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【JavaSE系列】Java例外處理機制

2021-12-09 08:08:51 後端開發

??前面的話??

本篇文章帶大家認識Java基礎知識——例外，在理想的情況下，用戶輸入的資料格式永遠是正確的，一個程式也許可能永遠沒有bug，但是在實際情況當中，這種理想的情況非常少，用戶輸入資料格式出現錯誤是非常常見的，需要一種機制解決類似的問題，而在Java中引入了例外的概念，本篇博客將圍繞什么是例外，例外怎么解決兩個維度對例外做一個詳細地分析，

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📆首發時間：🌴2021年12月8日🌴
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💭參考書籍：📚《Java核心技術》，📚《Java編程思想》，📚《Effective Java》
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📌導航小助手📌

  • 1.初見Java例外
    • 1.1熟悉的面孔
    • 1.2防御式編程
    • 1.3例外的優點
  • 2.例外處理
    • 2.1捕獲例外
      • 2.1.1捕獲一個例外
      • 2.1.2捕獲多種例外
    • 2.2finally
    • 2.3Java例外體系
    • 2.4例外處理的注意事項
      • 2.4.1例外捕捉時的注意事項
      • 2.4.2例外處理的流程
    • 2.5手動拋出例外
  • 3.自定義例外

0

1.初見Java例外

1.1熟悉的面孔

在Java的學習程序中，一定遇到過除數為0，陣列越界，對空參考操作等，這些情況可以通過編譯，但是在運行的時候編譯器會報出例外，這些例外就是Java例外機制中的一部分，

System.out.println(10 / 0);//除數為0

1-1

int[] arr = new int[10];
System.out.println(arr[11]);

1-2

String str = null;
System.out.println(str.length());

1-3
A r i t h m e t i c E x c e p t i o n ， A r r a y I n d e x O u t O f B o u n d s E x c e p t i o n ， N u l l P o i n t e r E x c e p t i o n ArithmeticException，ArrayIndexOutOfBoundsException，NullPointerException ArithmeticException，ArrayIndexOutOfBoundsException，NullPointerException都是初學Java時常遇到的一部分例外，但是Java例外機制包括的不僅僅只有例外，還有錯誤也是屬于Java例外機制范圍內的，
1-4

1.2防御式編程

錯誤在代碼中是客觀存在的. 因此我們要讓程式出現問題的時候及時通知程式猿， 我們有兩種主要的方式:
LBYL: Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的檢查.
EAFP: It’s Easier to Ask Forgiveness than Permission. “事后獲取原諒比事前獲取許可更容易”. 也就是先操作, 遇到問題再處理.

打個比方，有一天你心血來潮，看到一位非常漂亮的小姐姐，你很想牽她的手，但是你非常的有禮貌，先詢問這位小姐姐：我能牽你的手嗎？，這位小姐姐毫不猶豫地說：不行！，這一種情形就是LBYL方式；與此同時，另一位比較強悍的兄弟也想牽這位小姐姐的手，于是直接拿起這位小姐姐的手，牽了起來，然后這位小兄弟被扇了一巴掌，這種情形就是EAFP方式，
Java例外核心思想就是EAFP，

1.3例外的優點

使用例外能夠更好地處理業務，代碼也更有條理，更加清晰明白，不使用例外代碼正常的代碼與可能例外的代碼混在一起，比較混亂，
比如一個模擬實作一個游戲開始的程序：

不使用例外：

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        boolean ret = false;//賬號密碼匹配結果
        ret = 密碼驗證結果();
        if (!ret) {
            //處理游戲登錄失敗業務
        }
        ret = 加載游戲結果();
        if (!ret) {
            //處理加載游戲失敗業務
        }
        ret = 聯機匹配結果();
        if (!ret) {
            //處理聯機匹配失敗業務
        }
        ret = 氪金是否成功結果();
        if (!ret) {
            //處理氪金失敗業務
        }
    }
}

使用例外：

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            密碼驗證();
            加載游戲();
            聯機匹配();
            氪金();
        }catch (密碼驗證例外) {
            //處理密碼錯誤例外
        }catch (加載游戲例外) {
            //處理加載游戲例外
        }catch (聯機匹配例外) {
            //處理聯機匹配例外
        }catch (氪金例外) {
            //處理氪金例外
        }
    }
}

2.例外處理

2.1捕獲例外

想要捕獲一個例外，前提需要知道可能會發生什么型別的例外，最常見的例外就是前面所舉例的 A r i t h m e t i c E x c e p t i o n ， A r r a y I n d e x O u t O f B o u n d s E x c e p t i o n ， N u l l P o i n t e r E x c e p t i o n ArithmeticException，ArrayIndexOutOfBoundsException，NullPointerException ArithmeticException，ArrayIndexOutOfBoundsException，NullPointerException分別為除數為0例外，陣列越界例外，空指標例外，
當然，Java例外體系中的例外種類非常多，Exception類下的直接子類就有：
2-1
RuntimeException類是目前我們接觸最多的，前面列舉的幾個常見的例外都是該類的子類，
2-2

2.1.1捕獲一個例外

我們在進行除法計算時，可能會出現除數為0，訪問陣列物件時，可能出現陣列越界，使用一個物件時，可能會出現空指標例外，知道一段代碼可能出現某種或某些例外，我們可以對例外進行捕獲，語法規則為：

try {
        //可能出現例外的代碼段
}catch (例外類 例外變數名) {
       //處理該例外
}

try 代碼塊中放的是可能出現例外的代碼，
catch代碼塊中放的是出現例外后的處理行為，

public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 0;
        try {
            System.out.println(8 / a);
        }catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("捕捉到了除數為0例外！");
        }
        int[] arr = new int[10];
        try {
            System.out.println(arr[20]);
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            System.out.println("捕捉到了一個陣列越界例外！");
        }
        String str = null;
        try {
            System.out.println(str.equals("aaa"));
        }catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("捕捉到了一個空指標例外！");
        }
    }
}

2-3
可以呼叫例外類中的 p r i n t S t a c k T r a c e ( ) 方 法 printStackTrace()方法 printStackTrace()方法列印例外錯誤資訊：

public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 0;
        try {
            System.out.println(8 / a);
        }catch (ArithmeticException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了除數為0例外！");
        }
        int[] arr = new int[10];
        try {
            System.out.println(arr[20]);
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了一個陣列越界例外！");
        }
        String str = null;
        try {
            System.out.println(str.equals("aaa"));
        }catch (NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了一個空指標例外！");
        }
    }
}

2-4
如果例外沒有被主動捕捉（使用try…catch陳述句捕捉）,這個例外會交給JVM處理，一旦交給JVM處理，發生例外，將非正常終止程式，后續代碼不會執行，

public class Test6 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[10];
        System.out.println(arr[20]);//發生陣列越界例外，該例外沒有被捕獲，將交給JVM處理
        System.out.println("我是例外代碼的后續代碼，我被執行了！");
    }
}

2-5
代碼非正常退出，例外處后的代碼不會被執行！

主動捕獲例外，例外處后面的代碼會執行，并且程式正常退出：

public class Test5 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[10];
        try {
            System.out.println(arr[20]);
        }catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了一個陣列越界例外！");
        }
        System.out.println("我是例外代碼的后續代碼，我被執行了！");
    }
}

2-6

2.1.2捕獲多種例外

Java例外機制支持多種例外的捕獲，最常用的方法，就是使用多個catch陳述句，捕捉多個例外的具體型別，
一個try…catch陳述句，catch陳述句可以存在多個：

public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //可能出現例外的代碼段
        }catch (例外類 例外變數名) {
            //處理該例外
        }catch (...) {
            //處理
        }...
    }
}

而對于try陳述句中的代碼段，當代碼段中遇到例外時，發生例外的后面的所有代碼段將不再執行，會直接執行對應catch中的陳述句，
比如，我將三句都有例外的代碼寫在同一個try陳述句中，使用多個catch陳述句捕捉這三種型別的例外，實際上只會捕捉到第一個例外，

public class Test7 {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 0;
        int[] arr = new int[10];
        String str = null;
        try {
            System.out.println(8 / a);
            System.out.println(arr[20]);
            System.out.println(str.equals("aaa"));
        } catch (ArithmeticException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了除數為0例外！");
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了一個陣列越界例外！");
        } catch (NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了一個空指標例外！");
        }
    }
}

2-7
try陳述句中第一個例外陳述句為除數為0而引發的算術例外，所以最終捕捉的例外只有算術例外，
如果第一個陳述句沒有例外，則捕捉的是后面第一個發生例外陳述句的例外，也就是說一個try陳述句只能捕獲一個例外，

public class Test7 {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 2;
        int[] arr = new int[10];
        String str = null;
        try {
            System.out.println(8 / a);
            System.out.println(arr[20]);
            System.out.println(str.equals("aaa"));
        } catch (ArithmeticException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了除數為0例外！");
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了一個陣列越界例外！");
        } catch (NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了一個空指標例外！");
        }
    }
}

2-8
除了使用多個catch陳述句，還可以使用|分隔符在一個catch陳述句中定義多種型別的例外類：

public class Test8 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[10];
        String str = null;
        try {
            System.out.println(2/0);
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException | NullPointerException | ArithmeticException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了一個除數為0例外或陣列越界例外或空指標例外！");
        }
    }
}

2-9

public class Test8 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[10];
        String str = null;
        try {
            System.out.println(arr[20]);
            System.out.println(str.equals("aaa"));
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException | NullPointerException | ArithmeticException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了一個除數為0例外或陣列越界例外或空指標例外！");
        }
    }
}

2-10

public class Test8 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[10];
        String str = null;
        try {
            System.out.println(str.equals("aaa"));
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException | NullPointerException | ArithmeticException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了一個除數為0例外或陣列越界例外或空指標例外！");
        }
    }
}

2-11
也可以直接使用這些類的父類RuntimeExcept或父類的父類Exception處理其所有子型別別的例外，但是不推薦，因為范圍太廣了，如果沒有 p r i n t S t a c k T r a c e ( ) 方 法 printStackTrace()方法 printStackTrace()方法，根本不知道程式發生了什么例外，

public class Test8 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[10];
        String str = null;
        try {
            System.out.println(str.equals("aaa"));
        } catch (RuntimeException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("捕捉到了一個運行時例外！");
        }
    }
}

2-11

最后，還有一點需要注意，就是使用多個catch陳述句時，子類例外要在父類例外前面，否則編譯器會報錯！這一點其實很好理解，正所謂“小的打不過，老的再來！”，
2-12

我把NullPointerException定義在其父類RuntimeException后面，編譯器報錯了，我換一下編譯器就沒有報錯了，程式也能夠正常運行，
2-13
2-14
所以，catch陳述句捕獲例外時，捕獲例外的順序應該是：
子 類 ? > 父 類 子類 -> 父類 子類?>父類

2.2finally

在try...catch陳述句的基礎之上，后面還可以加上finally陳述句，無論是否發生例外，例外是否被捕獲，該陳述句里面的代碼塊都會被執行，一般用于資源的關閉，比如常見的Scanner類，使用該類進行輸入是需要進行資源關閉的，語法規則：

try {
    //可能出現例外的代碼段
}catch (例外類 例外變數名) {
    //處理該例外
}catch (...) {
    //處理
}finally {
    //處理，不論例外是否捕獲，例外是否交給JVM處理，該陳述句都會執行
}

finally 代碼塊中的代碼用于處理善后作業, 會在最后執行，

import java.util.InputMismatchException;
import java.util.Scanner;

public class Test10 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        try {
            int a = sc.nextInt();
            System.out.println(10 / a);
        } catch (InputMismatchException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("輸入資料型別錯誤！");
        } catch (ArithmeticException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("算術例外，除數為0！");
        }
        sc.close();//關閉資源
    }
}

2-15
因為sc.close()陳述句不論什么情況都要執行，所以該代碼可以改成：

import java.util.InputMismatchException;
import java.util.Scanner;

public class Test11 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        try {
            int a = sc.nextInt();
            System.out.println(10 / a);
        } catch (InputMismatchException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("輸入資料型別錯誤！");
        } catch (ArithmeticException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("算術例外，除數為0！");
        } finally {
            sc.close();//關閉資源
        }
    }
}

2-16
剛才的代碼可以有一種等價寫法, 將 Scanner 物件在 try 的 ( ) 中創建, 就能保證在 try 執行完畢后自動呼叫 Scanner的 close 方法，上面的代碼也等價于：

import java.util.InputMismatchException;
import java.util.Scanner;

public class Test11 {
    public static void main(String[] args) {
        try (Scanner sc = new Scanner(System.in)) {
            int a = sc.nextInt();
            System.out.println(10 / a);
        } catch (InputMismatchException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("輸入資料型別錯誤！");
        } catch (ArithmeticException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("算術例外，除數為0！");
        }
    }
}

使用finally的弊端：

public class Test12 {
    public static int func() {
        try {
            return 10;
        }finally {
            return 20;
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(func());
    }
}

2-15-2
所以使用finally時，要避免在finally陳述句中進行回傳值回傳，

2.3Java例外體系

Java 內置了豐富的例外體系, 用來表示不同情況下的例外，
2-16

  • 頂層類 Throwable 派生出兩個重要的子類,Error和 Exception，
  • Error 指的是 Java 運行時內部錯誤和資源耗盡錯誤. 應用程式不拋出此類例外. 這種內部錯誤一旦出現，除了告知用戶并使程式終止之外, 再無能無力， 如遞回時造成的堆疊溢位，堆溢位，
  • Exception 是我們程式猿所使用的例外類的父類，它的直接子類有很多，圖中只展示了3種，
  • Exception 有一個子類稱為 RuntimeException , 這里面又派生出很多我們常見的例外類NullPointerException , IndexOutOfBoundsException 等，
  • Error類與 RuntimeException類，為非受查例外，其他例外類為受查例外，

受查例外必須使用try...catch陳述句進行處理，否則報錯，非受查例外可以使用try...catch陳述句，也可以不使用，

例外的種類有很多, 我們要根據不同的業務場景來決定，
對于比較嚴重的問題(例如和算錢相關的場景), 應該讓程式直接崩潰, 防止造成更嚴重的后果，
對于不太嚴重的問題(大多數場景), 可以記錄錯誤日志, 并通過監控報警程式及時通知程式猿，
對于可能會恢復的問題(和網路相關的場景), 可以嘗試進行重試，
在我們當前的代碼中采取的是經過簡化的第二種方式. 我們記錄的錯誤日志是出現例外的方法呼叫資訊, 能很快速的讓我們找到出現例外的位置. 以后在實際作業中我們會采取更完備的方式來記錄例外資訊，

2.4例外處理的注意事項

2.4.1例外捕捉時的注意事項

  • 程式發生例外未被try捕獲處理，將會交給JVM處理，一旦交給JVM處理，程式直接非正常終止，
  • catch陳述句捕獲例外的順序，從子類到父類，但是最好使用具體例外類處理，
  • 一旦 try中出現例外, 那么 try 代碼塊中的程式就不會繼續執行, 而是交給 catch 中的代碼來執行，catch執行完畢會繼續往下執行程式后續代碼，
  • finally里面的代碼，無論例外是否被捕獲，都會執行，
  • 由于Exception 類是所有例外類的父類， 因此可以用這個型別表示捕捉所有型別的例外，
  • try陳述句需要搭配catch或finally使用，

2.4.2例外處理的流程

  1. 程式先執行 try 中的代碼，
  2. 如果 try 中的代碼出現例外, 就會結束 try 中的代碼, 看和 catch 中的例外型別是否匹配，
  3. 如果找到匹配的例外型別, 就會執行 catch 中的代碼，
  4. 如果沒有找到匹配的例外型別, 就會將例外向上傳遞到上層呼叫者，
  5. 無論是否找到匹配的例外型別, finally 中的代碼都會被執行到(在該方法結束之前執行)，
  6. 如果上層呼叫者也沒有處理的了例外, 就繼續向上傳遞，一直到 main 方法也沒有合適的代碼處理例外, 就會交給 JVM 來進行處理, 此時程式就會例外終止，

2.5手動拋出例外

除了 Java 內置的類會拋出一些例外之外, 程式猿也可以手動拋出某個例外，使用 throw 關鍵字完成這個操作，

public class Test13 {
    public static int divide(int a, int b) {
        if (b == 0) {
            throw new ArithmeticException("除0例外！");
        }
        return a / b;
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(divide(12, 0));
    }
}

2-17
我們在處理例外的時候, 通常希望知道這段代碼中究竟會出現哪些可能的例外，我們可以使用 throws 關鍵字, 把可能拋出的例外顯式的標注在方法定義的位置， 從而提醒呼叫者要注意捕獲這些例外，相當于宣告效果，

public class Test14 {
    public static int divide(int a, int b) throws ArithmeticException{
        if (b == 0) {
            throw new ArithmeticException("除0例外！");
        }
        return a / b;
    }
    public static void main(String[] args) {
        try {
            System.out.println(divide(12, 0));
        } catch (ArithmeticException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2-18

3.自定義例外

Java內置了很多的例外，但是總會有需求在內置的例外中找不到合適的，這個時候就需要自己定義一個合適的例外，來應對需求，
我們以一個用戶登錄來介紹自定義例外的使用，在此之前，需要知道：

自定義的例外需要繼承Java內置的例外類，通常會繼承自 Exception 或者 RuntimeException，繼承Exception表示自定義的例外時受查例外，繼承 RuntimeException表示自定義的例外是非受查例外，

用戶進行輸入賬號密碼登錄時，可能會出現賬號不存在或者密碼錯誤的情況，這兩種情況是例外情況，需要進行處理，所以可以自定義兩個類NameException和PasswordException，前者表示賬號不存在例外，后者表示密碼錯誤例外，由于該例外是在用戶輸入時才會出現，所以不妨繼承RuntimeException，定義為非受查例外，

class NameException extends RuntimeException {
    public NameException(String exceptionMessage) {
        super(exceptionMessage);
    }
}
class PasswordException extends RuntimeException {
    public PasswordException(String exceptionMessage) {
        super(exceptionMessage);
    }
}

模擬用戶登錄：

public class Test15 {
    private static String userName = "未見花聞";
    private static String password = "5201314";
    public static void login(String userName, String password) throws NameException, PasswordException{
        if (!Test15.userName.equals(userName)) {
            throw new NameException("用戶名不存在！");
        }
        if (!Test15.password.equals(password)) {
            throw new PasswordException("密碼錯誤！");
        }
        System.out.println("登陸成功");
    }
    public static void main(String[] args) {
        try {
            login("csdn", "123456");
        }catch (NameException | PasswordException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            login("未見花聞", "123456");
        }catch (NameException | PasswordException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("============");
        try {
            login("未見花聞", "5201314");
        }catch (NameException | PasswordException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3

本篇文章就到這了，接下來將介紹Java集合框架及其背后的資料結構，
覺得文章寫得不錯的老鐵們，點贊評論關注走一波！謝謝啦！

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