Java高效利用異常處理的技巧總結(jié)

更新時間：2023年09月05日 16:37:05 作者：碼農(nóng)高飛

這篇文章主要為大家詳細介紹了Java如何高效利用異常處理,從而達到優(yōu)化代碼的效果,文中的示例代碼講解詳細,感興趣的小伙伴可以學(xué)習(xí)一下

概述

在使用計算機語言進行項目開發(fā)的過程中，即使程序員把代碼寫的盡善盡美，在系統(tǒng)的運行過程中仍然會遇到一些問題，因為很多問題不是靠代碼就能避免的，比如：客戶輸入數(shù)據(jù)的格式問題，輸入的文件是否存在，網(wǎng)絡(luò)是否始終通暢等。

那么在程序執(zhí)行過程中，出現(xiàn)的非正常情況，如果不處理最終會導(dǎo)致JVM的非正常停止，這就是異常。

異常指的并不是語法錯誤和邏輯錯誤，語法錯了編譯不會通過，不會產(chǎn)生字節(jié)碼文件，根本不能運行。而代碼邏輯錯誤，只是沒有得到想要的結(jié)果。

Java中把不同的異常用不同的類表示，一旦發(fā)生某種異常，就創(chuàng)建該異常類型的對象并且拋出(throw)，然后程序員可以catch到這個異常對象并處理，如果無法catch到異常對象，那么這個異常對象將會導(dǎo)致程序的終止。

所以在編寫程序時，就應(yīng)該充分考慮到各種可能發(fā)生的異常和錯誤，極力的預(yù)防和避免，實在無法避免的，也要編寫相應(yīng)的代碼進行異常的檢測、以及處理，從而保證代碼的健壯性。

Java異常體系

Error和Exception

Java程序在執(zhí)行過程中所發(fā)生的異常事件可分為兩類：Error和Exception，分別對應(yīng)著java.lang.Error和java.lang.Exception兩個類。

Error是Java虛擬機無法解決的嚴(yán)重問題，如JVM系統(tǒng)內(nèi)部錯誤、資源耗盡等嚴(yán)重情況，一般不編寫針對性的代碼進行處理。

Exception是因編程錯誤或偶然的外在因素導(dǎo)致的一般性問題，可以使用針對性的代碼進行處理，使程序繼續(xù)運行，但只要發(fā)生必須處理，否則程序也會終止，例如：

空指針訪問
試圖讀取不存在的文件
網(wǎng)絡(luò)連接中斷
數(shù)組角標(biāo)越界

無論是Error還是Exception，還有很多子類，異常的類型非常豐富，當(dāng)代碼運行出現(xiàn)異常時，特別是不熟悉的異常時，可以在API中通過異常的類名去查詢。

提示：平時說的異常就是指Exception。

Throwable

java.lang.Throwable類是Error和Exception的父類。只有當(dāng)對象是此類(或其子類之一)的實例時，才能通過Java虛擬機或Java的throw語句拋出，同樣的只有此類或其子類之一才可以是catch子句中的參數(shù)類型。

Throwable中的常用方法：

public void printStackTrace()：打印異常的詳細信息，包含了異常的類型、原因和出現(xiàn)的位置，在開發(fā)和調(diào)試階段都得使用printStackTrace。
public String getMessage()：獲取發(fā)生異常的原因，提示給用戶的時候就提示錯誤的原因。

常見的錯誤和異常

對于程序出現(xiàn)的異常，一般有兩種，一是遇到錯誤就終止程序的運行，另一種是由程序員在編寫程序時，就考慮到錯誤的檢測、錯誤消息的提示，以及錯誤的處理。

最理想的捕獲異常是在編譯期間，但有的錯誤只有在運行時才會發(fā)生，比如數(shù)組下標(biāo)越界等。因此根據(jù)代碼的執(zhí)行階段，編譯器是否會警示當(dāng)前代碼可能發(fā)生異常，并督促程序員提前編寫處理它的代碼為依據(jù)，可以將異常分為編譯時異常和運行時異常。

編譯時異常

編譯時異常(checked異常、受檢異常)：在代碼編譯階段，編譯器就能明確警示當(dāng)前代碼可能發(fā)生但不一定發(fā)生的異常，并明確督促提前編寫處理代碼，如果沒有編寫相應(yīng)的異常處理代碼，則編譯器就直接判定編譯失敗，從而導(dǎo)致程序無法執(zhí)行，通常這類異常的發(fā)生不是由編寫的代碼引起的，或不是靠加簡單判斷可以避免的。

示例：

import org.junit.Test;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
public class TestCheckedException {
    @Test
    public void test01() {
        Thread.sleep(1000); //休眠1秒，InterruptedException
    }
    @Test
    public void test02(){
        Class c = Class.forName("java.lang.String"); //ClassNotFoundException
    }
    @Test
    public void test03() {
        Connection conn = DriverManager.getConnection("xxx");  //SQLException
    }
    @Test
    public void test04()  {
        FileInputStream fis = new FileInputStream("xxx.txt"); //FileNotFoundException
    }
    @Test
    public void test5() {
        File file = new File("xxx.txt");
		FileInputStream fis = new FileInputStream(file); //FileNotFoundException
		int b = fis.read(); //IOException
		while(b != -1){
			System.out.print((char)b);
			b = fis.read(); //IOException
		}
		fis.close(); //IOException
    }
}

運行時異常

運行時異常(runtime異常、unchecked異常、非受檢異常)：在代碼編譯階段，編譯器完全不做任何的檢查，無論該異常是否會發(fā)生，編譯器都不給出任何提示。只有等代碼運行起來并確定發(fā)生了異常才能被發(fā)現(xiàn)，通常這類異常是由程序員的代碼編寫不當(dāng)引起的，只要稍加判斷或細心檢查就可以避免。

示例：

import org.junit.Test;
import java.util.Scanner;
public class TestRuntimeException {
    @Test
    public void test01(){
        //NullPointerException
        int[][] arr = new int[3][];
        System.out.println(arr[0].length);
    }
    @Test
    public void test02(){
        //ClassCastException
        Object obj = 15;
        String str = (String) obj;
    }
    @Test
    public void test03(){
        //ArrayIndexOutOfBoundsException
        int[] arr = new int[5];
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }
    @Test
    public void test04(){
        //InputMismatchException
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        System.out.print("請輸入一個整數(shù)："); //輸入非整數(shù)
        int num = input.nextInt();
        input.close();
    }
    @Test
    public void test05(){
        int a = 1;
        int b = 0;
        //ArithmeticException
        System.out.println(a/b);
    }
}

Error

最常見的就是VirtualMachineError，有兩個經(jīng)典的子類：StackOverflowError、OutOfMemoryError。

示例：

import org.junit.Test;
public class TestError {
    //StackOverflowError
    @Test
    public void test01(){
        recursion();
    }
    public void recursion(){ //遞歸方法
        recursion(); 
    }
    //OutOfMemoryError
    @Test
    public void test02(){
        int[] arr = new int[Integer.MAX_VALUE]; //方式一
    }
    @Test
    public void test03(){
        StringBuilder s = new StringBuilder(); //方式二
        while(true){
            s.append("xxx");
        }
    }
}

異常的處理

在編寫程序時，經(jīng)常要在可能出現(xiàn)錯誤的地方加上檢測的代碼，如進行除法運算時，需要檢測分母是否為0等，這樣一來會出現(xiàn)過多的if-else分支，導(dǎo)致程序的代碼加長、臃腫，可讀性差，程序員需要花很大的精力去堵漏洞，因此采用異常處理機制。

Java采用的異常處理機制是將異常處理的程序代碼集中到一起，與正常的代碼分開，使得程序簡潔優(yōu)雅并易于維護。

Java異常處理的方式有兩種，一種是try-catch-finally，另一種是throws+異常類型。

捕獲異常

Java提供了異常處理的抓拋模型，之前提到Java程序的執(zhí)行過程中如果出現(xiàn)異常，會生成一個異常類對象，該異常對象將被提交給Java運行時系統(tǒng)，這個過程稱為拋出異常。

如果一個方法內(nèi)拋出異常，該異常對象會被拋給調(diào)用者方法中處理，如果異常沒有在調(diào)用者方法中處理，它繼續(xù)被拋給這個調(diào)用方法的上層方法，這個過程將一直繼續(xù)下去，直到異常被處理，這個過程稱為捕獲異常。

如果一個異常回到main方法，并且main方法不處理，則程序終止。

捕獲異常的語法如下：

try{
	...... //可能產(chǎn)生異常的代碼
}
catch( 異常類型1 e ){
	...... //當(dāng)產(chǎn)生ExceptionName1類型異常時的處理
}
catch( 異常類型2 e ){
	...... //當(dāng)產(chǎn)生ExceptionName2類型異常時的處理
}  
[finally{
	...... //無論是否發(fā)生異常，都無條件執(zhí)行的代碼
}]

當(dāng)某段代碼可能發(fā)生異常時，不管此異常是編譯時異常還是運行時異常，都可以使用try塊括起來，并在try塊下面編寫catch分支捕獲對應(yīng)的異常對象。

如果在程序運行時，try中代碼沒有發(fā)生異常，則catch中代碼不執(zhí)行
如果在程序運行時，try中代碼發(fā)生了異常，則根據(jù)異常的類型從上到下選擇第一個匹配的catch分支執(zhí)行，此時try中發(fā)生異常的語句下面的代碼將不執(zhí)行，整個try-catch之后的代碼可以繼續(xù)執(zhí)行
如果在程序運行時，try中代碼發(fā)生了異常，但所有的catch分支都無法匹配這個異常，那么JVM將會終止當(dāng)前方法的執(zhí)行，并把異常對象拋給調(diào)用者，如果調(diào)用者也不處理，那么程序就掛了

注意：當(dāng)有多個catch分支時，且多個異常類型有父子類關(guān)系，必須保證小的子異常類型在上，大的父異常類型在下。

示例：

import java.util.InputMismatchException;
import java.util.Scanner;
public class TestTryCatch {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        try {
            System.out.print("請輸入第一個整數(shù)：");
            int a = input.nextInt();
            System.out.print("請輸入第二個整數(shù)：");
            int b = input.nextInt();
            int result = a/b;
            System.out.println(a + "/" + b +"=" + result);
        } catch (InputMismatchException e) {
            System.out.println("數(shù)字格式不正確，請輸入兩個整數(shù)");
        }catch (ArithmeticException e){
            System.out.println("第二個整數(shù)不能為0");
        } finally {
            System.out.println("程序結(jié)束，釋放資源");
            input.close();
        }
    }
}

catch捕獲異常的信息，與其它對象一樣，可以訪問一個異常對象的成員變量或調(diào)用它的方法，為此Throwable類中定義了一些查看方法，比如有：

public String getMessage()：獲取異常的描述信息，返回字符串
public void printStackTrace()：打印異常的跟蹤棧信息并輸出到控制臺，包含異常的類型、原因和出現(xiàn)的位置，在開發(fā)和調(diào)試階段都得使用printStackTrace

示例：

@Test
public void test1(){
	FileInputStream fis = null;
	try{
		File file = new File("xxx.txt");
		fis = new FileInputStream(file); //FileNotFoundException
		int b = fis.read(); //IOException
		while(b != -1){
			System.out.print((char)b);
			b = fis.read(); //IOException
		}
	}catch(IOException e){
		e.printStackTrace();
	}finally{
		try {
			if(fis != null)
				fis.close(); //IOException
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}	
	}
}

如果多個catch分支的異常處理代碼一致，在JDK1.7之后還支持以下寫法：

try{
可能發(fā)生異常的代碼
}catch(異常類型1 | 異常類型2 e){
處理異常的代碼1
}catch(異常類型3 e){
處理異常的代碼2
}
....

最后，這些異常都是運行時異常類或它的子類，這些異常類的特點是即使沒有使用try-catch，Java也能捕獲并且編譯通過。如果拋出的異常是IOException等類型的非運行時異常，則必須捕獲，否則編譯錯誤，所以必須處理編譯時異常，將異常進行捕獲轉(zhuǎn)化為運行時異常。

聲明拋出異常類型

如果一個方法可能生成某種異常，但并不能確定如何處理這種異常，則此方法應(yīng)顯示的聲明拋出異常，表明該方法將不對這些異常進行處理，而由該方法的調(diào)用者負責(zé)處理。在方法聲明中用throws語句可以聲明拋出異常的列表，throws后面的異常類型可以是方法中產(chǎn)生的異常類型，也可以是它的父類。

throws聲明異常格式如下：

修飾符返回值類型方法名(參數(shù)) throws 異常類名1,異常類名2…{ }

在throws后面可以寫多個異常類型，用逗號隔開。

示例：

public void readFile(String file)  throws FileNotFoundException {
	...
	//讀文件的操作可能產(chǎn)生FileNotFoundException類型的異常
	FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
	...
}

throws編譯時異常：

如果在編寫方法體代碼時，某代碼可能發(fā)生某個編譯時異常，不處理編譯不通過，但在當(dāng)前方法體中可能不適合處理或無法給出合理的處理方式，就可以通過throws在方法簽名中聲明該方法可能會發(fā)生異常，需要調(diào)用者處理。

示例：

public class TestThrowsCheckedException {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("xxxxxx");
        try {
            afterClass(); //換到這里處理異常
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("XXXXXX");
        }
        System.out.println("......");
    }
    public static void afterClass() throws InterruptedException {
        for(int i=10; i>=1; i--){
            Thread.sleep(1000); //本來應(yīng)該在這里處理異常
            System.out.println("xxxxxx" + i);
        }
    }
}

throws運行時異常：

throws后面也可以寫運行時異常類型，只是運行時異常類型寫或不寫對于編譯器和程序執(zhí)行來說都沒有任何區(qū)別，如果寫了，唯一的區(qū)別就是調(diào)用者調(diào)用該方法后使用try-catch結(jié)構(gòu)時，idea可以獲得更多的信息，需要添加哪種catch分支。

示例：

import java.util.InputMismatchException;
import java.util.Scanner;
public class TestThrowsRuntimeException {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        try {
            System.out.print("請輸入第一個整數(shù)：");
            int a = input.nextInt();
            System.out.print("請輸入第二個整數(shù)：");
            int b = input.nextInt();
            int result = divide(a,b);
            System.out.println(a + "/" + b +"=" + result);
        } catch (ArithmeticException | InputMismatchException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            input.close();
        }
    }
    public static int divide(int a, int b)throws ArithmeticException{
        return a/b;
    }
}

方法重寫對于throws的要求：

方法重寫時，對于方法簽名是有嚴(yán)格要求的，比如：

方法名必須相同
形參列表必須相同
返回值類型：基本數(shù)據(jù)類型和void必須相同；引用數(shù)據(jù)類型要<=
權(quán)限修飾符：>=，而且要求父類被重寫方法在子類中是可見的
不能是static、final修飾的方法

此外，對于throws異常列表要求：

如果父類被重寫方法的方法簽名后沒有throws編譯時異常類型，那么重寫方法時，方法簽名后面也不能出現(xiàn)throws編譯時異常類型
如果父類被重寫方法的方法簽名后面有throws 編譯時異常類型，那么重寫方法時throws的編譯時異常類型必須<=被重寫方法throws的編譯時異常類型，或者不throws編譯時異常
方法重寫對于throws 運行時異常類型沒有要求

示例：

import java.io.IOException;
class Father{
    public void method()throws Exception{
        System.out.println("Father.method");
    }
}
class Son extends Father{
    @Override
    public void method() throws IOException,ClassCastException {
        System.out.println("Son.method");
    }
}

手動拋出異常對象：throw

Java中異常對象的生成有兩種方式：

由虛擬機自動生成：程序運行過程中，虛擬機檢測到程序發(fā)生了問題，針對當(dāng)前代碼就會在后臺自動創(chuàng)建一個對應(yīng)異常類的實例對象并拋出
由開發(fā)人員手動創(chuàng)建：new 異常類型([實參列表])，如果創(chuàng)建好的異常對象不拋出對程序沒有任何影響，和創(chuàng)建一個普通對象一樣，但一旦throw拋出，就會對程序運行產(chǎn)生影響了

語法格式

使用格式如下：

throw new 異常類名(參數(shù));

throw語句拋出的異常對象和JVM自動創(chuàng)建和拋出的異常對象一樣：

如果是編譯時異常類型的對象，同樣需要使用throws或try-catch處理，否則編譯不通過
如果是運行時異常類型的對象，編譯器不提示
可以拋出的異常必須是Throwable或其子類的實例

//編譯時會產(chǎn)生語法錯誤
throw new String("want to throw");

注意事項

無論是編譯時異常類型的對象還是運行時異常類型的對象，如果沒有被try-catch合理的處理，都會導(dǎo)致程序的崩潰。

throw語句會導(dǎo)致程序執(zhí)行流程被改變，throw語句是明確拋出一個異常對象，因此它下面的代碼將不會執(zhí)行。

如果當(dāng)前方法沒有try-catch處理這個異常對象，throw語句就會代替return語句提前終止當(dāng)前方法的執(zhí)行，并返回一個異常對象給調(diào)用者。

示例：

public class TestThrow {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            System.out.println(max(4,2,31,1));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            System.out.println(max(4));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            System.out.println(max());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static int max(int... nums){
        if(nums == null || nums.length==0){
            throw new IllegalArgumentException("沒有傳入任何整數(shù)，無法獲取最大值");
        }
        int max = nums[0];
        for (int i = 1; i < nums.length; i++) {
            if(nums[i] > max){
                max = nums[i];
            }
        }
        return max;
    }
}

自定義異常

為什么需要自定義異常類

Java中不同的異常類分別表示著某一種具體的異常情況，那么在開發(fā)中總是有些異常情況是核心類庫中沒有定義好的，此時就需要根據(jù)自己的業(yè)務(wù)異常情況來定義異常類。

如何自定義異常類

要繼承一個異常類型。

自定義一個編譯時異常類型：自定義類繼承java.lang.Exception
自定義一個運行時異常類型：自定義類繼承java.lang.RuntimeException

建議提供至少兩個構(gòu)造器，一個是無參構(gòu)造器一個是(String message)構(gòu)造器。

自定義異常需要提供serialVersionUID。

注意：

自定義的異常只能通過throw拋出。

自定義異常最重要的是異常類的名字和message屬性，當(dāng)異常出現(xiàn)時可以根據(jù)名字判斷異常類型。

自定義異常對象只能手動拋出，拋出后由try-catch處理，也可以甩鍋throws給調(diào)用者處理。

示例：

//自定義異常類
class MyException extends Exception {
    static final long serialVersionUID = 23423423435L;
    private int idnumber;
    public MyException(String message, int id) {
        super(message);
        this.idnumber = id;
    }
    public int getId() {
        return idnumber;
    }
}
//測試
public class MyExpTest {
    public void regist(int num) throws MyException {
        if (num < 0)
            throw new MyException("人數(shù)為負值，不合理", 3);
        else
            System.out.println("登記人數(shù)" + num);
    }
    public void manager() {
        try {
            regist(100);
        } catch (MyException e) {
            System.out.print("登記失敗，出錯種類" + e.getId());
        }
        System.out.print("本次登記操作結(jié)束");
    }
    public static void main(String args[]) {
        MyExpTest t = new MyExpTest();
        t.manager();
    }
}