一起分析Java中異常的產生原因及處理

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Java中的異常（Exception）又稱為例外，是一個在程式執行期間發生的事件，它中斷正在執行程式的正常指令流。為了能夠及時有效地處理程式中的執行錯誤，必須使用異常類。

1. 異常產生的原因和分類

1.1 異常產生的原因

在Java中異常產生，主要是有三種原因：

（1）編寫程式程式碼中的錯誤產生的異常，比如陣列越界、空指標異常等，這種異常叫做未檢查的異常，一般需要在類中處理這些異常

（2）Java內部錯誤發生的異常，Java虛擬機器器產生異常

（3）通過throw（丟擲異常）語句手動生成的異常，這種異常叫做檢查的異常，一般是用來給方法呼叫者一些必要的資訊

1.2 異常分類

（1）Throwable：是異常體系的頂層類，其派生出兩個重要的子類, Error 和 Exception

而 Error 和 Exception 兩子類分別表示錯誤和異常。

區別就是不檢查異常（Unchecked Exception）和檢查異常（Checked Exception）。

（2）Exception 類用於使用者程式可能出現的異常情況，它也是用來建立自定義異常型別類的類。

（3）Error 定義了在通常環境下不希望被程式捕獲的異常。Error 型別的異常用於 Java 執行時由系統顯示與執行時系統本身有關的錯誤。堆疊溢位是這種錯誤的一例。

異常可能在編譯時發生，也有可能在程式執行時發生，根據發生時機不同，可以分為：

執行時異常都是 RuntimeException 類及其子類異常，如 NullPointerException、IndexOutOfBoundsException 等，這些異常是不檢查異常，程式中可以選擇捕獲處理，也可以不處理。這些異常一般由程式邏輯錯誤引起，程式應該從邏輯角度儘可能避免這類異常的發生。

比如：

編譯時異常是指 RuntimeException 以外的異常，型別上都屬於 Exception 類及其子類。從程式語法角度講是必須進行處理的異常，如果不處理，程式就不能編譯通過。如 IOException、ClassNotFoundException 等以及使用者自定義的 Exception 異常，一般情況下不自定義檢查異常。

比如

class Person implements Cloneable{
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
public class Test01 {

    public static void main(String[] args) {
        Person person =new Person();
        Person person1 =(Person) person.clone();
    }
}

2. 異常的處理

2.1 防禦式程式設計

錯誤在程式碼中是客觀存在的. 所以要讓程式出現問題的時候快速通知程式猿.

通知有兩種方式：

（1）LBYL 在操作之前就做充分的檢查

private static int pide() {
        int a = 0, b = 0;
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        a = scanner.nextInt();
        b = scanner.nextInt();
        if (b == 0) {
            System.out.println("除數為0");
            return 0;
        } else {
            return a / b;
        }
    }

缺點：正常流程和錯誤處理流程程式碼混在一起, 程式碼整體條理不清晰。

（2）EAFP 先操作遇到問題再處理

private static int pide() {
        int a = 0, b = 0;
        try (Scanner scanner = new Scanner(System.in)) {
            a = scanner.nextInt();
            b = scanner.nextInt();
            return a / b;
        } catch (ArithmeticException exception) {
            System.out.println("除數為0");
            return 0;
        } 
    }

優點：正常流程和錯誤流程是分離開的, 程式設計師更關注正常流程，程式碼更清晰，容易理解程式碼

處理異常的核心思想就是EAFP

2.2 異常的丟擲（throw）

在編寫程式時，如果程式中出現錯誤，這就需要將錯誤的資訊通知給呼叫者

這裡就可以藉助關鍵字throw，丟擲一個指定的異常物件，將錯誤資訊告知給呼叫者。

比如寫一個執行時異常

    public static void func2(int a) {
        if(a == 0) {
           //丟擲的是一個指定的異常，最多的使用方式是，丟擲一個自定義的異常
            throw new RuntimeException("a==0");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        func2(0);
    }

注意：

（1）throw必須寫在方法體內部

（2）如果丟擲的是編譯時異常，使用者就必須要處理，否則無法通過編譯

（3）如果丟擲的執行時異常，則可以不用處理，直接交給JVM來處理

（4）一旦出現異常，後面的程式碼就不會執行

2.3 異常的捕獲

2.3.1 throws異常宣告

throws處在方法宣告時參數列之後，當方法中丟擲編譯時異常，使用者不想處理該異常，

此時就可以藉助throws將異常拋 給方法的呼叫者來處理。

格式：

修飾符 返回值型別 方法名(參數列) throws 異常型別 {

}

如果說方法內部丟擲了多個異常，throws之後就必須跟多個異常型別，用逗號進行分隔

    public static void func2(int a) throws CloneNotSupportedException, FileNotFoundException {
        if(a == 0) {
            throw new CloneNotSupportedException("a==0");
        }
        if(a == 1) {
            throw new FileNotFoundException();
        }
    }

如果丟擲多個異常型別有父子關係，直接宣告父類別

    public static void func2(int a) throws Exception {
        if(a == 0) {
            throw new CloneNotSupportedException("a==0");
        }
        if(a == 1) {
            throw new FileNotFoundException();
        }
    }

呼叫宣告丟擲異常的方法時，呼叫者必須對該異常進行處理，或者繼續使用throws丟擲

   public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException, CloneNotSupportedException {
        func2(0);
    }

2.3.2 try-catch捕獲異常並處理

當程式丟擲異常的時候，程式設計師通過try-each處理了異常

    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] array = null;
            System.out.println(array.length);
        }catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("捕獲到了一個空指標異常！");
        }
        System.out.println("其他程式！");
    }

如果程式丟擲異常，不處理異常，那就會交給JVM處理，JVM處理就會把程式立即終止

並且，即使用了try-each 也必須捕獲一個對應的異常，如果不是對應異常，也會讓JVM進行處理

如果try丟擲多個異常，就必須用多個catch進行捕獲

這裡注意，用多個catch進行捕獲，不是同時進行捕獲的，因為不可能同時拋不同的異常

    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] array = null;
            System.out.println(array.length);
        }catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("捕獲到了一個空指標異常！");
        }catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("捕獲到了一個算術異常！");
        }
        System.out.println("其它程式碼邏輯！");
    }

也可以簡寫一下

    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] array = null;
            System.out.println(array.length);
        }catch (NullPointerException  | ArithmeticException e) {
            System.out.println("捕獲到了一個空指標或算術異常！");
        }
        System.out.println("其它程式碼邏輯！");
    }

如果異常之間具有父子關係，那就必須子類異常在前，父類別異常在後catch，不然會報錯

    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] array = null;
            System.out.println(array.length);
        }catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("捕獲到了一個空指標異常！");
        }catch (Exception) {
            System.out.println("捕獲到了一個算術異常！");
        }
        System.out.println("其它程式碼邏輯！");
    }

2.3.3 finally

finally用來進行資源回收，不論程式正常執行還是退出，都需要回收資源

並且異常會引發程式的跳轉，可能會導致有些語句執行不到

    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try {
            int[] array = null;
            System.out.println(array.length);
        }catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("捕獲到了一個空指標異常！");
        }catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("捕獲到了一個算術異常！");
        }finally {
            scanner.close();
            System.out.println("進行資源關閉！");
        }
        System.out.println("其它程式碼邏輯！");
    }

如果不為空，那麼finally還會被執行嗎

    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        try {
            int[] array = {1,2,3};
            System.out.println(array.length);
        }catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("捕獲到了一個空指標異常！");
        }catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("捕獲到了一個算術異常！");
        }finally {
            scanner.close();
            System.out.println("進行資源關閉！");
        }
        System.out.println("其它程式碼邏輯！");
    }

所以，不管程式會不會丟擲異常，finally都會執行

如果將資源寫在try中會自動幫助，關掉資源的

    public static void main(String[] args) {
        try (Scanner scanner = new Scanner(System.in)) {
            int[] array = {1, 2, 3};
            System.out.println(array.length);
        } catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("捕獲到了一個空指標異常！");
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("捕獲到了一個算術異常！");
        } finally {
            System.out.println("進行資源關閉！");
        }
        System.out.println("其它程式碼邏輯！");
    }

下面看這一段程式碼

    public static int func(int a) {
        try{
            if(a == 0) {
                throw  new ArithmeticException();
            }
            return a;
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("算術異常！");
        } finally {
            return 20;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(func(10));
    }

可以發現即使有return，finally也會被執行

總結一下：

throw丟擲異常，throws宣告異常

finally語句一定會執行

3.自定義異常類

雖然java中有很多異常類，但是在實際開發中所遇到的一些異常，不能完全表示，

所以這就需要我們自定義異常類

舉一個例子

先自定義一個執行時異常

//自定義了一個執行時異常
public class MyException extends RuntimeException{
    public MyException() {

    }
    public MyException(String message) {
        super(message);
    }
}

寫一個類來捕獲這個自定義異常

public class Test04 {
    public static void func(int a ) {
        throw new MyException("呵呵！");
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            func(20);
        }catch (MyException myException) {
            myException.printStackTrace();
        }finally {
            System.out.println("sadasdasd");
        }

    }
}

下面寫一個使用者登入的自定義異常類

class UserNameException extends RuntimeException {
    public UserNameException() {

    }
    public UserNameException(String message) {
        super(message);
    }
}
class PasswordException extends RuntimeException {

    public PasswordException() {
    }

    public PasswordException(String message) {
        super(message);
    }
}

public class LogIn {
    private static String uName = "admin";
    private static String pword = "1111";

    public static void loginInfo(String userName, String password) {
        if ( !uName.equals(userName)) {
            throw new UserNameException("使用者名稱錯誤！");
        }
        if ( !pword.equals(password)) {
            throw new RuntimeException("密碼錯誤！");

        }
        System.out.println("登入成功！");
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            loginInfo("admin","1111");
        } catch (UserNameException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (PasswordException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

注意：

自定義異常預設會繼承 Exception 或者 RuntimeException

繼承於 Exception 的異常預設是受查異常

繼承於 RuntimeException 的異常預設是非受查異常

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