一文彻底搞懂Java异常处理,YYDS

沉默王二2021年7月13日
大约 15 分钟

一、什么是异常

“二哥,今天就要学习异常了吗?”三妹问。

“是的。只有正确地处理好异常,才能保证程序的可靠性,所以异常的学习还是很有必要的。”我说。

“那到底什么是异常呢?”三妹问。

“异常是指中断程序正常执行的一个不确定的事件。当异常发生时,程序的正常执行流程就会被打断。一般情况下,程序都会有很多条语句,如果没有异常处理机制,前面的语句一旦出现了异常,后面的语句就没办法继续执行了。”

“有了异常处理机制后,程序在发生异常的时候就不会中断,我们可以对异常进行捕获,然后改变程序执行的流程。”

“除此之外,异常处理机制可以保证我们向用户提供友好的提示信息,而不是程序原生的异常信息——用户根本理解不了。”

“不过,站在开发者的角度,我们更希望看到原生的异常信息,因为这有助于我们更快地找到 bug 的根源,反而被过度包装的异常信息会干扰我们的视线。”

“Java 语言在一开始就提供了相对完善的异常处理机制,这种机制大大降低了编写可靠程序的门槛,这也是 Java 之所以能够流行的原因之一。”

“那导致程序抛出异常的原因有哪些呢?”三妹问。

比如说:

  • 程序在试图打开一个不存在的文件;
  • 程序遇到了网络连接问题;
  • 用户输入了糟糕的数据;
  • 程序在处理算术问题时没有考虑除数为 0 的情况;

等等等等。

挑个最简单的原因来说吧。

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(10/0);
    }
}

这段代码在运行的时候抛出的异常信息如下所示:

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
	at com.itwanger.s41.Demo.main(Demo.java:8)

“你看,三妹,这个原生的异常信息对用户来说,显然是不太容易理解的,但对于我们开发者来说,简直不要太直白了——很容易就能定位到异常发生的根源。”

二、Exception和Error的区别

“哦,我知道了。下一个问题,我经常看到一些文章里提到 Exception 和 Error,二哥你能帮我解释一下它们之间的区别吗?”三妹问。

“这是一个好问题呀,三妹!”

从单词的释义上来看,error 为错误,exception 为异常,错误的等级明显比异常要高一些。

从程序的角度来看,也的确如此。

Error 的出现,意味着程序出现了严重的问题,而这些问题不应该再交给 Java 的异常处理机制来处理,程序应该直接崩溃掉,比如说 OutOfMemoryError,内存溢出了,这就意味着程序在运行时申请的内存大于系统能够提供的内存,导致出现的错误,这种错误的出现,对于程序来说是致命的。

Exception 的出现,意味着程序出现了一些在可控范围内的问题,我们应当采取措施进行挽救。

比如说之前提到的 ArithmeticException,很明显是因为除数出现了 0 的情况,我们可以选择捕获异常,然后提示用户不应该进行除 0 操作,当然了,更好的做法是直接对除数进行判断,如果是 0 就不进行除法运算,而是告诉用户换一个非 0 的数进行运算。

三、checked和unchecked异常

“三妹,还能想到其他的问题吗?”

“嗯,不用想,二哥,我已经提前做好预习工作了。”三妹自信地说,“异常又可以分为 checked 和 unchecked,它们之间又有什么区别呢?”

“哇,三妹,果然又是一个好问题呢。”

checked 异常(检查型异常)在源代码里必须显式地捕获或者抛出,否则编译器会提示你进行相应的操作;而 unchecked 异常(非检查型异常)就是所谓的运行时异常,通常是可以通过编码进行规避的,并不需要显式地捕获或者抛出。

“我先画一幅思维导图给你感受一下。”

首先,Exception 和 Error 都继承了 Throwable 类。换句话说,只有 Throwable 类(或者子类)的对象才能使用 throw 关键字抛出,或者作为 catch 的参数类型。

面试中经常问到的一个问题是,NoClassDefFoundError 和 ClassNotFoundException 有什么区别?

“三妹你知道吗?”

“不知道,二哥,你解释下呗。”

它们都是由于系统运行时找不到要加载的类导致的,但是触发的原因不一样。

  • NoClassDefFoundError:程序在编译时可以找到所依赖的类,但是在运行时找不到指定的类文件,导致抛出该错误;原因可能是 jar 包缺失或者调用了初始化失败的类。
  • ClassNotFoundException:当动态加载 Class 对象的时候找不到对应的类时抛出该异常;原因可能是要加载的类不存在或者类名写错了。

其次,像 IOException、ClassNotFoundException、SQLException 都属于 checked 异常;像 RuntimeException 以及子类 ArithmeticException、ClassCastException、ArrayIndexOutOfBoundsException、NullPointerException,都属于 unchecked 异常。

unchecked 异常可以不在程序中显示处理,就像之前提到的 ArithmeticException 就是的;但 checked 异常必须显式处理。

比如说下面这行代码:

Class clz = Class.forName("com.itwanger.s41.Demo1");

如果没做处理,比如说在 Intellij IDEA 环境下,就会提示你这行代码可能会抛出 java.lang.ClassNotFoundException

建议你要么使用 try-catch 进行捕获:

try {
    Class clz = Class.forName("com.itwanger.s41.Demo1");
} catch (ClassNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
}

注意打印异常堆栈信息的 printStackTrace() 方法,该方法会将异常的堆栈信息打印到标准的控制台下,如果是测试环境,这样的写法还 OK,如果是生产环境,这样的写法是不可取的,必须使用日志框架把异常的堆栈信息输出到日志系统中,否则可能没办法跟踪。

要么在方法签名上使用 throws 关键字抛出:

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Class clz = Class.forName("com.itwanger.s41.Demo1");
    }
}

这样做的好处是不需要对异常进行捕获处理,只需要交给 Java 虚拟机来处理即可;坏处就是没法针对这种情况做相应的处理。

“二哥,针对 checked 异常,我在知乎上看到一个帖子,说 Java 中的 checked 很没有必要,这种异常在编译期要么 try-catch,要么 throws,但又不一定会出现异常,你觉得这样的设计有意义吗?”三妹提出了一个很尖锐的问题。

“哇,这种问题问的好。”我不由得对三妹心生敬佩。

“的确,checked 异常在业界是有争论的,它假设我们捕获了异常,并且针对这种情况作了相应的处理,但有些时候,根本就没法处理。”我说,“就拿上面提到的 ClassNotFoundException 异常来说,我们假设对其进行了 try-catch,可真的出现了 ClassNotFoundException 异常后,我们也没多少的可操作性,再 Class.forName() 一次?”

另外,checked 异常也不兼容函数式编程,后面如果你写 Lambda/Stream 代码的时候,就会体验到这种苦涩。

当然了,checked 异常并不是一无是处,尤其是在遇到 IO 或者网络异常的时候,比如说进行 Socket 链接,我大致写了一段:

public class Demo2 {
    private String mHost;
    private int mPort;
    private Socket mSocket;
    private final Object mLock = new Object();

    public void run() {
    }

    private void initSocket() {
        while (true) {
            try {
                Socket socket = new Socket(mHost, mPort);
                synchronized (mLock) {
                    mSocket = socket;
                }
                break;
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

当发生 IOException 的时候,socket 就重新尝试连接,否则就 break 跳出循环。意味着如果 IOException 不是 checked 异常,这种写法就略显突兀,因为 IOException 没办法像 ArithmeticException 那样用一个 if 语句判断除数是否为 0 去规避。

或者说,强制性的 checked 异常可以让我们在编程的时候去思考,遇到这种异常的时候该怎么更优雅的去处理。显然,Socket 编程中,肯定是会遇到 IOException 的,假如 IOException 是非检查型异常,就意味着开发者也可以不考虑,直接跳过,交给 Java 虚拟机来处理,但我觉得这样做肯定更不合适。

四、关于 throw 和 throws

“二哥,你能告诉我 throw 和 throws 两个关键字的区别吗?”三妹问。

“throw 关键字,用于主动地抛出异常;正常情况下,当除数为 0 的时候,程序会主动抛出 ArithmeticException;但如果我们想要除数为 1 的时候也抛出 ArithmeticException,就可以使用 throw 关键字主动地抛出异常。”我说。

throw new exception_class("error message");

语法也非常简单,throw 关键字后跟上 new 关键字,以及异常的类型还有参数即可。

举个例子。

public class ThrowDemo {
    static void checkEligibilty(int stuage){
        if(stuage<18) {
            throw new ArithmeticException("年纪未满 18 岁,禁止观影");
        } else {
            System.out.println("请认真观影!!");
        }
    }

    public static void main(String args[]){
        checkEligibilty(10);
        System.out.println("愉快地周末..");
    }
}

这段代码在运行的时候就会抛出以下错误:

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: 年纪未满 18 岁,禁止观影
    at com.itwanger.s43.ThrowDemo.checkEligibilty(ThrowDemo.java:9)
    at com.itwanger.s43.ThrowDemo.main(ThrowDemo.java:16)

“throws 关键字的作用就和 throw 完全不同。”我说,“前面的小节里已经讲了 checked exception 和 unchecked exception,也就是检查型异常和非检查型异常;对于检查型异常来说,如果你没有做处理,编译器就会提示你。”

Class.forName() 方法在执行的时候可能会遇到 java.lang.ClassNotFoundException 异常,一个检查型异常,如果没有做处理,IDEA 就会提示你,要么在方法签名上声明,要么放在 try-catch 中。

“那什么情况下使用 throws 而不是 try-catch 呢?”三妹问。

“假设现在有这么一个方法 myMethod(),可能会出现 ArithmeticException 异常,也可能会出现 NullPointerException。这种情况下,可以使用 try-catch 来处理。”我回答。

public void myMethod() {
    try {
        // 可能抛出异常 
    } catch (ArithmeticException e) {
        // 算术异常
    } catch (NullPointerException e) {
        // 空指针异常
    }
}

“但假设有好几个类似 myMethod() 的方法,如果为每个方法都加上 try-catch,就会显得非常繁琐。代码就会变得又臭又长,可读性就差了。”我继续说。

“一个解决办法就是,使用 throws 关键字,在方法签名上声明可能会抛出的异常,然后在调用该方法的地方使用 try-catch 进行处理。”

public static void main(String args[]){
    try {
        myMethod1();
    } catch (ArithmeticException e) {
        // 算术异常
    } catch (NullPointerException e) {
        // 空指针异常
    }
}
public static void myMethod1() throws ArithmeticException, NullPointerException{
    // 方法签名上声明异常
}

“好了,我来总结下 throw 和 throws 的区别,三妹,你记一下。”

1)throws 关键字用于声明异常,它的作用和 try-catch 相似;而 throw 关键字用于显式的抛出异常。

2)throws 关键字后面跟的是异常的名字;而 throw 关键字后面跟的是异常的对象。

示例。

throws ArithmeticException;
throw new ArithmeticException("算术异常");

3)throws 关键字出现在方法签名上,而 throw 关键字出现在方法体里。

4)throws 关键字在声明异常的时候可以跟多个,用逗号隔开;而 throw 关键字每次只能抛出一个异常。

五、关于 try-catch-finally

“二哥,之前你讲了异常处理机制,这一节讲什么呢?”三妹问。

“该讲 try-catch-finally 了。”我说,“try 关键字后面会跟一个大括号 {},我们把一些可能发生异常的代码放到大括号里;try 块后面一般会跟 catch 块,用来处理发生异常的情况;当然了,异常不一定会发生,为了保证发不发生异常都能执行一些代码,就会跟一个 finally 块。”

“具体该怎么用呀,二哥?”三妹问。

“别担心,三妹,我一一来说明下。”我说。

try 块的语法很简单:

try{
// 可能发生异常的代码
}

“注意啊,三妹,如果一些代码确定不会抛出异常,就尽量不要把它包裹在 try 块里,因为加了异常处理的代码执行起来要比没有加的花费更多的时间。”

catch 块的语法也很简单:

try{
// 可能发生异常的代码
}catch (exception(type) e(object)){
// 异常处理代码
}

一个 try 块后面可以跟多个 catch 块,用来捕获不同类型的异常并做相应的处理,当 try 块中的某一行代码发生异常时,之后的代码就不再执行,而是会跳转到异常对应的 catch 块中执行。

如果一个 try 块后面跟了多个与之关联的 catch 块,那么应该把特定的异常放在前面,通用型的异常放在后面,不然编译器会提示错误。举例来说。

static void test() {
    int num1, num2;
    try {
        num1 = 0;
        num2 = 62 / num1;
        System.out.println(num2);
        System.out.println("try 块的最后一句");
    } catch (ArithmeticException e) {
        // 算术运算发生时跳转到这里
        System.out.println("除数不能为零");
    } catch (Exception e) {
        // 通用型的异常意味着可以捕获所有的异常,它应该放在最后面,
        System.out.println("异常发生了");
    }
    System.out.println("try-catch 之外的代码.");
}

“为什么 Exception 不能放到 ArithmeticException 前面呢?”三妹问。

“因为 ArithmeticException 是 Exception 的子类,它更具体,我们看到就这个异常就知道是发生了算术错误,而 Exception 比较泛,它隐藏了具体的异常信息,我们看到后并不确定到底是发生了哪一种类型的异常,对错误的排查很不利。”我说,“再者,如果把通用型的异常放在前面,就意味着其他的 catch 块永远也不会执行,所以编译器就直接提示错误了。”

“再给你举个例子,注意看,三妹。”

static void test1 () {
    try{
        int arr[]=new int[7];
        arr[4]=30/0;
        System.out.println("try 块的最后");
    } catch(ArithmeticException e){
        System.out.println("除数必须是 0");
    } catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){
        System.out.println("数组越界了");
    } catch(Exception e){
        System.out.println("一些其他的异常");
    }
    System.out.println("try-catch 之外");
}

这段代码在执行的时候,第一个 catch 块会执行,因为除数为零;我再来稍微改动下代码。

static void test1 () {
    try{
        int arr[]=new int[7];
        arr[9]=30/1;
        System.out.println("try 块的最后");
    } catch(ArithmeticException e){
        System.out.println("除数必须是 0");
    } catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){
        System.out.println("数组越界了");
    } catch(Exception e){
        System.out.println("一些其他的异常");
    }
    System.out.println("try-catch 之外");
}

“我知道,二哥,第二个 catch 块会执行,因为没有发生算术异常,但数组越界了。”三妹没等我把代码运行起来就说出了答案。

“三妹,你说得很对,我再来改一下代码。”

static void test1 () {
    try{
        int arr[]=new int[7];
        arr[9]=30/1;
        System.out.println("try 块的最后");
    } catch(ArithmeticException | ArrayIndexOutOfBoundsException e){
        System.out.println("除数必须是 0");
    }
    System.out.println("try-catch 之外");
}

“当有多个 catch 的时候,也可以放在一起,用竖划线 | 隔开,就像上面这样。”我说。

“这样不错呀,看起来更简洁了。”三妹说。

finally 块的语法也不复杂。

try {
    // 可能发生异常的代码
}catch {
   // 异常处理
}finally {
   // 必须执行的代码
}

在没有 try-with-resources 之前,finally 块常用来关闭一些连接资源,比如说 socket、数据库链接、IO 输入输出流等。

OutputStream osf = new FileOutputStream( "filename" );
OutputStream osb = new BufferedOutputStream(opf);
ObjectOutput op = new ObjectOutputStream(osb);
try{
    output.writeObject(writableObject);
} finally{
    op.close();
}

“三妹,注意,使用 finally 块的时候需要遵守这些规则。”

  • finally 块前面必须有 try 块,不要把 finally 块单独拉出来使用。编译器也不允许这样做。
  • finally 块不是必选项,有 try 块的时候不一定要有 finally 块。
  • 如果 finally 块中的代码可能会发生异常,也应该使用 try-catch 进行包裹。
  • 即便是 try 块中执行了 return、break、continue 这些跳转语句,finally 块也会被执行。

“真的吗,二哥?”三妹对最后一个规则充满了疑惑。

“来试一下就知道了。”我说。

static int test2 () {
    try {
        return 112;
    }
    finally {
        System.out.println("即使 try 块有 return,finally 块也会执行");
    }
}

来看一下输出结果:

即使 try 块有 return,finally 块也会执行

“那,会不会有不执行 finally 的情况呀?”三妹很好奇。

“有的。”我斩钉截铁地回答。

  • 遇到了死循环。
  • 执行了 System. exit() 这行代码。

System.exit()return 语句不同,前者是用来退出程序的,后者只是回到了上一级方法调用。

“三妹,来看一下源码的文档注释就全明白了!”

至于参数 status 的值也很好理解,如果是异常退出,设置为非 0 即可,通常用 1 来表示;如果是想正常退出程序,用 0 表示即可。


最近整理了一份牛逼的学习资料,包括但不限于Java基础部分(JVM、Java集合框架、多线程),还囊括了 数据库、计算机网络、算法与数据结构、设计模式、框架类Spring、Netty、微服务(Dubbo,消息队列) 网关 等等等等……详情戳:可以说是2022年全网最全的学习和找工作的PDF资源了open in new window

关注二哥的原创公众号 沉默王二,回复111 即可免费领取。

Loading...