Java - 异常

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异常（或异常事件）是程序执行过程中出现的问题。当异常发生时，程序的正常流程被打乱，程序/应用程序异常终止，这是不推荐的，因此，需要对这些异常进行处理。

异常的发生可能有多种原因。以下是一些发生异常的场景。

• 用户输入了无效数据。

• 找不到需要打开的文件。

• 网络连接在通信过程中丢失或 JVM 内存不足。

其中一些异常是由用户错误引起的，另一些是由程序员错误引起的，还有一些是由以某种方式发生故障的物理资源引起的。

基于这些，我们将异常分为三类。您需要了解它们才能了解 Java 中异常处理的工作原理。

• 检查异常- 检查异常是编译器在编译时检查（通知）的异常，也称为编译时异常。这些异常不能简单地被忽略，程序员应该照顾（处理）这些异常。

例如，如果在程序中使用FileReader类从文件中读取数据，如果其构造函数中指定的文件不存在，则会出现FileNotFoundException，编译器会提示程序员处理该异常。

例子

import java.io.File;
import java.io.FileReader;

public class FilenotFound_Demo {

   public static void main(String args[]) {		
      File file = new File("E://file.txt");
      FileReader fr = new FileReader(file); 
   }
}

如果您尝试编译上述程序，您将得到以下异常。

输出

C:\>javac FilenotFound_Demo.java
FilenotFound_Demo.java:8: error: unreported exception FileNotFoundException; must be caught or declared to be thrown
      FileReader fr = new FileReader(file);
                      ^
1 error

注意- 由于 FileReader 类的方法read()和close()会抛出 IOException，因此您可以观察到编译器通知处理 IOException 以及 FileNotFoundException。

• 未经检查的异常- 未经检查的异常是在执行时发生的异常。这些也称为运行时异常。其中包括编程错误，例如逻辑错误或 API 使用不当。编译时忽略运行时异常。

例如，如果您在程序中声明了一个大小为 5 的数组，并尝试调用该数组的第 6^{个元素，则会发生}ArrayIndexOutOfBoundsException异常。

例子

public class Unchecked_Demo {
   
   public static void main(String args[]) {
      int num[] = {1, 2, 3, 4};
      System.out.println(num[5]);
   }
}

如果编译并执行上述程序，您将得到以下异常。

输出

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 5
	at Exceptions.Unchecked_Demo.main(Unchecked_Demo.java:8)

• 错误- 这些根本不是异常，而是超出用户或程序员控制范围的问题。代码中的错误通常会被忽略，因为您很少对错误采取任何措施。例如，如果发生堆栈溢出，就会出现错误。它们在编译时也会被忽略。

异常层次结构

所有异常类都是 java.lang.Exception 类的子类型。异常类是 Throwable 类的子类。除了异常类之外，还有另一个名为 Error 的子类，它派生自 Throwable 类。

错误是严重故障时发生的异常情况，Java 程序不处理这些情况。生成错误表示运行时环境产生的错误。示例：JVM 内存不足。通常，程序无法从错误中恢复。

Exception类有两个主要子类：IOException类和RuntimeException类。

以下是最常见的已检查和未检查Java 内置异常的列表。

异常方法

以下是 Throwable 类中可用的重要方法的列表。

捕获异常

方法使用try和catch关键字的组合来捕获异常。try/catch 块放置在可能生成异常的代码周围。try/catch 块中的代码称为受保护代码，使用 try/catch 的语法如下所示 -

句法

try {
   // Protected code
} catch (ExceptionName e1) {
   // Catch block
}

容易出现异常的代码放在try块中。当异常发生时，发生的异常由与其关联的 catch 块处理。每个 try 块后面都应该紧跟着一个 catch 块或finally 块。

catch 语句涉及声明您尝试捕获的异常类型。如果受保护的代码中发生异常，则检查 try 后面的 catch 块（或多个块）。如果发生的异常类型在 catch 块中列出，则异常将传递到 catch 块，就像将参数传递到方法参数一样。

例子

在以下示例中，声明了一个包含 2 个元素的数组。然后代码尝试访问抛出异常的数组的第三^个元素。

// File Name : ExcepTest.java
import java.io.*;

public class ExcepTest {

   public static void main(String args[]) {
      try {
         int a[] = new int[2];
         System.out.println("Access element three :" + a[3]);
      } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
         System.out.println("Exception thrown  :" + e);
      }
      System.out.println("Out of the block");
   }
}

输出

Exception thrown  :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
Out of the block

多个 Catch 块

一个 try 块后面可以跟多个 catch 块。多个 catch 块的语法如下所示 -

句法

try {
   // Protected code
} catch (ExceptionType1 e1) {
   // Catch block
} catch (ExceptionType2 e2) {
   // Catch block
} catch (ExceptionType3 e3) {
   // Catch block
}

前面的语句演示了三个 catch 块，但在一次尝试后您可以拥有任意数量的 catch 块。如果受保护的代码中发生异常，则该异常将被抛出到列表中的第一个 catch 块。如果抛出的异常的数据类型与 ExceptionType1 匹配，则会在那里捕获该异常。如果不是，则异常将传递到第二个 catch 语句。这种情况会持续下去，直到异常被捕获或通过所有捕获，在这种情况下，当前方法停止执行，并将异常抛出到调用堆栈上的前一个方法。

例子

这是显示如何使用多个 try/catch 语句的代码段。

try {
   file = new FileInputStream(fileName);
   x = (byte) file.read();
} catch (IOException i) {
   i.printStackTrace();
   return -1;
} catch (FileNotFoundException f) // Not valid! {
   f.printStackTrace();
   return -1;
}

捕获多种类型的异常

从 Java 7 开始，您可以使用单个 catch 块处理多个异常，这一功能简化了代码。以下是你将如何做到的 -

catch (IOException|FileNotFoundException ex) {
   logger.log(ex);
   throw ex;

抛出/抛出关键字

如果方法不处理检查异常，则该方法必须使用throws关键字声明它。throws 关键字出现在方法签名的末尾。

您可以使用throw关键字抛出异常，可以是新实例化的异常，也可以是刚刚捕获的异常。

尝试理解 throws 和 throw 关键字之间的区别，throws用于推迟检查异常的处理，而throw用于显式调用异常。

以下方法声明它抛出 RemoteException -

例子

import java.io.*;
public class className {

   public void deposit(double amount) throws RemoteException {
      // Method implementation
      throw new RemoteException();
   }
   // Remainder of class definition
}

一种方法可以声明它抛出多个异常，在这种情况下，异常在以逗号分隔的列表中声明。例如，以下方法声明它抛出 RemoteException 和 InsufficientFundsException -

例子

import java.io.*;
public class className {

   public void withdraw(double amount) throws RemoteException, 
      InsufficientFundsException {
      // Method implementation
   }
   // Remainder of class definition
}

最后一块

finally 块位于 try 块或 catch 块之后。无论是否发生异常，finally 代码块始终都会执行。

使用finally 块允许您运行任何您想要执行的清理类型语句，无论受保护的代码中发生什么情况。

finally 块出现在 catch 块的末尾，并具有以下语法 -

句法

try {
   // Protected code
} catch (ExceptionType1 e1) {
   // Catch block
} catch (ExceptionType2 e2) {
   // Catch block
} catch (ExceptionType3 e3) {
   // Catch block
}finally {
   // The finally block always executes.
}

例子

public class ExcepTest {

   public static void main(String args[]) {
      int a[] = new int[2];
      try {
         System.out.println("Access element three :" + a[3]);
      } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
         System.out.println("Exception thrown  :" + e);
      }finally {
         a[0] = 6;
         System.out.println("First element value: " + a[0]);
         System.out.println("The finally statement is executed");
      }
   }
}

输出

Exception thrown  :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
First element value: 6
The finally statement is executed

请注意以下事项 -

• 如果没有 try 语句，catch 子句就不能存在。

• 只要存在 try/catch 块，就不必有finally 子句。

• 如果没有 catch 子句或finally 子句，则不能出现 try 块。

• try、catch、finally 块之间不能出现任何代码。

尝试资源

一般来说，当我们使用流、连接等任何资源时，我们必须使用finally块显式关闭它们。在下面的程序中，我们使用FileReader从文件中读取数据，并使用 finally 块关闭它。

例子

import java.io.File;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class ReadData_Demo {

   public static void main(String args[]) {
      FileReader fr = null;		
      try {
         File file = new File("file.txt");
         fr = new FileReader(file); char [] a = new char[50];
         fr.read(a);   // reads the content to the array
         for(char c : a)
         System.out.print(c);   // prints the characters one by one
      } catch (IOException e) {
         e.printStackTrace();
      }finally {
         try {
            fr.close();
         } catch (IOException ex) {		
            ex.printStackTrace();
         }
      }
   }
}

try-with-resources也称为自动资源管理，是 Java 7 中引入的一种新的异常处理机制，它会自动关闭 try catch 块内使用的资源。

要使用此语句，您只需在括号内声明所需的资源，创建的资源将在块末尾自动关闭。以下是 try-with-resources 语句的语法。

句法

try(FileReader fr = new FileReader("file path")) {
   // use the resource
   } catch () {
      // body of catch 
   }
}

以下是使用 try-with-resources 语句读取文件中的数据的程序。

例子

import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class Try_withDemo {

   public static void main(String args[]) {
      try(FileReader fr = new FileReader("E://file.txt")) {
         char [] a = new char[50];
         fr.read(a);   // reads the contentto the array
         for(char c : a)
         System.out.print(c);   // prints the characters one by one
      } catch (IOException e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

使用 try-with-resources 语句时应牢记以下几点。

• 要使用带有 try-with-resources 语句的类，它应该实现AutoCloseable接口，并且它的close()方法在运行时自动调用。

• 您可以在 try-with-resources 语句中声明多个类。

• 当您在 try-with-resources 语句的 try 块中声明多个类时，这些类将以相反的顺序关闭。

• 除了括号内的资源声明之外，所有内容都与 try 块的正常 try/catch 块相同。

• try 中声明的资源在 try 块开始之前被实例化。

• 在 try 块中声明的资源被隐式声明为 Final。

用户定义的异常

您可以在 Java 中创建自己的异常。编写自己的异常类时请记住以下几点 -

• 所有异常都必须是 Throwable 的子级。

• 如果要编写由 Handle 或 Declare Rule 自动强制执行的已检查异常，则需要扩展 Exception 类。

• 如果要编写运行时异常，则需要扩展 RuntimeException 类。

我们可以定义自己的异常类，如下所示 -

class MyException extends Exception {
}

您只需要扩展预定义的异常类即可创建您自己的异常。这些被认为是检查异常。以下InsufficientFundsException类是一个用户定义的异常，它扩展了 Exception 类，使其成为受检查的异常。异常类与任何其他类一样，包含有用的字段和方法。

例子

// File Name InsufficientFundsException.java
import java.io.*;

public class InsufficientFundsException extends Exception {
   private double amount;
   
   public InsufficientFundsException(double amount) {
      this.amount = amount;
   }
   
   public double getAmount() {
      return amount;
   }
}

为了演示如何使用用户定义的异常，以下 CheckingAccount 类包含一个会抛出 InsufficientFundsException 的withdraw() 方法。

// File Name CheckingAccount.java
import java.io.*;

public class CheckingAccount {
   private double balance;
   private int number;
   
   public CheckingAccount(int number) {
      this.number = number;
   }
   
   public void deposit(double amount) {
      balance += amount;
   }
   
   public void withdraw(double amount) throws InsufficientFundsException {
      if(amount <= balance) {
         balance -= amount;
      }else {
         double needs = amount - balance;
         throw new InsufficientFundsException(needs);
      }
   }
   
   public double getBalance() {
      return balance;
   }
   
   public int getNumber() {
      return number;
   }
}

以下BankDemo程序演示了调用CheckingAccount的deposit()和withdraw()方法。

// File Name BankDemo.java
public class BankDemo {

   public static void main(String [] args) {
      CheckingAccount c = new CheckingAccount(101);
      System.out.println("Depositing $500...");
      c.deposit(500.00);
      
      try {
         System.out.println("\nWithdrawing $100...");
         c.withdraw(100.00);
         System.out.println("\nWithdrawing $600...");
         c.withdraw(600.00);
      } catch (InsufficientFundsException e) {
         System.out.println("Sorry, but you are short $" + e.getAmount());
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

编译以上三个文件并运行BankDemo。这将产生以下结果 -

输出

Depositing $500...

Withdrawing $100...

Withdrawing $600...
Sorry, but you are short $200.0
InsufficientFundsException
         at CheckingAccount.withdraw(CheckingAccount.java:25)
         at BankDemo.main(BankDemo.java:13)

常见异常

在 Java 中，可以定义异常和错误两类。

• JVM 异常- 这些是 JVM 专门或逻辑抛出的异常/错误。示例：NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException、ClassCastException。

• 编程异常- 这些异常由应用程序或 API 程序员显式抛出。示例：IllegalArgumentException、IllegalStateException。