Java例外處理

異常(或異常事件)是在執行程式期間出現的問題。 當發生異常時，程式的正常流程被中斷並且程式/應用程式異常終止，這是對於使用者來說是非常不友好的。因此，要合理地處理這些異常。

發生異常有許多不同的原因，以下是發生異常的一些情況。

• 使用者輸入了無效資料。
• 找不到需要開啟的檔案。
• 在通訊過程中丟失了網路連線，或者JVM記憶體不足。

有一些異常是由使用者錯誤引起的，也有一些異常是由程式員錯誤引起的，或者是由以某種物理資源引起的。

基於這三類異常，您需要了解它們以了解在Java中例外處理工作原理。

• 已檢查異常 - 已檢查異常是編譯器在編譯時檢查(通知)的異常，這些異常也稱為編譯時異常。這些異常不能簡單地忽略，程式員應該編寫程式碼來處理這些異常。
  例如，如果在程式中使用FileReader類從檔案中讀取資料，如果其建構函式中指定的檔案不存在，則會發生FileNotFoundException異常，並且編譯器會提示程式員處理異常。範例程式碼 -

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); 
   }
}

如果編譯上述程式，則會出現以下異常。

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

註 - 由於FileReader類的read()和close()方法丟擲IOException，可以看到到編譯器通知要求處理IOException以及FileNotFoundException這兩個異常。

• 未檢查異常 - 未檢查的異常是在執行時發生的異常。這些也稱為執行時異常。 這些包括程式設計錯誤，例如邏輯錯誤或API的不當使用，編譯時忽略執行時異常。
  例如，如果在程式中宣告了一個大小為5的陣列，但是卻要存取陣列的第6個元素，則會發生ArrayIndexOutOfBoundsExceptionexception異常。

  public class Unchecked_Demo {
  
   public static void main(String args[]) {
      int num[] = {1, 2, 3, 4};
      System.out.println(num[5]);// 存取第6個元素
   }
  }
  

  如果編譯並執行上述程式，則會出現以下異常。

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

• 錯誤 - 這個嚴格來說不是異常，它是超出使用者或程式員控制的問題。 程式碼中通常會忽略錯誤，因為很少對錯誤做任何事情。 例如，如果發生堆疊溢位，則會出現錯誤。 它們在編譯時也被忽略。

1. 異常層次結構

所有異常類都是java.lang.Exception類的子型別。 Exception類是Throwable類的子類。 除了Exception類之外，還有另一個名稱為Error的子類，它派生自Throwable類。

錯誤是在嚴重故障的情況下發生的異常情況，Java程式不處理這些情況。 生成錯誤以指示執行時環境生成的錯誤。例如：JVM記憶體不足。 通常，程式無法從錯誤中恢復。

Exception類有兩個主要的子類：IOException類和RuntimeException類。

以下是最常見的已檢查和未檢查的Java內建異常類列表。

2. 異常方法

以下是Throwable類中可用的方法列表。

3. 捕捉異常

在方法中可使用try和catch關鍵字的組合捕獲異常。try/catch塊放在可能生成異常的程式碼周圍。try/catch塊中的程式碼稱為受保護程式碼，使用try/catch的語法如下所示 -

語法

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

將容易出現異常的程式碼放在try塊中。 發生異常時，異常由與其關聯的catch塊處理。 每個try塊都應該緊跟一個catch塊或者一個塊finally。

catch語句涉及宣告嘗試捕獲的異常型別。 如果受保護程式碼中發生異常，則會檢查try之後的catch塊(或多個塊)。如果發生的異常型別列在catch塊中，則異常將傳遞給catch塊，就像將引數傳遞給方法引數一樣。

範例

以下是使用2個元素宣告的陣列，然後嘗試存取引發異常的陣列的第3個元素。

// 檔案 : 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");
   }
}

執行上面範例程式碼，得到以下結果：

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

4. 多個try塊

try塊後面可以跟多個catch塊，多個catch塊的語法如下所示 -

語法

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

上面的語句中放置了三個catch塊，但只需一次嘗試即可獲得任意數量的塊。 如果受保護程式碼中發生異常，則會將異常丟擲到列表中的第一個catch塊。 如果丟擲的異常的資料型別與ExceptionType1匹配，則會在那裡捕獲它。 如果不是，則異常傳遞給第二個catch語句。 這種情況一直持續到異常被捕獲，在這種情況下，當前方法停止執行，異常將被拋到呼叫堆疊上的前一個方法。

範例

以下是顯示如何使用多個try/catch語句的程式碼段。

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;
}

捕獲多種型別的例外
從Java 7開始，可以使用單個catch塊處理多個異常，此功能簡化了程式碼。 下面是應用範例 -

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

5. throws/throw關鍵字

如果方法不處理已檢查的異常，則該方法必須使用throws關鍵字宣告它。 throws關鍵字應放置在方法簽名的末尾。

可以使用throw關鍵字丟擲異常，可以是新範例化的異常，也可以是剛捕獲的異常。

throws和throw關鍵字之間的區別是，throws用於推遲對已檢查異常的處理，throw用於顯式呼叫異常。

以下方法宣告它丟擲RemoteException -

import java.io.*;
public class className {

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

可以將方法宣告為丟擲多個異常，在這種情況下，異常在以逗號分隔的列表中宣告。 例如，以下方法宣告它丟擲RemoteException和InsufficientFundsException異常 -

import java.io.*;
public class className {

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

6. finally塊

finally塊在try塊或catch塊之後。無論受保護的程式碼塊是否發生異常，最終都會執行finally塊中的程式碼。

使用finally塊執行要執行的任何清理型別語句，無論受保護程式碼中發生什麼。

finally塊放置在catch塊的末尾，它的語法語法如下 -

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

範例

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");
      }
   }
}

執行上面範例程式碼，得到以下結果 -

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

使用finally時，需要注意以下規則 -

• 沒有try語句就不能存在catch子句。
• 只要存在try/catch塊，finally子句就不是必須的。
• 如果沒有catch子句或finally子句，則try塊不能出現。
• try，catch，finally塊之間不能出現任何程式碼。

7. try-with-resources

通常，當使用流，連線等任何資源時，要使用finally塊顯式關閉它們。 在下面的程式中使用FileReader從檔案中讀取資料，然後使用finally塊關閉它。

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，也稱為自動資源管理，是Java 7中引入的一種新的例外處理機制，它自動關閉try/catch塊中使用的資源。

要使用此語句，只需在括號內宣告所需的資源，建立的資源將在塊結束時自動關閉。 以下是try-with-resources語句的語法。

語法

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

以下是使用try-with-resources語句讀取檔案中資料的程式。

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();
      }
   }
}

在使用try-with-resources語句時，請牢記以下幾點。

• 要使用帶有try-with-resources語句的類，它應該實現AutoCloseable介面，並且它的close()方法在執行時自動呼叫。
• 可以在try-with-resources語句中宣告多個類。
• 當在try-with-resources語句的try塊中宣告多個類時，這些類將以相反的順序關閉。
• 除括號內的資源宣告外，其它都與try塊的普通try/catch塊相同。
• try中宣告的資源在try-block開始之前範例化。
• 在try塊宣告的資源被隱式宣告為final。

8. 使用者定義的異常

可以在Java中建立自己的異常。 在編寫自己的異常類時，請注意以下幾點 -

• 所有異常必須是Throwable的子類。
• 如果要編寫由處理或宣告規則自動強制執行的已檢查異常，則需要擴充套件Exception類。
• 如果要編寫執行時異常，則需要擴充套件RuntimeException類。

可以定義自己的Exception類，如下所示 -

class MyException extends Exception {
}

只需要擴充套件預定義的Exception類來建立自己的Exception類。 這些都是經過檢查的異常。 以下InsufficientFundsException類是一個使用者定義的異常，它擴充套件了Exception類，使其成為一個已檢查的異常。異常類與任何其他類一樣，包含有用的欄位和方法。

範例

// 檔案：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;
   }
}

為了演示如何使用使用者定義的異常，以下CheckingAccount類的withdraw()方法中包含丟擲InsufficientFundsException。

// 檔案名稱：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程式演示了如何呼叫CheckingAccount類的deposit()和withdraw()方法。

// 檔案： 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();
      }
   }
}

執行上面範例程式碼，得到以下結果 -

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)

常見異常

在Java中，可以定義兩個分類:異常和錯誤。

• JVM異常 - 這些是JVM獨占或邏輯丟擲的異常/錯誤。 範例：NullPointerException，ArrayIndexOutOfBoundsException，ClassCastException。
• 程式化異常 - 應用程式或API程式員明確丟擲這些異常。 範例：IllegalArgumentException，IllegalStateException。