异常处理

参考文献1
参考文献2

异常是什么

An exception is an exceptional, unplanned situation that occurs while a program is running.

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。
• 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

• 分类： 编译时异常和运行时异常
• 或者称为必检异常和免检异常

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。

//常见异常
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.Scanner;
import org.junit.jupiter.api.Test;
public class ExceptionTest {
    //编译时异常
    @Test
    public void test7() throws IOException {
        File file = new File("hello.txt");
        FileInputStream fs = new FileInputStream(file);
        int data = fs.read();
        while (data != -1) {
            System.out.println((char) data);
            data = fs.read();
        }
        fs.close();
    }
    // **********************************
    // 下面是运行时异常
    // **********************************
    // ArithmeticException
    @Test
    public void test6() {
        System.out.println(3 / 0);
    }
    // InputMismatchException
    @Test
    public void test5() {
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入一个整数：");
        int num = scan.nextInt();
        System.out.println(num);
        scan.close();
    }
    // NumberFormatException
    @Test
    public void test4() {
//        int i = Integer.parseInt("123abc");
//        System.out.println(i);
    }
    // ClassCastException
    @Test
    public void test3() {
//        Object obj = new Date();
//        String str = (String)obj;
    }
    // IndexOutOfBoundsException
    @Test
    public void test2() {
        // ArrayIndexOutOfBoundsException
//        int[] arr = new int[10];
//        System.out.println(arr[10]);
        // StringIndexOutOfBoundsException
//        String str = "abc";
//        System.out.println(str.charAt(3));
    }
    // NullPointerException
    @Test
    public void test1() {
//        int arr[] = null;
//        System.out.println(arr[0]);
        // java.lang.NullPointerException: Cannot load from int array because "arr" is
        // null
//        String str = null;
//        System.out.println(str.charAt(0));
        // java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.charAt(int)" because
        // "str" is null
    }
}

异常处理机制一：try-catch-finally

为什么要处理异常？
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， 并易于维护。

Java提供的是异常处理的抓抛模型。
抛：Java程序的执行过程中如出现异常， 会生成一个异常类对象，该异常对象将被提交给Java运行时系统， 这个过程称为抛出(throw)异常。 一旦抛出异常，其后的代码都不会再执行。

• 系统自动生成
• 手动抛出

抓：可以理解为处理异常的方式

• try-catch-finally
• throws

异常对象的生成：

1. 由虚拟机自动生成：程序运行过程中，虚拟机检测到程序发生了问题，如果在当前代码中没有找到相应的处理程序，就会在后台自动创建一个对应异常类的实例对象并抛出——自动抛出
2. 由开发人员手动创建： Exception exception = new ClassCastException();——创建好的异常对象不抛出对程序没有任何影响，和创建一个普通对象一样

如果一个方法内抛出异常， 该异常对象会被抛给调用者方法中处理。 如果异常没有在调用者方法中处理， 它继续被抛给这个调用方法的上层方法。 这个过程将一直继续下去， 直到异常被处理。这一过程称为捕获(catch)异常。
如果一个异常回到main()方法， 并且main()也不处理， 则程序运行终止。
程序员通常只能处理Exception， 而对Error无能为力。

try{
...... //可能产生异常的代码
}
catch( ExceptionName1 e ){
...... //当产生ExceptionName1型异常时的处置措施
}
catch( ExceptionName2 e ){
...... //当产生ExceptionName2型异常时的处置措施
}
finally{
...... //无论是否发生异常， 都无条件执行的语句
}

try:
捕获异常的第一步是用try{…}语句块选定捕获异常的范围， 将可能出现异常的代码放在try语句块中。
catch (Exceptiontype e):
在catch语句块中是对异常对象进行处理的代码。 每个try语句块可以伴随一个或多个catch语句， 用于处理可能产生的不同类型的异常对象。
一旦try的异常对象从上往下匹配到某一个catch时，就进入catch中进行异常处理。处理完后不会再匹配后续catch转而执行finally中的语句（如果有的话），之后继续向下执行代码
catch中的异常类型如果没有父子关系，声明顺序无所谓。如果满足父子关系，子类异常在上，父类异常在下，否则会报错（Unreachable catch block ）

如果明确知道产生的是何种异常， 可以用该异常类作为catch的参数；也可以用其父类作为catch的参数。 比 如 ： 可 以 用 ArithmeticException 类 作 为 参 数 的 地 方 ， 就 可 以 用RuntimeException类作为参数， 或者用所有异常的父类Exception类作为参数。但不能是与ArithmeticException类无关的异常， 如NullPointerException（ catch中的语句将不会执行），这种情况相当于没写，程序在执行完finally后直接终止，后续代码不会再执行。

捕获异常的有关信息： 与其它对象一样，可以访问一个异常对象的成员变量或调用它的方法。

• getMessage() 获取异常说明信息，返回字符串
• printStackTrace() 获取异常类名称和异常说明信息，以及异常出现在程序中的位置（堆栈信息）。返回值void。

finally:
捕获异常的最后一步是通过finally语句为异常处理提供一个统一的出口，使得在控制流转到程序的其它部分以前，能够对程序的状态作统一的管理。
不论在try代码块中是否发生了异常事件， catch语句是否执行， catch语句是否有异常， catch语句中是否有return，try语句中是否有return，finally块中的语句都会被执行。
执行顺序：先try中语句，有异常进入catch（能不能处理不管），否则执行完try，接着执行finally，然后执行后续代码
finally语句的用途：
资源释放，JVM不能完成，需要手动释放。
finally语句和catch语句是任选的

异常是RuntimeException类或是它的子类的特点是：即使没有使用try和catch捕获， Java自己也能捕获，并且编译通过( 但运行时会发生异常使得程序运行终止 )。所以没必要处理
如果抛出的异常是IOException等类型的非运行时异常，则必须捕获，否则编译错误。也就是说，我们必须处理编译时异常，将异常进行捕捉，转化为运行时异常

@Test
public void test2() {
    int i = method();
    System.out.println(i);
}
public int method()
{
    try {
        int arr[] = new int[3];
        System.out.println(arr[3]);
        //            return 1;
    }catch(NullPointerException e)
    {
        System.out.println(e.getMessage());
        return 2;
    }
    catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){
        e.printStackTrace();
        //            return 2;
    }
    finally {
        System.out.println("我一定会被执行");
        return 3;    //如果这行存在，return 1就不可能被执行，报错为：Unreachable code
    }
    //        return 1;
}

异常处理机制二：throws+异常类型

声明抛出异常是Java中处理异常的第二种方式
如果一个方法(中的语句执行时)可能生成某种异常， 但是并不能确定如何处理这种异常， 则此方法应显示地声明抛出异常， 表明该方法将不对这些异常进行处理，而由该方法的调用者负责处理。
为什么要抛出而不是就地处理？
答：统一处理，简洁高效，符合逻辑。
在方法声明中用throws语句可以声明抛出异常的列表， throws后面的异常类型可以是方法中产生的异常类型， 也可以是它的父类。
例如：public void test() throws IOException

重写方法声明抛出异常的原则：重写方法不能抛出比被重写方法范围更大的异常类型（极限情况下子类甚至可以不抛出异常）。 在多态的情况下，对methodA()方法的调用-异常的捕获按父类声明的异常处理。

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。

• 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;

• 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");

用户自定义异常

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。

//自定义异常类
/**
 * 1.继承现有异常类（二选一：Exception或RuntimeException）
 * 2.提供全局常量：serialVersionUID
 * 3.提供构造器
 */
public class MyException extends Exception{
    static final long serialVersionUID = -7034897290745766939L;
    public MyException(String message)
    {
        super(message);
    }
    public MyException()
    {
    }
}

一个例子，对比不适用异常处理和使用异常处理的代码：

func readFile: {
    open the file;
    if (theFileIsOpen) {
        determine its size;
        if (gotTheFileLength) {
            allocate that much memory;
        } else {
            return error("fileLengthError");
        }
            if (gotEnoughMemory) {
                read the file into memory;
            if (readFailed) {
                return error("readError");
            }
        ...
        } else {
            return error("memoryError");
        }
    } else {
        return error("fileOpenError")
    } 
}

func readFile: {
    try {
        open the file;
        determine its size;
        allocate that much memory;
        read the file into memory;
        close the file;
    } catch (fileOpenFailed) {
        doSomething;
    } catch (sizeDeterminationFailed) {
        doSomething;
    } catch (memoryAllocationFailed) {
        doSomething;
    } catch (readFailed) {
        doSomething;    
    } catch (fileCloseFailed) {
        doSomething;
    }
}