[ Java學習基礎 ] Java異常處理

来源:https://www.cnblogs.com/Kevin-ZhangCG/archive/2018/04/28/8967534.html
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一、異常概述 異常是程式中的一些錯誤,但並不是所有的錯誤都是異常,並且錯誤有時候是可以避免的。比如說,你的代碼少了一個分號,那麼運行出來結果是提示是錯誤 java.lang.Error;如果你用System.out.println(11/0),那麼你是因為你用0做了除數,會拋出 java.lang. ...


一、異常概述

  

  異常是程式中的一些錯誤,但並不是所有的錯誤都是異常,並且錯誤有時候是可以避免的。比如說,你的代碼少了一個分號,那麼運行出來結果是提示是錯誤 java.lang.Error;如果你用System.out.println(11/0),那麼你是因為你用0做了除數,會拋出 java.lang.ArithmeticException 的異常。

  異常發生的原因有很多,通常包含以下幾大類:

  • 用戶輸入了非法數據。
  • 要打開的文件不存在。
  • 網路通信時連接中斷,或者JVM記憶體溢出。

  這些異常有的是因為用戶錯誤引起,有的是程式錯誤引起的,還有其它一些是因為物理錯誤引起的,為增強程式的健壯性,電腦程式的編寫也需要考慮處理這些異常情況,Java語言提供了異常處理功能,本文將介紹Java異常處理機制。

  為了更好的理解和學習Java異常處理機制,首先看看下麵程式:

//HelloWorld.java文件
package com.Kevin;

public class HelloWorld {

    public static void main(String[] args) {
        int a = 0;
        System.out.println(5 / a);
    }
}

這個程式沒有編譯錯誤,但會發生如下的運行時錯誤:

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at com.Kevin.HelloWorld.main(HelloWorld.java:9)

在數學上除數不能為0,所以程式運行時表達式(5 / a)會拋出ArithmeticException異常,ArithmeticException是數學計算異常,凡是發生數學計算錯誤都會拋出該異常。

  程式運行過程中難免會發生異常,發生異常並不可怕,程式員應該考慮到有可能發生這些異常,編程時應該捕獲併進行處理異常,不能讓程式發生終止,這就是健壯的程式。

 

二、異常類繼承層次

  所有的異常類是從 java.lang.Exception 類繼承的子類。Exception 類是 Throwable 類的子類。除了Exception類外,Throwable還有一個子類Error 。Java 程式通常不捕獲錯誤。錯誤一般發生在嚴重故障時,它們在Java程式處理的範疇之外。Error 用來指示運行時環境發生的錯誤。例如,JVM 記憶體溢出。一般地,程式不會從錯誤中恢復。異常類有兩個主要的子類:IOException 類和 RuntimeException 類。Java的異常類繼承層次具體如下圖:

                Java異常類繼承層次圖

 

2.1 Throwable類

  從Java異常類繼承層次圖可見,所有的異常類都直接或間接地繼承於java.lang.Throwable類,在Throwable類有幾個非常重要的方法:

  • String getMessage():獲得發生異常的詳細消息。
  • void printStackTrace():列印異常堆棧跟蹤信息。
  • String toString():獲得異常對象的描述。

 

  為了介紹Throwable類的使用,示例代碼如下:

 1 //HelloWorld.java文件
 2 package com.Kevin;
 3 
 4 public class HelloWorld {
 5 
 6     public static void main(String[] args) {
 7 
 8         int a = 0;
 9         int result = divide(5, a);
10         System.out.printf("divide(%d, %d) = %d", 5, a, result);
11     }
12 
13     public static int divide(int number, int divisor) {
14 
15         try {
16             return number / divisor;
17         } catch (Throwable throwable) {                                        
18 
19             System.out.println("getMessage() : " + throwable.getMessage());    
20 
21             System.out.println("toString() : " + throwable.toString());        
22 
23             System.out.println("printStackTrace()輸出信息如下:");
24             throwable.printStackTrace();                                       
25         }
26 
27         return 0;
28     }
29 }

運行結果如下:

getMessage() : / by zero
toString() : java.lang.ArithmeticException: / by zero
printStackTrace()輸出信息如下:
java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at com.Kevin.HelloWorld.divide(HelloWorld.java:17)
    at com.Kevin.HelloWorld.main(HelloWorld.java:10)
divide(5, 0) = 0

將可以發生異常的語句System.out.println(5 / a)放到try-catch代碼塊中,稱為捕獲異常,有關捕獲異常的相關知識會在下部分詳細介紹。在catch中有一個Throwable對象throwable,throwable對象是系統在程式發生異常時創建,通過throwable對象可以調用Throwable中定義的方法。

  代碼第19行是調用getMessage()方法獲得異常消息,輸出結果是“/ by zero”。代碼第21行是調用toString()方法獲得異常對象的描述,輸出結果是java.lang.ArithmeticException: / by zero。代碼第24行是調用printStackTrace()方法列印異常堆棧跟蹤信息。

 

Tips: 堆棧跟蹤信息從下往上,是方法調用的順序。首先JVM調用是 com.Kevin.HelloWorld 類的main方法,接著在HelloWorld.java源代碼第10行調用 com.Kevin.HelloWorld 類的 divide 方法,在HelloWorld.java 源代碼第17行發生了異常,最後輸出的是異常信息。

 

2.2 Error 和 Exception

從Java異常類繼承層次圖可見,Throwable有兩個直接子類:Error和Exception。

  1. Error:Error 是程式無法恢復的嚴重錯誤,程式員根本無能為力,只能讓程式終止。例如:JVM內部錯誤、記憶體溢出和資源耗盡等嚴重情況。

  2. Exception:Exception 是程式可以恢復的異常,它是程式員所能掌控的。例如:除零異常、空指針訪問、網路連接中斷和讀取不存在的文件等。本章所討論的異常處理就是對Exception及其子類的異常處理。

 

2.3 受檢查異常和運行時異常

  從Java異常類層次圖可見,Exception類可以分為:受檢查異常和運行時異常。

  1. 受檢查異常

    如Java異常類層次圖所示,受檢查異常是除 RuntimeException 以外的異常類。它們的共同特點是:編譯器會檢查這類異常是否進行了處理,即要麼捕獲(try-catch語句),要麼不拋出(通過在方法後聲明throws),否則會發生編譯錯誤。它們種類很多,前面遇到過的日期解析異常 ParseException。

  2. 運行時異常

    運行時異常是繼承 RuntimeException 類的直接或間接子類。運行時異常往往是程式員所犯錯誤導致的,健壯的程式不應該發生運行時異常。它們的共同特點是:編譯器不檢查這類異常是否進行了處理,也就是對於這類異常不捕獲也不拋出,程式也可以編譯通過。由於沒有進行異常處理,一旦運行時異常發生就會導致程式的終止,這是用戶不希望看到的。由於2.1部分除零示例的ArithmeticException異常屬於RuntimeException異常,如Java異常類層次圖所示,可以不用加try-catch語句捕獲異常。

//HelloWorld.java文件
package com.Kevin;
 
public class HelloWorld {
 
    public static void main(String[] args) {
 
        int a = 0;
        int result = divide(5, a);
        System.out.printf("divide(%d, %d) = %d", 5, a, result);
    }
 
    public static int divide(int number, int divisor) {
 
        //判斷除數divisor非零,防止運行時異常
        if (divisor != 0) {
            return number / divisor;
        }
        return 0;
    }
 
}

Tips: 對於運行時異常通常不採用拋出或捕獲處理方式,而是應該提前預判,防止這種發生異常,做到未雨綢繆。例如2.1部分除零示例,在進行除法運算之前應該判斷除數是非零的,修改示例代碼如下,從代碼可見提前預判這樣處理要比通過try-catch捕獲異常要友好的多。

 

2.4 Java常用內置異常

  Java 語言定義了一些異常類在 java.lang 標準包中。標準運行時異常類的子類是最常見的異常類。由於 java.lang 包是預設載入到所有的 Java 程式的,所以大部分從運行時異常類繼承而來的異常都可以直接使用。Java 根據各個類庫也定義了一些其他的異常,下麵的表中列出了 Java 的非檢查性異常。

 

下麵的表中列出了 Java 定義在 java.lang 包中的檢查性異常類。

 

Tips: 

  • 檢查性異常: 不處理編譯不能通過
  • 非檢查性異常:不處理編譯可以通過,如果有拋出直接拋到控制台
  • 運行時異常: 就是非檢查性異常
  • 非運行時異常: 就是檢查性異常

 

5.常見異常方法

下麵的列表是 Throwable 類的主要方法:

 

6.通用異常

在Java中定義了兩種類型的異常和錯誤。

  • JVM(Java虛擬機) 異常:由 JVM 拋出的異常或錯誤。例如:NullPointerException 類,ArrayIndexOutOfBoundsException 類,ClassCastException 類。
  • 程式級異常:由程式或者API程式拋出的異常。例如 IllegalArgumentException 類,IllegalStateException 類。

 

三、捕獲異常

  在學習本內容之前,你先考慮一下,在現實生活中是如何對待領導交給你的任務呢?當然無非是兩種:自己有能解決的自己處理;自己無力解決的反饋給領導,讓領導自己處理。

  那麼對待受檢查異常亦是如此。當前方法有能力解決,則捕獲異常進行處理;沒有能力解決,則拋出給上層調用方法處理。如果上層調用方法還無力解決,則繼續拋給它的上層調用方法,異常就是這樣向上傳遞直到有方法處理它,如果所有的方法都沒有處理該異常,那麼JVM會終止程式運行。

 

3.1 try-catch 語句

  捕獲異常是通過try-catch語句實現的,最基本try-catch語句語法如下:

try{
    //可能會發生異常的語句
} catch(Throwable e){
    //處理異常e
}

  

  每個try代碼塊可以伴隨一個或多個catch代碼塊,用於處理try代碼塊中所可能發生的多種異常。catch(Throwable e)語句中的e是捕獲異常對象,e必須是Throwable的子類,異常對象e的作用域在該catch代碼塊中。下麵看看一個try-catch示例:

 1 //HelloWorld.java文件
 2 package com.Kevin;
 3  
 4 import java.text.DateFormat;
 5 import java.text.ParseException;
 6 import java.text.SimpleDateFormat;
 7 import java.util.Date;
 8  
 9 public class HelloWorld {
10  
11     public static void main(String[] args) {
12         Date date = readDate();
13         System.out.println("日期  = " + date);
14     }
15  
16     // 解析日期
17     public static Date readDate() {                   
18  
19         try {
20             String str = "2018-4-28";     //"201A-18-18"
21             DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
22             // 從字元串中解析日期
23             Date date = df.parse(str);                
24             return date;
25         } catch (ParseException e) {                  
26             System.out.println("處理ParseException…");
27             e.printStackTrace();                      
28         }
29         return null;
30     }
31 }

上述代碼第17行定義了一個靜態方法用來將字元串解析成日期,但並非所有的字元串都是有效的日期字元串,因此調用代碼第23行的解析方法parse()有可能發生ParseException異常,ParseException是受檢查異常,在本例中使用try-catch捕獲。代碼第25行的e就是ParseException對象。代碼第27行e.printStackTrace()是列印異常堆棧跟蹤信息,本例中的"2018-4-28"字元串是有個有效的日期字元串,因此不會發生異常。如果將字元串改為無效的日期字元串,如"201A-18-18",則會列印信息。

處理ParseException
java.text.ParseException: Unparseable date: "201A-18-18"
日期  = null
    at java.text.DateFormat.parse(Unknown Source)
    at com.Kevin.HelloWorld.readDate(HelloWorld.java:24)
    at com.Kevin.HelloWorld.main(HelloWorld.java:13)

 

Tips: 靜態方法、實例方法和構造方法都可以聲明拋出異常,凡是拋出異常的方法都可以通過try-catch進行捕獲,當然運行時異常可以不捕獲。一個方法聲明拋出什麼樣的異常需要查詢API文

 

3.2 多catch代碼塊

  如果try代碼塊中有很多語句會發生異常,而且發生的異常種類又很多。那麼可以在try後面跟有多個catch代碼塊。多catch代碼塊語法如下:

try{
    //可能會發生異常的語句
} catch(Throwable e){
    //處理異常e
} catch(Throwable e){
    //處理異常e
} catch(Throwable e){
    //處理異常e
}

在多個catch代碼情況下,當一個catch代碼塊捕獲到一個異常時,其他的catch代碼塊就不再進行匹配。

Tips: 當捕獲的多個異常類之間存在父子關係時,捕獲異常順序與catch代碼塊的順序有關。一般先捕獲子類,後捕獲父類,否則子類捕獲不到。

示例代碼如下:

 1 //HelloWorld.java文件
 2 package com.Kevin;
 3 
 4 ……
 5 
 6 public class HelloWorld {
 7 
 8     public static void main(String[] args) {
 9         Date date = readDate();
10         System.out.println("讀取的日期  = " + date);
11     }
12 
13     public static Date readDate() {
14 
15         FileInputStream readfile = null;
16         InputStreamReader ir = null;
17         BufferedReader in = null;
18         try {
19             readfile = new FileInputStream("readme.txt");      
20             ir = new InputStreamReader(readfile);
21             in = new BufferedReader(ir);
22             // 讀取文件中的一行數據
23             String str = in.readLine();                        
24             if (str == null) {
25                 return null;
26             }
27 
28             DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
29             Date date = df.parse(str);                         
30             return date;
31 
32         } catch (FileNotFoundException e) {                    
33             System.out.println("處理FileNotFoundException...");
34             e.printStackTrace();
35         } catch (IOException e) {                              
36             System.out.println("處理IOException...");
37             e.printStackTrace();
38         } catch (ParseException e) {                           
39             System.out.println("處理ParseException...");
40             e.printStackTrace();
41         }
42         return null;
43     }
44 
45 }

上述代碼通過Java I/O(輸入輸出)流技術從文件readme.txt中讀取字元串,然後解析成為日期。由於Java I/O技術還沒有介紹,讀者先不要關註I/O技術細節,這考慮調用它們的方法會發生異常就可以了。

在try代碼塊中第19行代碼調用FileInputStream構造方法可以會發生FileNotFoundException異常。第23行代碼調用BufferedReader輸入流的readLine()方法可以會發生IOException異常。從Java異常類繼承層次圖可見FileNotFoundException異常是IOException異常的子類,應該先FileNotFoundException捕獲,見代碼第32行;後捕獲IOException,見代碼第35行。

如果將FileNotFoundException和IOException捕獲順序調換,代碼如下:

try{
    //可能會發生異常的語句
} catch (IOException e) {
    // IOException異常處理
} catch (FileNotFoundException e) {
    // FileNotFoundException異常處理
}

那麼第二個catch代碼塊永遠不會進入,FileNotFoundException異常處理永遠不會執行。

由於上述代碼第38行ParseException異常與IOException和FileNotFoundException異常沒有父子關係,捕獲ParseException異常位置可以隨意放置。

 

3.3 try-catch 語句嵌套

  Java提供的try-catch語句嵌套是可以任意嵌套,修改3.2部分示例代碼如下:

 1 //HelloWorld.java文件
 2 package com.Kevin;
 3 … …
 4 public class HelloWorld {
 5 
 6     public static void main(String[] args) {
 7         Date date = readDate();
 8         System.out.println("讀取的日期  = " + date);
 9     }
10 
11     public static Date readDate() {
12 
13         FileInputStream readfile = null;
14         InputStreamReader ir = null;
15         BufferedReader in = null;
16         try {
17             readfile = new FileInputStream("readme.txt");
18             ir = new InputStreamReader(readfile);
19             in = new BufferedReader(ir);
20 
21             try {                                                  
22                 String str = in.readLine();                        
23                 if (str == null) {
24                     return null;
25                 }
26 
27                 DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
28                 Date date = df.parse(str);                         
29                 return date;
30 
31             } catch (ParseException e) {
32                 System.out.println("處理ParseException...");
33                 e.printStackTrace();
34             }                                                      
35 
36         } catch (FileNotFoundException e) {                        
37             System.out.println("處理FileNotFoundException...");
38             e.printStackTrace();
39         } catch (IOException e) {                                  
40             System.out.println("處理IOException...");
41             e.printStackTrace();
42         }
43         return null;
44     }
45 }

上述代碼第21~34行是捕獲ParseException異常try-catch語句,可見這個try-catch語句就是嵌套在捕獲IOException和FileNotFoundException異常的try-catch語句中。

程式執行時內層如果會發生異常,首先由內層catch進行捕獲,如果捕獲不到,則由外層catch捕獲。例如:代碼第22行的readLine()方法可能發生IOException異常,該異常無法被內層catch捕獲,最後被代碼第39行的外層catch捕獲。

Tips: try-catch不僅可以嵌套在try代碼塊中,還可以嵌套在catch代碼塊或finally代碼塊,finally代碼塊後面會詳細介紹。try-catch嵌套會使程式流程變的複雜,如果能用多catch捕獲的異常,儘量不要使用try-catch嵌套。特別對於初學者不要簡單地使用Eclipse的語法提示不加區分地添加try-catch嵌套,要梳理好程式的流程再考慮try-catch嵌套的必要性。

 

3.4 多重捕捉

  多catch代碼塊客觀上提高了程式的健壯性,但是程式代碼量大大增加。如果有些異常雖然種類不同,但捕獲之後的處理是相同的,看如下代碼。

try{
    //可能會發生異常的語句
} catch (FileNotFoundException e) {
    //調用方法methodA處理
} catch (IOException e) {
    //調用方法methodA處理
} catch (ParseException e) {
    //調用方法methodA處理
}

三個不同類型的異常,要求捕獲之後的處理都是調用methodA方法。是否可以把這些異常合併處理,Java 7推出了多重捕獲(multi-catch)技術,可以幫助解決此類問題,上述代碼修改如下:

try{
    //可能會發生異常的語句
} catch (IOException | ParseException e) {
    //調用方法methodA處理
}

在catch中多重捕獲異常用“|”運算符連接起來。

Tips: 有的讀者會問什麼不寫成FileNotFoundException | IOException | ParseException 呢?這是因為由於FileNotFoundException屬於IOException異常,IOException異常可以捕獲它的所有子類異常了。

 

四、釋放資源

  有時在try-catch語句中會占用一些非Java資源,如:打開文件、網路連接、打開資料庫連接和使用數據結果集等,這些資源並非Java資源,不能通過JVM的垃圾收集器回收,需要程式員釋放。為了確保這些資源能夠被釋放可以使用finally代碼塊或Java 7之後提供自動資源管理(Automatic Resource Management)技術。

 

4.1 finally 代碼塊

try-catch語句後面還可以跟有一個finally代碼塊,try-catch-finally語句語法如下:

try{
    //可能會生成異常語句
} catch(Throwable e1){
    //處理異常e1
} catch(Throwable e2){
    //處理異常e2
} catch(Throwable eN){
    //處理異常eN
} finally{
    //釋放資源
}

無論try正常結束還是catch異常結束都會執行finally代碼塊,如下圖所示:

              

使用finally代碼塊示例代碼如下:

 1 //HelloWorld.java文件
 2 package com.Kevin;
 3 
 4 … …
 5 
 6 public class HelloWorld {
 7 
 8     public static void main(String[] args) {
 9         Date date = readDate();
10         System.out.println("讀取的日期  = " + date);
11     }
12 
13     public static Date readDate() {
14 
15         FileInputStream readfile = null;
16         InputStreamReader ir = null;
17         BufferedReader in = null;
18         try {
19             readfile = new FileInputStream("readme.txt");
20             ir = new InputStreamReader(readfile);
21             in = new BufferedReader(ir);
22             // 讀取文件中的一行數據
23             String str = in.readLine();
24             if (str == null) {
25                 return null;
26             }
27 
28             DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
29             Date date = df.parse(str);
30             return date;
31 
32         } catch (FileNotFoundException e) {
33             System.out.println("處理FileNotFoundException...");
34             e.printStackTrace();
35         } catch (IOException e) {
36             System.out.println("處理IOException...");
37             e.printStackTrace();
38         } catch (ParseException e) {
39             System.out.println("處理ParseException...");
40             e.printStackTrace();
41         } finally {                              
42             try {
43                 if (readfile != null) {
44                     readfile.close();            
45                 }
46             } catch (IOException e) {
47                 e.printStackTrace();
48             }
49             try {
50                 if (ir != null) {
51                     ir.close();                  
52                 }
53             } catch (IOException e) {
54                 e.printStackTrace();
55             }
56             try {
57                 if (in != null) {
58                     in.close();                  
59                 }
60             } catch (IOException e) {
61                 e.printStackTrace();
62             }
63         }                                        
64 
65         return null;
66     }
67 }

上述代碼第41行~第63行是finally語句,在這裡通過關閉流釋放資源,FileInputStream、InputStreamReader和BufferedReader是三個輸入流,它們都需要關閉,見代碼第44行~第58行通過流的close()關閉流,但是流的close()方法還有可以能發生 IOException 異常,所以這裡又針對每一個close()語句還需要進行捕獲處理。

Tips: 為了代碼簡潔等目的,可能有的人會將finally代碼中的多個嵌套的try-catch語句合併,例如將上述代碼改成如下形式,將三個有可以發生異常的close()方法放到一個try-catch。讀者自己考慮一下這處理是否穩妥呢?每一個close()方法對應關閉一個資源,如果第一個close()方法關閉時發生了異常,那麼後面的兩個也不會關閉,因此如下的程式代碼是有缺陷的。

 

try {
    ... ...
} catch (FileNotFoundException e) {
    ... ...
} catch (IOException e) {
    ... ...
} catch (ParseException e) {
    ... ...
} finally {
    try {
        if (readfile != null) {
            readfile.close();
        }
        if (ir != null) {
            ir.close();
        }
        if (in != null) {
            in.close();
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

 

4.2 自動資源管理

  4.1部分使用finally代碼塊釋放資源會導致程式代碼大量增加,一個finally代碼塊往往比正常執行的程式還要多。在Java 7之後提供自動資源管理(Automatic Resource Management)技術,可以替代finally代碼塊,優化代碼結構,提高程式可讀性。自動資源管理是在try語句上的擴展,語法如下:

try (聲明或初始化資源語句) {
    //可能會生成異常語句
} catch(Throwable e1){
    //處理異常e1
} catch(Throwable e2){
    //處理異常e1
} catch(Throwable eN){
    //處理異常eN
}

在try語句後面添加一對小括弧“()”,其中是聲明或初始化資源語句,可以有多條語句語句之間用分號“;”分隔。

示例代碼如下:

 1 //HelloWorld.java文件
 2 package com.Kevin;
 3 … …
 4 public class HelloWorld {
 5 
 6     public static void main(String[] args) {
 7         Date date = readDate();
 8         System.out.println("讀取的日期  = " + date);
 9     }
10 
11     public static Date readDate() {
12 
13         // 自動資源管理
14         try (FileInputStream readfile = new FileInputStream("readme.txt");     
15                 InputStreamReader ir = new InputStreamReader(readfile);        
16                 BufferedReader in = new BufferedReader(ir)) {                  
17 
18             // 讀取文件中的一行數據
19             String str = in.readLine();
20             if (str == null) {
21                 return null;
22             }
23 
24             DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
25             Date date = df.parse(str);
26             return date;
27 
28         } catch (FileNotFoundException e) {
29             System.out.println("處理FileNotFoundException...");
30             e.printStackTrace();
31         } catch (IOException e) {
32             System.out.println("處理IOException...");
<

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