Java的异常处理机制

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

一、什么是java异常？

java异常指在程序运行时可能出现的一些错误，如：文件找不到、网络连接失败、非法参数等。异常是一个事件，它发生在程序运行期间，中断了正在执行的程序的正常指令流。Java通过API中Throwable类的众多子类描述各种不同的异常。因而，Java异常都是对象，是Throwable子类的实例，描述了出现在一段编码中的错误条件。当条件生成时，错误将引发异常。

Java异常类的层次结构图，如下所示（盗的图）：

Java所有异常类都是 Throwable的子类。它包括Java异常处理的两个重要子类：Error和Exception.

Error：Error及其子类用来描述Java运行系统中的内部错误以及资源耗尽的错误，是程序无法处理的错误，这类错误比较严重。这类的大多数错误与代码编写者执行的操作无关，如，运行代码时，JVM（Java虚拟机）出现的问题，例如，Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError），当 JVM 不再有继续执行操作所需的内存资源时，将出现 OutOfMemoryError。这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。这些错误是不可查的，因为它们在应用程序的控制和处理能力之外，而且绝大多数是程序运行时不允许出现的状况。对于设计合理的应用程序来说，即使确实发生了错误，本质上也不应该试图去处理它所引起的异常状况。

Exception：可以通过捕捉处理使程序继续执行，是程序自身可以处理的异常，也称为非致命性异常类。根据错误发生原因可分为RuntimeException异常和除RunTimeException之外的异常，如IOException异常。RuntimeException 类及其子类表示“JVM 常用操作”引发的错误。例如，若试图使用空值对象引用、除数为零或数组越界，则分别引发运行时异常（NullPointerException、ArithmeticException）和 ArrayIndexOutOfBoundException。

简单来说：异常与错误的区别是：异常可以通过程序自身捕捉处理，而错误是程序自身无法处理的。

Java异常包括Exception类和Error类，其可分为可查异常和不可查异常：

可查异常：编译器要求必须处理的异常，这类异常的发生在一定程度上是可以预计的，而且这类异常一旦发生，就必须采用某种方式进行处理。除了RuntimeException及其子类以外的其它异常类都属于可查异常。这种异常的特点是Java编译器会检查它，也就是说，出现这种异常，要么用try-catch语句捕捉它，要么用throws语句声明抛出它，否则编译不通过。

不可查异常：编译器不要求强制处理的异常，包括运行时异常（RuntimeException与其子类）和错误（Error）。

Exception 异常又可分为两大类：运行时异常和非运行时异常(编译异常)。程序中应当尽可能去处理这些异常。

运行时异常：RuntimeException类及其子类异常，如NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)等，这些异常是不可查异常，程序中可以选择捕获处理，也可以不处理。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。

运行时异常的特点：Java编译器不会检查它，也就是说，当程序中出现这类异常时，也会编译通过。

非运行时异常（编译异常）：是RuntimeException以外的异常，类型上都属于Exception类及其子类。从程序语法角度讲是必须进行处理的异常，如果不处理，程序就不能编译通过。如IOException、SQLException等以及用户自定义的Exception异常，一般情况下不自定义检查异常。

二、异常处理机制

在 Java 应用程序中，异常处理机制为：抛出异常，捕捉异常。

抛出异常：当一个方法出现错误引发异常时，方法创建异常对象并交付运行时系统，异常对象中包含了异常类型和异常出现时的程序状态等异常信息。运行时系统负责寻找处置异常的代码并执行。

捕捉异常：在方法抛出异常之后，运行时系统将转为寻找合适的异常处理器（exception handler）。潜在的异常处理器是异常发生时依次存留在调用栈中的方法的集合。当异常处理器所能处理的异常类型与方法抛出的异常类型相符时，即为合适的异常处理器。运行时系统从发生异常的方法开始，依次回查调用栈中的方法，直至找到含有合适异常处理器的方法并执行。当运行时系统遍历调用栈而未找到合适的异常处理器，则运行时系统终止。同时，意味着Java程序的终止。

对于运行时异常、错误或可查异常，Java技术所要求的异常处理方式有所不同。

由于运行时异常的不可查性，为了更合理、更容易地实现应用程序，Java规定，运行时异常将由Java运行时系统自动抛出，允许应用程序忽略运行时异常。

对于方法运行中可能出现的Error，当运行方法不欲捕捉时，Java允许该方法不做任何抛出声明。因为，大多数Error异常属于永远不能被允许发生的状况，也属于合理的应用程序不该捕捉的异常。

对于所有的可查异常，Java规定：一个方法必须捕捉，或者声明抛出方法之外。也就是说，当一个方法选择不捕捉可查异常时，它必须声明将抛出异常。

能够捕捉异常的方法，需要提供相符类型的异常处理器。所捕捉的异常，可能是由于自身语句所引发并抛出的异常，也可能是由某个调用的方法或者Java运行时系统等抛出的异常。也就是说，一个方法所能捕捉的异常，一定是Java代码在某处所抛出的异常。简单地说，异常总是先被抛出，后被捕捉的。

任何Java代码都可以抛出异常，如：自己编写的代码、来自Java开发环境包中代码，或者Java运行时系统。无论是谁，都可以通过Java的throw语句抛出异常。从方法中抛出的任何异常都必须使用throws子句。捕捉异常通过try-catch语句或者try-catch-finally语句实现。

总体来说，Java规定：对于可查异常必须捕捉、或者声明抛出。允许忽略不可查的RuntimeException和Error。

抛出异常的方法：throws和throw

throws：通常被用在声明方法时，用来指定方法可能抛出的异常，多个异常可使用逗号分隔。throws关键字将异常抛给上一级，如果不想处理该异常，可以继续向上抛出，但最终要有能够处理该异常的代码。

throw：通常用在方法体中或者用来抛出用户自定义异常，并且抛出一个异常对象。程序在执行到throw语句时立即停止，如果要捕捉throw抛出的异常，则必须使用try-catch语句块或者try-catch-finally语句。

例1：throws方法抛出异常

public class Shoot {
    static void pop()throws NegativeArraySizeException{
    	int[] arr = new int[-3];
    }
	public static void main(String[] args) {
		 try{
			 pop();
		 }catch(NegativeArraySizeException e){
			 System.out.println("pop()方法抛出的异常");
		 }
	}

}

运行结果：

例2：throw方法抛出异常

public class TestException {
	public static void main(String[] args) {
		int a = 6;
		int b = 0;
		try {  
			
			if (b == 0) throw new ArithmeticException(); // 通过throw语句抛出异常
			System.out.println("a/b的值是：" + a / b);
		}
		catch (ArithmeticException e) { // catch捕捉异常
			System.out.println("程序出现异常，变量b不能为0。");
		}
		System.out.println("程序正常结束。");
	}
}

运行结果：

三、理解try-catch-finally语句

首先，我们来看一个例子（网上找的），大家想想运行之后的结果是什么？

package Exception;

public class exception4 {
	public exception4() {
	}
 
	boolean testEx() throws Exception {
		boolean ret = true;
		try {
			ret = testEx1();
		} catch (Exception e) {
			System.out.println("testEx, catch exception");
			ret = false;
			throw e;
		} finally {
			System.out.println("testEx, finally; return value=" + ret);
			return ret;
		}
	}
 
	boolean testEx1() throws Exception {
		boolean ret = true;
		try {
			ret = testEx2();
			if (!ret) {
				return false;
			}
			System.out.println("testEx1, at the end of try");
			return ret;
		} catch (Exception e) {
			System.out.println("testEx1, catch exception");
			ret = false;
			throw e;
		} finally {
			System.out.println("testEx1, finally; return value=" + ret);
			return ret;
		}
	}
 
	boolean testEx2() throws Exception {
		boolean ret = true;
		try {
			int b = 12;
			int c;
			for (int i = 2; i >= -2; i--) {
				c = b / i;
				System.out.println("i=" + i);
			}
			return true;
		} catch (Exception e) {
			System.out.println("testEx2, catch exception");
			ret = false;
			throw e;
		} finally {
			System.out.println("testEx2, finally; return value=" + ret);
			return ret;
		}
	}
 
	public static void main(String[] args) {
		exception4 testException1 = new exception4();
		try {
			testException1.testEx();
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

运行结果：