Java異常

異常指不期而至的各種狀況，如：文件找不到、網(wǎng)絡(luò)連接失敗、非法參數(shù)等。異常是一個(gè)事件，它發(fā)生在程序運(yùn)行期間，干擾了正常的指令流程。Java通 過(guò)API中Throwable類(lèi)的眾多子類(lèi)描述各種不同的異常。因而，Java異常都是對(duì)象，是Throwable子類(lèi)的實(shí)例，描述了出現(xiàn)在一段編碼中的 錯(cuò)誤條件。當(dāng)條件生成時(shí)，錯(cuò)誤將引發(fā)異常。
Java異常類(lèi)層次結(jié)構(gòu)圖：

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圖1 Java異常類(lèi)層次結(jié)構(gòu)圖
在 Java 中，所有的異常都有一個(gè)共同的祖先 Throwable（可拋出）。Throwable 指定代碼中可用異常傳播機(jī)制通過(guò) Java 應(yīng)用程序傳輸?shù)娜魏螁?wèn)題的共性。 Throwable： 有兩個(gè)重要的子類(lèi)：Exception（異常）和 Error（錯(cuò)誤），二者都是 Java 異常處理的重要子類(lèi)，各自都包含大量子類(lèi)。
Error（錯(cuò)誤）:是程序無(wú)法處理的錯(cuò)誤，表示運(yùn)行應(yīng)用程序中較嚴(yán)重問(wèn)題。大多數(shù)錯(cuò)誤與代碼編寫(xiě)者執(zhí)行的操作無(wú)關(guān)，而表示代碼運(yùn)行時(shí) JVM（Java 虛擬機(jī)）出現(xiàn)的問(wèn)題。例如，Java虛擬機(jī)運(yùn)行錯(cuò)誤（Virtual MachineError），當(dāng) JVM 不再有繼續(xù)執(zhí)行操作所需的內(nèi)存資源時(shí)，將出現(xiàn) OutOfMemoryError。這些異常發(fā)生時(shí)，Java虛擬機(jī)（JVM）一般會(huì)選擇線程終止。
這些錯(cuò)誤表示故障發(fā)生于虛擬機(jī)自身、或者發(fā)生在虛擬機(jī)試圖執(zhí)行應(yīng)用時(shí)，如Java虛擬機(jī)運(yùn)行錯(cuò)誤（Virtual MachineError）、類(lèi)定義錯(cuò)誤（NoClassDefFoundError）等。這些錯(cuò)誤是不可查的，因?yàn)樗鼈冊(cè)趹?yīng)用程序的控制和處理能力之 外，而且絕大多數(shù)是程序運(yùn)行時(shí)不允許出現(xiàn)的狀況。對(duì)于設(shè)計(jì)合理的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，即使確實(shí)發(fā)生了錯(cuò)誤，本質(zhì)上也不應(yīng)該試圖去處理它所引起的異常狀況。在 Java中，錯(cuò)誤通過(guò)Error的子類(lèi)描述。
Exception（異常）:是程序本身可以處理的異常。
Exception 類(lèi)有一個(gè)重要的子類(lèi) RuntimeException。RuntimeException 類(lèi)及其子類(lèi)表示“JVM 常用操作”引發(fā)的錯(cuò)誤。例如，若試圖使用空值對(duì)象引用、除數(shù)為零或數(shù)組越界，則分別引發(fā)運(yùn)行時(shí)異常（NullPointerException、ArithmeticException）和 ArrayIndexOutOfBoundException。
注意：異常和錯(cuò)誤的區(qū)別：異常能被程序本身可以處理，錯(cuò)誤是無(wú)法處理。
通常，Java的異常(包括Exception和Error)分為可查的異常（checked exceptions）和不可查的異常（unchecked exceptions）。
可查異常（編譯器要求必須處置的異常）：正確的程序在運(yùn)行中，很容易出現(xiàn)的、情理可容的異常狀況。可查異常雖然是異常狀況，但在一定程度上它的發(fā)生是可以預(yù)計(jì)的，而且一旦發(fā)生這種異常狀況，就必須采取某種方式進(jìn)行處理。

除了RuntimeException及其子類(lèi)以外，其他的Exception類(lèi)及其子類(lèi)都屬于可查異常。這種異常的特點(diǎn)是Java編譯器會(huì)檢查它，也就是說(shuō)，當(dāng)程序中可能出現(xiàn)這類(lèi)異常，要么用try-catch語(yǔ)句捕獲它，要么用throws子句聲明拋出它，否則編譯不會(huì)通過(guò)。

不可查異常(編譯器不要求強(qiáng)制處置的異常):包括運(yùn)行時(shí)異常（RuntimeException與其子類(lèi)）和錯(cuò)誤（Error）。

Exception 這種異常分兩大類(lèi)運(yùn)行時(shí)異常和非運(yùn)行時(shí)異常(編譯異常)。程序中應(yīng)當(dāng)盡可能去處理這些異常。

運(yùn)行時(shí)異常：都是RuntimeException類(lèi)及其子類(lèi)異常，如NullPointerException(空指針異常)、IndexOutOfBoundsException(下標(biāo)越界異常)等，這些異常是不檢查異常，程序中可以選擇捕獲處理，也可以不處理。這些異常一般是由程序邏輯錯(cuò)誤引起的，程序應(yīng)該從邏輯角度盡可能避免這類(lèi)異常的發(fā)生。

運(yùn)行時(shí)異常的特點(diǎn)是Java編譯器不會(huì)檢查它，也就是說(shuō)，當(dāng)程序中可能出現(xiàn)這類(lèi)異常，即使沒(méi)有用try-catch語(yǔ)句捕獲它，也沒(méi)有用throws子句聲明拋出它，也會(huì)編譯通過(guò)。 非運(yùn)行時(shí)異常 （編譯異常）：是RuntimeException以外的異常，類(lèi)型上都屬于Exception類(lèi)及其子類(lèi)。從程序語(yǔ)法角度講是必須進(jìn)行處理的異常，如果不處理，程序就不能編譯通過(guò)。如IOException、SQLException等以及用戶(hù)自定義的Exception異常，一般情況下不自定義檢查異常。

4.處理異常機(jī)制

在 Java 應(yīng)用程序中，異常處理機(jī)制為：拋出異常，捕捉異常。

拋出異常：當(dāng)一個(gè)方法出現(xiàn)錯(cuò)誤引發(fā)異常時(shí)，方法創(chuàng)建異常對(duì)象并交付運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)，異常對(duì)象中包含了異常類(lèi)型和異常出現(xiàn)時(shí)的程序狀態(tài)等異常信息。運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)負(fù)責(zé)尋找處置異常的代碼并執(zhí)行。

捕獲異常 ：在方法拋出異常之后，運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)將轉(zhuǎn)為尋找合適的異常處理器（exception handler）。潛在的異常處理器是異常發(fā)生時(shí)依次存留在調(diào)用棧中的方法的集合。當(dāng)異常處理器所能處理的異常類(lèi)型與方法拋出的異常類(lèi)型相符時(shí)，即為合適 的異常處理器。運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)從發(fā)生異常的方法開(kāi)始，依次回查調(diào)用棧中的方法，直至找到含有合適異常處理器的方法并執(zhí)行。當(dāng)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)遍歷調(diào)用棧而未找到合適 的異常處理器，則運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)終止。同時(shí)，意味著Java程序的終止。

對(duì)于運(yùn)行時(shí)異常、錯(cuò)誤或可查異常，Java技術(shù)所要求的異常處理方式有所不同。

由于運(yùn)行時(shí)異常的不可查性，為了更合理、更容易地實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序，Java規(guī)定，運(yùn)行時(shí)異常將由Java運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)拋出，允許應(yīng)用程序忽略運(yùn)行時(shí)異常。

對(duì)于方法運(yùn)行中可能出現(xiàn)的Error，當(dāng)運(yùn)行方法不欲捕捉時(shí)，Java允許該方法不做任何拋出聲明。因?yàn)?，大多?shù)Error異常屬于永遠(yuǎn)不能被允許發(fā)生的狀況，也屬于合理的應(yīng)用程序不該捕捉的異常。

對(duì)于所有的可查異常，Java規(guī)定：一個(gè)方法必須捕捉，或者聲明拋出方法之外。也就是說(shuō)，當(dāng)一個(gè)方法選擇不捕捉可查異常時(shí)，它必須聲明將拋出異常。

能夠捕捉異常的方法，需要提供相符類(lèi)型的異常處理器。所捕捉的異常，可能是由于自身語(yǔ)句所引發(fā)并拋出的異常，也可能是由某個(gè)調(diào)用的方法或者Java運(yùn)行時(shí) 系統(tǒng)等拋出的異常。也就是說(shuō)，一個(gè)方法所能捕捉的異常，一定是Java代碼在某處所拋出的異常。簡(jiǎn)單地說(shuō)，異?？偸窍缺粧伋觯蟊徊蹲降?。

任何Java代碼都可以拋出異常，如：自己編寫(xiě)的代碼、來(lái)自Java開(kāi)發(fā)環(huán)境包中代碼，或者Java運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)。無(wú)論是誰(shuí)，都可以通過(guò)Java的throw語(yǔ)句拋出異常。

從方法中拋出的任何異常都必須使用throws子句。

捕捉異常通過(guò)try-catch語(yǔ)句或者try-catch-finally語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。

總體來(lái)說(shuō)，Java規(guī)定：對(duì)于可查異常必須捕捉、或者聲明拋出。允許忽略不可查的RuntimeException和Error。

4.1 捕獲異常：try、catch 和 finally

1.try-catch語(yǔ)句

在Java中，異常通過(guò)try-catch語(yǔ)句捕獲。其一般語(yǔ)法形式為：

try {  
    // 可能會(huì)發(fā)生異常的程序代碼  
} catch (Type1 id1){  
    // 捕獲并處置try拋出的異常類(lèi)型Type1  
}  
catch (Type2 id2){  
     //捕獲并處置try拋出的異常類(lèi)型Type2  
}  

關(guān)鍵詞try后的一對(duì)大括號(hào)將一塊可能發(fā)生異常的代碼包起來(lái)，稱(chēng)為監(jiān)控區(qū)域。Java方法在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常，則創(chuàng)建異常對(duì)象。將異常拋出監(jiān)控區(qū)域之 外，由Java運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)試圖尋找匹配的catch子句以捕獲異常。若有匹配的catch子句，則運(yùn)行其異常處理代碼，try-catch語(yǔ)句結(jié)束。

匹配的原則是：如果拋出的異常對(duì)象屬于catch子句的異常類(lèi)，或者屬于該異常類(lèi)的子類(lèi)，則認(rèn)為生成的異常對(duì)象與catch塊捕獲的異常類(lèi)型相匹配。

例1 捕捉throw語(yǔ)句拋出的“除數(shù)為0”異常。

public class TestException {  
    public static void main(String[] args) {  
        int a = 6;  
        int b = 0;  
        try { // try監(jiān)控區(qū)域  
              
            if (b == 0) throw new ArithmeticException(); // 通過(guò)throw語(yǔ)句拋出異常  
            System.out.println("a/b的值是：" + a / b);  
        }  
        catch (ArithmeticException e) { // catch捕捉異常  
            System.out.println("程序出現(xiàn)異常，變量b不能為0。");  
        }  
        System.out.println("程序正常結(jié)束。");  
    }  
}  

運(yùn)行結(jié)果：程序出現(xiàn)異常，變量b不能為0。

程序正常結(jié)束。

例1 在try監(jiān)控區(qū)域通過(guò)if語(yǔ)句進(jìn)行判斷，當(dāng)“除數(shù)為0”的錯(cuò)誤條件成立時(shí)引發(fā)ArithmeticException異常，創(chuàng)建 ArithmeticException異常對(duì)象，并由throw語(yǔ)句將異常拋給Java運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)，由系統(tǒng)尋找匹配的異常處理器catch并運(yùn)行相應(yīng)異 常處理代碼，打印輸出“程序出現(xiàn)異常，變量b不能為0?！眛ry-catch語(yǔ)句結(jié)束，繼續(xù)程序流程。

事實(shí)上，“除數(shù)為0”等ArithmeticException，是RuntimException的子類(lèi)。而運(yùn)行時(shí)異常將由運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)拋出，不需要使用throw語(yǔ)句。

例2 捕捉運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)拋出“除數(shù)為0”引發(fā)的ArithmeticException異常。

public static void main(String[] args) {  
        int a = 6;  
        int b = 0;  
        try {  
            System.out.println("a/b的值是：" + a / b);  
        } catch (ArithmeticException e) {  
            System.out.println("程序出現(xiàn)異常，變量b不能為0。");  
        }  
        System.out.println("程序正常結(jié)束。");  
    }  
}  

運(yùn)行結(jié)果：程序出現(xiàn)異常，變量b不能為0。
程序正常結(jié)束。

例2 中的語(yǔ)句：

System.out.println("a/b的值是：" + a/b);

在運(yùn)行中出現(xiàn)“除數(shù)為0”錯(cuò)誤，引發(fā)ArithmeticException異常。運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)創(chuàng)建異常對(duì)象并拋出監(jiān)控區(qū)域，轉(zhuǎn)而匹配合適的異常處理器catch，并執(zhí)行相應(yīng)的異常處理代碼。

由于檢查運(yùn)行時(shí)異常的代價(jià)遠(yuǎn)大于捕捉異常所帶來(lái)的益處，運(yùn)行時(shí)異常不可查。Java編譯器允許忽略運(yùn)行時(shí)異常，一個(gè)方法可以既不捕捉，也不聲明拋出運(yùn)行時(shí)異常。

例3 不捕捉、也不聲明拋出運(yùn)行時(shí)異常。

public class TestException {  
    public static void main(String[] args) {  
        int a, b;  
        a = 6;  
        b = 0; // 除數(shù)b 的值為0  
        System.out.println(a / b);  
    }  
}  

運(yùn)行結(jié)果：
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero at Test.TestException.main(TestException.java:8)

例4 程序可能存在除數(shù)為0異常和數(shù)組下標(biāo)越界異常。

public class TestException {  
    public static void main(String[] args) {  
        int[] intArray = new int[3];  
        try {  
            for (int i = 0; i <= intArray.length; i++) {  
                intArray[i] = i;  
                System.out.println("intArray[" + i + "] = " + intArray[i]);  
                System.out.println("intArray[" + i + "]模 " + (i - 2) + "的值:  "  
                        + intArray[i] % (i - 2));  
            }  
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {  
            System.out.println("intArray數(shù)組下標(biāo)越界異常。");  
        } catch (ArithmeticException e) {  
            System.out.println("除數(shù)為0異常。");  
        }  
        System.out.println("程序正常結(jié)束。");  
    }  
}  

運(yùn)行結(jié)果：

intArray[0] = 0

intArray[0]模 -2的值: 0

intArray[1] = 1

intArray[1]模 -1的值: 0

intArray[2] = 2

除數(shù)為0異常。

程序正常結(jié)束。

例4 程序可能會(huì)出現(xiàn)除數(shù)為0異常，還可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)組下標(biāo)越界異常。程序運(yùn)行過(guò)程中ArithmeticException異常類(lèi)型是先行匹配的，因此執(zhí)行相匹配的catch語(yǔ)句：

catch (ArithmeticException e){  
      System.out.println("除數(shù)為0異常。");  
 } 

需要注意的是，一旦某個(gè)catch捕獲到匹配的異常類(lèi)型，將進(jìn)入異常處理代碼。一經(jīng)處理結(jié)束，就意味著整個(gè)try-catch語(yǔ)句結(jié)束。其他的catch子句不再有匹配和捕獲異常類(lèi)型的機(jī)會(huì)。

Java通過(guò)異常類(lèi)描述異常類(lèi)型，異常類(lèi)的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。對(duì)于有多個(gè)catch子句的異常程序而言，應(yīng)該盡量將捕獲底層異常類(lèi)的catch子 句放在前面，同時(shí)盡量將捕獲相對(duì)高層的異常類(lèi)的catch子句放在后面。否則，捕獲底層異常類(lèi)的catch子句將可能會(huì)被屏蔽。

RuntimeException異常類(lèi)包括運(yùn)行時(shí)各種常見(jiàn)的異常，ArithmeticException類(lèi)和ArrayIndexOutOfBoundsException類(lèi)都是它的子類(lèi)。因此，RuntimeException異常類(lèi)的catch子句應(yīng)該放在 最后面，否則可能會(huì)屏蔽其后的特定異常處理或引起編譯錯(cuò)誤。