Java 异常处理

Java 中的异常处理是一种强大的机制，用于处理运行时错误，从而可以维持应用程序的正常流程。

在本节中，我们将学习 Java 异常、其类型以及已检查异常和未检查异常之间的区别。

Java 中的异常是什么？

在 Java 中，异常是在程序执行期间发生的事件，它会中断指令的正常流程。这些异常可能由于各种原因发生，例如无效的用户输入、找不到文件或除以零。当发生异常时，通常由 `java.lang.Exception` 类的一个子类对象表示。

什么是异常处理？

异常处理是一种处理运行时错误（如 `ClassNotFoundException`、`IOException`、`SQLException`、`RemoteException` 等）的机制。

异常处理的优势

异常处理的核心优势在于维持应用程序的正常流程。异常通常会中断应用程序的正常流程；这就是为什么我们需要处理异常。让我们考虑一个场景

假设一个 Java 程序有 10 条语句，并且在第 5 条语句处发生了一个异常；其余代码将不会执行，即第 6 到 10 条语句将不会执行。但是，当我们执行异常处理时，其余的语句将执行。这就是为什么我们在 Java 中使用异常处理。

Java 异常类层次结构

`java.lang.Throwable` 类是 Java 异常层次结构中由 `Exception` 和 `Error` 两个子类继承的根类。Java 异常类的层次结构如下所示

Java 异常的类型

在 Java 中，异常分为两种主要类型：已检查异常和未检查异常。此外，还有第三种称为错误的类别。让我们深入了解这些类型

1. 已检查异常
2. 未检查异常
3. Error

1. 已检查异常

已检查异常是在编译时检查的异常。这意味着编译器会验证代码是否通过捕获它们或使用 `throws` 关键字在方法签名中声明它们来处理这些异常。已检查异常的示例包括

IOException: 当输入/输出操作失败时，例如从文件读取或写入文件时，会抛出异常。

SQLException: 访问数据库时发生错误时会抛出此异常。

ParseException: 表示在将字符串解析为其他数据类型（例如解析日期）时出现问题。

ClassNotFoundException: 当应用程序尝试通过其字符串名称（使用 `Class.forName()` 等方法）加载类时，但找不到具有指定名称的类（在类路径中）时，会抛出此异常。

2. 未检查异常 (运行时异常)

未检查异常，也称为运行时异常，在编译时不会进行检查。这些异常通常是由于编程错误引起的，例如代码中的逻辑错误或不正确的假设。它们不需要在方法签名中使用 `throws` 关键字声明，因此处理它们是可选的。未检查异常的示例包括

NullPointerException: 当尝试在为 null 的对象引用上访问或调用方法时，会抛出此异常。

ArrayIndexOutOfBoundsException: 当我们尝试使用无效索引访问数组元素时，会发生此异常。

ArithmeticException: 算术运算失败时（例如除以零）会抛出此异常。

IllegalArgumentException: 表示方法收到了非法或不恰当的参数。

3. 错误

错误表示在正常情况下不应捕获的异常情况。它们通常是由应用程序无法控制的问题引起的，例如系统故障或资源耗尽。应用程序代码不应捕获或处理错误。错误的示例包括

OutOfMemoryError: 当 Java 虚拟机 (JVM) 无法为应用程序分配足够的内存时，会发生此错误。

StackOverflowError: 由于过度递归导致栈内存耗尽时，会抛出此错误。

NoClassDefFoundError: 表示 JVM 找不到在编译时可用的类的定义。

理解 Java 中不同类型的异常对于编写健壮可靠的代码至关重要。通过适当地处理异常，可以提高应用程序的弹性并提供更好的用户体验。异常处理层次结构

Java 异常关键字

Java 提供了五个用于处理异常的关键字。下表描述了每个关键字。

Java 异常处理示例

让我们来看一个 Java 异常处理的示例，其中我们使用 try-catch 语句来处理异常。

输出

Exception in thread main java.lang.ArithmeticException:/ by zero
rest of the code...

在上面的示例中，100/0 会引发一个 `ArithmeticException`，它由 try-catch 块处理。

try-catch 块

Java 中处理异常的主要机制之一是 try-catch 块。try 块包含可能抛出异常的代码，catch 块用于在异常发生时处理该异常。这是一个基本示例

处理多个异常

您可以通过提供多个 catch 块来处理多种类型的异常，每个块捕获不同类型的异常。这允许您根据抛出的具体异常类型来定制异常处理逻辑。这是一个示例

finally 块

除了 try 和 catch 之外，Java 还提供了 finally 块，它允许您执行清理代码（例如关闭资源），无论是否发生异常。finally 块通常用于释放在 try 块中获取的资源。这是一个示例

Java 异常的常见场景

以下是一些可能发生未检查异常的场景。它们如下

1) 发生 ArithmeticException 的场景

如果我们用零除任何数字，就会发生 `ArithmeticException`。

这是一个简单的 Java 代码示例，其中发生 `ArithmeticException`

输出

Error: Division by zero is not allowed.

说明

我们有一个 `main()` 方法，其中我们尝试执行除以零的操作，这在算术中是不允许的。

在 try 块内部，我们执行除法运算 `dividend / divisor`，其中 `divisor` 的值为 0。

当发生除以零的情况时，会抛出 `ArithmeticException`。我们使用专门用于 `ArithmeticException` 的 catch 块来捕获此异常。

在 catch 块中，我们通过打印错误消息来处理异常，表明不允许除以零。如果需要，可以在此处添加其他错误处理逻辑。

2) 发生 NullPointerException 的场景

如果任何变量的值为 null，则对该变量执行任何操作都会抛出 `NullPointerException`。

这是一个 Java 代码示例，其中发生 `NullPointerException`

输出

Error: Null reference encountered.

说明

我们有一个 `main()` 方法，其中我们将 String 变量 `str` 初始化为 null。

在 try 块内部，我们尝试在 `str` 引用上调用 `length()` 方法，该引用为 null。

当尝试在 null 引用上调用方法时，会抛出 `NullPointerException`。

我们使用专门用于 `NullPointerException` 的 catch 块来捕获此异常。

在 catch 块中，我们通过打印错误消息来处理异常，表明遇到了 null 引用。如果需要，可以在此处添加其他错误处理逻辑。

3) 发生 NumberFormatException 的场景

如果任何变量或数字的格式不匹配，可能会导致 `NumberFormatException`。假设我们有一个包含字符的字符串变量；将此变量转换为数字将导致 `NumberFormatException`。

这是一个 Java 代码示例，其中发生 `NumberFormatException`

输出

Error: Unable to parse the string as an integer.

说明

我们有一个 `main()` 方法，其中我们将 String 变量 `str` 初始化为非数字字符。

在 try 块内部，我们尝试使用 `Integer.parseInt()` 方法将字符串 `str` 解析为整数。

由于字符串包含非数字字符，因此解析操作会抛出 `NumberFormatException`。

我们使用专门用于 `NumberFormatException` 的 catch 块来捕获此异常。

在 catch 块中，我们通过打印错误消息来处理异常，表明该字符串无法解析为整数。如果需要，可以在此处添加其他错误处理逻辑。

4) 发生 ArrayIndexOutOfBoundsException 的场景

当数组超出其大小时，会发生 `ArrayIndexOutOfBoundsException`。可能还有其他原因导致 `ArrayIndexOutOfBoundsException`。考虑以下语句。

这是一个 Java 代码示例，其中发生 `ArrayIndexOutOfBoundsException`

输出

Error: Index is out of bounds.

说明

我们有一个 `main()` 方法，其中我们将数组 `numbers` 初始化为 5 个元素。

在 try 块内部，我们尝试访问索引 10 处的元素，该索引超出了数组 `numbers` 的范围。

由于索引超出了范围，因此会抛出 `ArrayIndexOutOfBoundsException`。

我们使用专门用于 `ArrayIndexOutOfBoundsException` 的 catch 块来捕获此异常。

在 catch 块中，我们通过打印错误消息来处理异常，表明索引超出了范围。如果需要，可以在此处添加其他错误处理逻辑。

异常处理最佳实践

捕获特定异常： 尽可能捕获特定异常，而不是捕获通用的 `Exception` 对象。这有助于提供更精确的错误处理，并使代码更易于理解和维护。

保持异常处理简单： 避免过于复杂的异常处理逻辑。保持 catch 块简洁，并专注于处理它们设计的特定异常。复杂的异常处理逻辑可能会使代码难以调试和维护。

记录异常： 处理异常时，请务必记录异常或错误消息。这有助于在生产环境中进行故障排除和诊断问题。

适当地抛出异常： 在必要时抛出异常，但要避免过度使用已检查异常。已检查异常应用于调用者可以合理预期处理的异常情况。

使用自定义异常： 为应用程序中的特定错误情况创建自定义异常类。这有助于提供有意义的错误消息，并使代码更具自我文档化。

结论

异常处理是 Java 编程的一个基本方面。通过遵循最佳实践和采用有效的异常处理策略，您可以编写更健壮、可维护的 Java 应用程序。请记住捕获特定异常、保持异常处理简单、记录异常以进行调试、适当地抛出异常以及在需要时使用自定义异常。掌握异常处理将帮助您构建更可靠的软件，该软件能够优雅地处理错误和异常。

Java 异常处理选择题

1. 如果一个方法抛出了一个它没有声明的已检查异常，会发生什么？

1. 编译错误
2. 运行时错误
3. 程序在没有任何错误的情况下终止
4. 该方法会自动捕获异常

2. 关于 finally 块，以下哪项是正确的？

1. 无论是否抛出异常，它总是在 try 块之后执行。
2. 仅当发生异常时才执行。
3. 它必须跟在 catch 块后面。
4. 仅当未发生异常时才执行。

3. NullPointerException 是什么类型的异常？

1. 已检查异常
2. 未检查异常
3. Error
4. 以上都不是

4. 关于自定义异常，以下哪项陈述是正确的？

1. 自定义异常不能继承自其他异常。
2. 自定义异常必须继承自 Throwable 类。
3. 自定义异常必须继承自 Exception 或其子类。
4. 自定义异常只能是未检查异常。

5. Java 中的异常传播是什么？

1. 创建和抛出自定义异常的过程
2. 在单个 try-catch 块中处理多个异常的过程
3. 将异常从一个方法传递到其调用方法的进程
4. 在嵌套的 try-catch 块中捕获和处理异常的过程