【JavaSE】异常

前言
一、异常概述与异常体系结构
二、常见异常
三、异常处理机制一：try-catch-finally
四、异常处理机制二： throws
- 1.声明抛出异常方式概述
- 2.重写方法声明抛出异常的原则
五、手动抛出异常
六、用户自定义异常类
- 1.自定义异常概述
- 2.如何自定义异常类？
七、异常总结
后记

前言

本文为Java异常相关知识，Java全栈学习路线可参考：【Java全栈学习路线】最全的Java学习路线及知识清单，Java自学方向指引，内含最全Java全栈学习技术清单~

一、异常概述与异常体系结构

1.异常概述

异常：在Java语言中，将程序执行中发生的不正常情况称为“异常”。(开发过程中的语法错误和逻辑错误不是异常)
Java程序在执行过程中所发生的异常事件可分为两类：

Error：Java虚拟机无法解决的严重问题。如：JVM系统内部错误、资源耗尽等严重情况。比如：StackOverflowError和OOM。一般不编写针对性的代码进行处理。

/*
 - Error:
 - Java虚拟机无法解决的严重问题。如：JVM系统内部错误、资源耗尽等严重情况。
 - 比如：StackOverflowError和OOM。
 - 一般不编写针对性的代码进行处理。
 */
public class ErrorTest {
    public static void main(String[] args) {
        //1.栈溢出：java.lang.StackOverflowError
        //main(args);  //递归
        //2.堆溢出：java.lang.OutOfMemoryError,简称OOM 
        Integer[] arr = new Integer[1024*1024*1024];
    }
}

Exception：其它因编程错误或偶然的外在因素导致的一般性问题，可以使用针对性的代码进行处理。例如：空指针访问试图读取不存在的文件；网络连接中断；数组角标越界。

对于这些错误，一般有两种解决方法：一是遇到错误就终止程序的运行。另一种方法是由程序员在编写程序时，就考虑到错误的检测、错误消息的提示，以及错误的处理。
捕获错误最理想的是在编译期间；但有的错误只有在运行时才会发生，比如：除数为0，数组下标越界等。因此可将异常进行分类：编译时异常和运行时异常。

2.异常的分类

运行时异常

是指编译器不要求强制处置的异常。一般是指编程时的逻辑错误，是程序员应该积极避免其出现的异常。
java.lang.RuntimeException类及它的子类都是运行时异常。
对于这类异常，可以不作处理，因为这类异常很普遍，若全处理可能会对程序的可读性和运行效率产生影响。

编译时异常

是指编译器要求必须处置的异常。即程序在运行时由于外界因素造成的一般性异常。编译器要求Java程序必须捕获或声明所有编译时异常。
对于这类异常，如果程序不处理，可能会带来意想不到的结果。

3.异常体系结构

java.lang.Throwable
 *         |-----java.lang.Error:一般不编写针对性的代码进行处理。
 *         |-----java.lang.Exception:可以进行异常的处理
 *             |------编译时异常(checked)
 *                     |-----IOException：IO异常
 *                         |-----FileNotFoundException：系统找不到指定路径的异常
 *                     |-----ClassNotFoundException：类找不到异常
 *             |------运行时异常(unchecked,RuntimeException)
 *                     |-----NullPointerException：空指针异常
 *                     |-----ArrayIndexOutOfBoundsException：数组角标越界异常
 *                     |-----ClassCastException：类型转换异常
 *                     |-----NumberFormatException：数字格式化异常
 *                     |-----InputMismatchException：输入的类型不匹配的异常
 *                     |-----ArithmeticException：算术异常

二、常见异常

public class ExceptionTest {
    //******************以下是编译时异常***************************
    @Test
    public void test7(){
        File file = new File("hello.txt");
        FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
        
        int data = fis.read();
        while(data != -1){
            System.out.print((char)data);
            data = fis.read();
        }   
        fis.close();
    }
    //******************以下是运行时异常***************************
    //ArithmeticException 算术异常
    @Test
    public void test6(){
        int a = 10;
        int b = 0;
        System.out.println(a / b);
    }
    //InputMismatchException 输入的类型不匹配的异常
    @Test
    public void test5(){
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int score = scanner.nextInt();
        System.out.println(score);
        scanner.close();
    }
    //NumberFormatException 数字格式化异常
    @Test
    public void test4(){
        String str = "123";
        str = "abc";
        int num = Integer.parseInt(str);
    }
    //ClassCastException 类型转换异常
    @Test
    public void test3(){
        Object obj = new Date();
        String str = (String)obj;
    }
    //IndexOutOfBoundsException 角标越界异常
    @Test
    public void test2(){
        //ArrayIndexOutOfBoundsException  数组角标越界异常
        int[] arr = new int[10];
        System.out.println(arr[10]);
        //StringIndexOutOfBoundsException  字符串角标越界异常
        String str = "abc";
        System.out.println(str.charAt(3));
    }
    //NullPointerException 空指针异常
    @Test
    public void test1(){
//        int[] arr = null;
//        System.out.println(arr[3]);
        String str = "abc";
        str = null;
        System.out.println(str.charAt(0));
    }
}

三、异常处理机制一：try-catch-finally

1.Java异常处理

在编写程序时，经常要在可能出现错误的地方加上检测的代码，如进行x/y运算时，要检测分母为0，数据为空，输入的不是数据而是字符等。过多的if-else分支会导致程序的代码加长、臃肿，可读性差。因此采用异常处理机制。
Java异常处理:

Java采用的异常处理机制，是将异常处理的程序代码集中在一起，与正常的程序代码分开，使得程序简洁、优雅，并易于护。

Java异常处理的方式:

方式一：try-catch-finally
方式二：throws + 异常类型

2.try-catch-finally的使用

try{
          //可能出现异常的代码
}catch(异常类型1 变量名1){
          //处理异常的方式1
}catch(异常类型2 变量名2){
          //处理异常的方式2
}catch(异常类型3 变量名3){
          //处理异常的方式3
}
....
finally{
         //一定会执行的代码
}

说明：

finally是可选的。
使用try将可能出现异常的代码包装起来，在执行过程中，一旦出现异常，就会生成一个对应异常类的对象，根据此对象的类型，去catch中进行匹配
一旦try中的异常对象匹配到某一个catch时，就进入catch中进行异常的处理。一旦处理完成，就跳出当前的try-catch结构（在没有写finally的情况）。继续执行其后的代码
catch中的异常类型如果没有子父类关系，则谁声明在上，谁声明在下无所谓。catch中的异常类型如果满足子父类关系，则要求子类一定声明在父类的上面。否则，报错
常用的异常对象处理的方式： ① String getMessage() ② printStackTrace()
在try结构中声明的变量，再出了try结构以后，就不能再被调用
try-catch-finally结构可以嵌套

体会：

使用try-catch-finally处理编译时异常，使得程序在编译时就不再报错，但是运行时仍可能报错。相当于我们使用try-catch-finally将一个编译时可能出现的异常，延迟到运行时出现。
开发中，由于运行时异常比较常见，所以我们通常就不针对运行时异常编写try-catch-finally了。针对于编译时异常，我们说一定要考虑异常的处理。

代码示例：

public class ExceptionTest1 {
    @Test
    public void test2(){
        try{
            File file = new File("hello.txt");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
            int data = fis.read();
            while(data != -1){
                System.out.print((char)data);
                data = fis.read();
            }
            fis.close();
        }catch(FileNotFoundException e){
            e.printStackTrace();
        }catch(IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
    @Test
    public void test1(){
        String str = "123";
        str = "abc";
        int num = 0;
        try{
            num = Integer.parseInt(str);
            System.out.println("hello-----1");
        }catch(NumberFormatException e){
//            System.out.println("出现数值转换异常了，不要着急....");
            //String getMessage():
//            System.out.println(e.getMessage());
            //printStackTrace():
            e.printStackTrace();
        }catch(NullPointerException e){
            System.out.println("出现空指针异常了，不要着急....");
        }catch(Exception e){
            System.out.println("出现异常了，不要着急....");
        }
        System.out.println(num);
        System.out.println("hello-----2");
    }
}

3.finally的使用

try-catch-finally中finally的使用：

finally是可选的
finally中声明的是一定会被执行的代码。即使catch中又出现异常了，try中有return语句，catch中有return语句等情况。
像数据库连接、输入输出流、网络编程Socket等资源，JVM是不能自动的回收的，我们需要自己手动的进行资源的释放。此时的资源释放，就需要声明在finally中。

四、异常处理机制二： throws

1.声明抛出异常方式概述

异常处理的方式二：throws + 异常类型

“throws + 异常类型”写在方法的声明处。指明此方法执行时，可能会抛出的异常类型。
一旦当方法体执行时，出现异常，仍会在异常代码处生成一个异常类的对象，此对象满足throws后异常类型时，就会被抛出。异常代码后续的代码，就不再执行！

体会：

try-catch-finally:真正的将异常给处理掉了。
throws的方式只是将异常抛给了方法的调用者。并没有真正将异常处理掉。

开发中如何选择使用try-catch-finally 还是使用throws？

如果父类中被重写的方法没有以throws方式处理异常，则子类重写的方法也不能使用throws，意味着如果子类重写的方法中有异常，必须使用try-catch-finally方式处理。
执行的方法a中，先后又调用了另外的几个方法，这几个方法是递进关系执行的。我们建议这几个方法使用throws的方式进行处理。而执行的方法a可以考虑使用try-catch-finally方式进行处理。

代码示例：

public class ExceptionTest2 {
    public static void main(String[] args){
        try{
            method2();
        }catch(IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
//        method3();
    }
    public static void method3(){
        try {
            method2();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static void method2() throws IOException{
        method1();
    }
    public static void method1() throws FileNotFoundException,IOException{
        File file = new File("hello1.txt");
        FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
        int data = fis.read();
        while(data != -1){
            System.out.print((char)data);
            data = fis.read();
        }
        fis.close();
        System.out.println("hahaha!");
    }
}

图解：

2.重写方法声明抛出异常的原则

/*
 * 方法重写的规则之一：
 * 子类重写的方法抛出的异常类型不大于父类被重写的方法抛出的异常类型
 */
public class OverrideTest {
    public static void main(String[] args) {
        OverrideTest test = new OverrideTest();
        test.display(new SubClass());
    }
    public void display(SuperClass s){
        try {
            s.method();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
class SuperClass{
    public void method() throws IOException{
    }
}
class SubClass extends SuperClass{
    public void method() throws FileNotFoundException{
    }
}

五、手动抛出异常

Java异常类对象除在程序执行过程中出现异常时由系统自动生成并抛出，也可根据需要使用人工创建并抛出。

①首先要生成异常类对象，然后通过throw语句实现抛出操作(提交给Java运行环境) ： IOException e = new
IOException(); throw e;
②可以抛出的异常必须是Throwable或其子类的实例。下面的语句在编译时将会产生语法错误：throw new String(“want to throw”);

public class StudentTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Student s = new Student();
            s.regist(-1001);
            System.out.println(s);
        } catch (Exception e) {
//            e.printStackTrace();
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}
class Student{
    private int id;
    public void regist(int id) throws Exception {
        if(id > 0){
            this.id = id;
        }else{
//            System.out.println("您输入的数据非法！");
            //手动抛出异常对象
//            throw new RuntimeException("您输入的数据非法！");
//            throw new Exception("您输入的数据非法！");
            throw new MyException("不能输入负数");
            //错误的
//            throw new String("不能输入负数");
        }
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Student [id=" + id + "]";
    }
}

六、用户自定义异常类

1.自定义异常概述

一般地，用户自定义异常类都是RuntimeException的子类
自定义异常类通常需要编写几个重载的构造器
自定义异常需要提供serialVersionUID
自定义的异常通过throw抛出
自定义异常最重要的是异常类的名字，当异常出现时，可以根据名字判断异常类型

2.如何自定义异常类？

继承于现有的异常结构： RuntimeException 、Exception
提供全局常量：serialVersionUID
提供重载的构造器

代码示例：

public class MyException extends Exception{
    static final long serialVersionUID = -7034897193246939L;
    public MyException(){
    }
    public MyException(String msg){
        super(msg);
    }
}