù)中可能出現(xiàn)的異常向調(diào)用者聲明，而自己則不具體處理。

采取這種異常處理的原因可能是：方法本身不知道如何處理這樣的異常，或者說讓調(diào)用者處理更好，調(diào)用者需要為可能發(fā)生的異常負(fù)責(zé)。

public void foo() throws ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN
{ 
     //foo內(nèi)部可以拋出 ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN 類的異常，或者他們的子類的異常對象。
}

finally塊

finally塊不管異常是否發(fā)生，只要對應(yīng)的try執(zhí)行了，則它一定也執(zhí)行。只有一種方法讓finally塊不執(zhí)行：System.exit()。因此finally塊通常用來做資源釋放操作：關(guān)閉文件，關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接等等。

良好的編程習(xí)慣是：在try塊中打開資源，在finally塊中清理釋放這些資源。

需要注意的地方:

1、finally塊沒有處理異常的能力。處理異常的只能是catch塊。

2、在同一try…catch…finally塊中 ，如果try中拋出異常，且有匹配的catch塊，則先執(zhí)行catch塊，再執(zhí)行finally塊。如果沒有catch塊匹配，則先執(zhí)行finally，然后去外面的調(diào)用者中尋找合適的catch塊。

3、在同一try…catch…finally塊中 ，try發(fā)生異常，且匹配的catch塊中處理異常時(shí)也拋出異常，那么后面的finally也會執(zhí)行：首先執(zhí)行finally塊，然后去外圍調(diào)用者中尋找合適的catch塊。

throw 異常拋出語句

throw exceptionObject

程序員也可以通過throw語句手動顯式的拋出一個(gè)異常。throw語句的后面必須是一個(gè)異常對象。

throw 語句必須寫在函數(shù)中，執(zhí)行throw 語句的地方就是一個(gè)異常拋出點(diǎn)，它和由JRE自動形成的異常拋出點(diǎn)沒有任何差別。

public void save(User user)
{
      if(user  == null) 
          throw new IllegalArgumentException("User對象為空");
      //......
}

異常的鏈化

在一些大型的，模塊化的軟件開發(fā)中，一旦一個(gè)地方發(fā)生異常，則如骨牌效應(yīng)一樣，將導(dǎo)致一連串的異常。假設(shè)B模塊完成自己的邏輯需要調(diào)用A模塊的方法，如果A模塊發(fā)生異常，則B也將不能完成而發(fā)生異常，但是B在拋出異常時(shí)，會將A的異常信息掩蓋掉，這將使得異常的根源信息丟失。異常的鏈化可以將多個(gè)模塊的異常串聯(lián)起來，使得異常信息不會丟失。

異常鏈化:以一個(gè)異常對象為參數(shù)構(gòu)造新的異常對象。新的異對象將包含先前異常的信息。這項(xiàng)技術(shù)主要是異常類的一個(gè)帶Throwable參數(shù)的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)當(dāng)做參數(shù)的異常，我們叫他根源異常（cause）。

查看Throwable類源碼，可以發(fā)現(xiàn)里面有一個(gè)Throwable字段cause，就是它保存了構(gòu)造時(shí)傳遞的根源異常參數(shù)。這種設(shè)計(jì)和鏈表的結(jié)點(diǎn)類設(shè)計(jì)如出一轍，因此形成鏈也是自然的了。

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;
    }
    //........
}

下面是一個(gè)例子，演示了異常的鏈化：從命令行輸入2個(gè)int，將他們相加，輸出。輸入的數(shù)不是int，則導(dǎo)致getInputNumbers異常，從而導(dǎo)致add函數(shù)異常，則可以在add函數(shù)中拋出

一個(gè)鏈化的異常。

public static void main(String[] args)
{
    System.out.println("請輸入2個(gè)加數(shù)");
    int result;
    try
    {
        result = add();
        System.out.println("結(jié)果:"+result);
    } catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
    }
}
//獲取輸入的2個(gè)整數(shù)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;
}
//執(zhí)行加法計(jì)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("計(jì)算失敗",immExp);  /////////////////////////////鏈化:以一個(gè)異常對象為參數(shù)構(gòu)造新的異常對象。
    }
    return  result;
}
/*
請輸入2個(gè)加數(shù)
r 1
java.lang.Exception: 計(jì)算失敗
    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
*/

自定義異常

如果要自定義異常類，則擴(kuò)展Exception類即可，因此這樣的自定義異常都屬于檢查異常（checked exception）。如果要自定義非檢查異常，則擴(kuò)展自RuntimeException。

按照國際慣例，自定義的異常應(yīng)該總是包含如下的構(gòu)造函數(shù)：

• 一個(gè)無參構(gòu)造函數(shù)

• 一個(gè)帶有String參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，并傳遞給父類的構(gòu)造函數(shù)。

• 一個(gè)帶有String參數(shù)和Throwable參數(shù)，并都傳遞給父類構(gòu)造函數(shù)

• 一個(gè)帶有Throwable 參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，并傳遞給父類的構(gòu)造函數(shù)。

下面是IOException類的完整源代碼，可以借鑒。

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);
    }
}

異常的注意事項(xiàng)

1、當(dāng)子類重寫父類的帶有 throws聲明的函數(shù)時(shí)，其throws聲明的異常必須在父類異常的可控范圍內(nèi)——用于處理父類的throws方法的異常處理器，必須也適用于子類的這個(gè)帶throws方法 。這是為了支持多態(tài)。

例如，父類方法throws 的是2個(gè)異常，子類就不能throws 3個(gè)及以上的異常。父類throws IOException，子類就必須throws IOException或者IOException的子類。

至于為什么？我想，也許下面的例子可以說明。

class Father
{
    public void start() throws IOException
    {
        throw new IOException();
    }
}
class Son extends Father
{
    public void start() throws Exception
    {
        throw new SQLException();
    }
}
/**********************假設(shè)上面的代碼是允許的（實(shí)質(zhì)是錯(cuò)誤的）***********************/
class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Father[] objs = new Father[2];
        objs[0] = new Father();
        objs[1] = new Son();
        for(Father obj:objs)
        {
        //因?yàn)镾on類拋出的實(shí)質(zhì)是SQLException，而IOException無法處理它。
        //那么這里的try。。catch就不能處理Son中的異常。
        //多態(tài)就不能實(shí)現(xiàn)了。
            try {
                 obj.start();
            }catch(IOException)
            {
                 //處理IOException
            }
         }
   }
}

2、Java程序可以是多線程的。每一個(gè)線程都是一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行流，獨(dú)立的函數(shù)調(diào)用棧。如果程序只有一個(gè)線程，那么沒有被任何代碼處理的異常 會導(dǎo)致程序終止。如果是多線程的，那么沒有被任何代碼處理的異常僅僅會導(dǎo)致異常所在的線程結(jié)束。

也就是說，Java中的異常是線程獨(dú)立的，線程的問題應(yīng)該由線程自己來解決，而不要委托到外部，也不會直接影響到其它線程的執(zhí)行。

finally塊和return

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");
    }
}
/*輸出：
finally
*/

很多人面對這個(gè)問題時(shí)，總是在歸納執(zhí)行的順序和規(guī)律，不過我覺得還是很難理解。我自己總結(jié)了一個(gè)方法。用如下GIF圖說明。

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

finally中的return會抑制（消滅）前面try或者catch塊中的異常

class TestException
{
    public static void main(String[] args)
    {
        int result;
        try{
            result = foo();
            System.out.println(result);           //輸出100
        } catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());    //沒有捕獲到異常
        }
        try{
            result  = bar();
            System.out.println(result);           //輸出100
        } catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());    //沒有捕獲到異常
        }
    }
    //catch中的異常被抑制
    @SuppressWarnings("finally")
    public static int foo() throws Exception
    {
        try {
            int a = 5/0;
            return 1;
        }catch(ArithmeticException amExp) {
            throw new Exception("我將被忽略，因?yàn)橄旅娴膄inally中使用了return");
        }finally {
            return 100;
        }
    }
    //try中的異常被抑制
    @SuppressWarnings("finally")
    public static int bar() throws Exception
    {
        try {
            int a = 5/0;
            return 1;
        }finally {
            return 100;
        }
    }
}

finally中的異常會覆蓋（消滅）前面try或者catch中的異常

class TestException
{
    public static void main(String[] args)
    {
        int result;
        try{
            result = foo();
        } catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());    //輸出：我是finaly中的Exception
        }
        try{
            result  = bar();
        } catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());    //輸出：我是finaly中的Exception
        }
    }
    //catch中的異常被抑制
    @SuppressWarnings("finally")
    public static int foo() throws Exception
    {
        try {
            int a = 5/0;
            return 1;
        }catch(ArithmeticException amExp) {
            throw new Exception("我將被忽略，因?yàn)橄旅娴膄inally中拋出了新的異常");
        }finally {
            throw new Exception("我是finaly中的Exception");
        }
    }
    //try中的異常被抑制
    @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個(gè)例子都異于常人的編碼思維，因此我建議：

• 不要在fianlly中使用return。

• 不要在finally中拋出異常。

• 減輕finally的任務(wù)，不要在finally中做一些其它的事情，finally塊僅僅用來釋放資源是最合適的。

• 將盡量將所有的return寫在函數(shù)的最后面，而不是try … catch … finally中。