Java异常基础

一、什么是异常

定义
- 在Java中，异常是在程序执行期间发生的事件，它中断了指令的正常流程。异常可以是由程序本身产生的错误，例如除以零的操作，也可以是由外部因素引起的，比如试图读取一个不存在的文件。
异常类层次结构
- 在Java中，所有的异常类都继承自java.lang.Throwable类。Throwable类有两个重要的子类：Exception和Error。
- Exception类：表示程序本身可以处理的异常情况。例如FileNotFoundException（当试图打开一个不存在的文件时抛出）、ArithmeticException（进行非法的算术运算，如除以零）等。
- Error类：表示严重的错误，通常是由Java虚拟机（JVM）内部错误或者资源耗尽等严重问题导致的，程序通常无法处理这些错误。例如OutOfMemoryError。

一、常见的Exception类及对应的异常情况

ArithmeticException（算术异常）
- 异常情况：发生在进行非法的算术运算时，如除以零。
- 示例用法：

try {int num1 = 10;int num2 = 0;int result = num1/num2;
} catch (ArithmeticException e) {System.out.println("算术运算错误：" + e.getMessage());
}

ArrayIndexOutOfBoundsException（数组下标越界异常）
- 异常情况：当访问数组元素时使用了超出数组范围的下标。
- 示例用法：

try {int[] arr = {1, 2, 3};int element = arr[3];
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {System.out.println("数组下标越界：" + e.getMessage());
}

NullPointerException（空指针异常）
- 异常情况：当试图访问一个空对象的成员（如方法或变量）时发生。
- 示例用法：

try {String str = null;int length = str.length();
} catch (NullPointerException e) {System.out.println("空指针异常：" + e.getMessage());
}

FileNotFoundException（文件未找到异常）
- 异常情况：当试图打开一个不存在的文件时抛出。
- 示例用法（假设读取文件操作）：

import java.io.File;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;try {File file = new File("nonexistent.txt");FileReader reader = new FileReader(file);
} catch (FileNotFoundException e) {System.out.println("文件未找到：" + e.getMessage());
} catch (IOException e) {// 捕获其他可能的I/O异常System.out.println("I/O异常：" + e.getMessage());
}

NumberFormatException（数字格式异常）
- 异常情况：当试图将一个不符合数字格式的字符串转换为数字类型（如Integer.parseInt或Double.parseDouble）时发生。
- 示例用法：

try {String numStr = "abc";int num = Integer.parseInt(numStr);
} catch (NumberFormatException e) {System.out.println("数字格式异常：" + e.getMessage());
}

二、如何确定要写什么异常处理

分析代码逻辑
- 查看可能出现问题的代码操作。例如，如果有除法运算，就可能出现ArithmeticException；如果有数组访问，就可能出现ArrayIndexOutOfBoundsException。
考虑对象的状态
- 当使用对象时，如果对象可能为null，就要考虑NullPointerException。比如在使用从其他地方获取的对象引用，且没有进行null检查的情况下。
遵循Java API的文档说明
- 当使用Java类库中的方法时，查看方法的文档，了解可能抛出的异常类型。例如，FileReader的构造函数可能抛出FileNotFoundException，根据文档就可以在代码中进行相应的异常处理。

二、异常处理机制

try - catch块
- try块：包含可能会抛出异常的代码。例如：

try {int result = 10 / 0;
} catch (ArithmeticException e) {// 这里处理ArithmeticException异常System.out.println("除数不能为零：" + e.getMessage());
}

catch块：用于捕获并处理try块中抛出的异常。可以有多个catch块来捕获不同类型的异常。catch块中的参数是一个异常对象，通过这个对象可以获取异常的相关信息，如异常的消息等。

finally块
- finally块是可选的，但是如果存在，则不管try块中是否抛出异常，finally块中的代码都会被执行。例如：

try {// 可能抛出异常的代码
} catch (Exception e) {// 处理异常
} finally {// 这里的代码总是会执行，例如关闭资源（文件流、数据库连接等）
}

异常处理机制（try - catch - finally）的进一步解释

try - catch块的本质是处理异常情况
- 当我们编写代码时，有些操作可能会出错，例如访问数组元素时可能超出数组范围。在try块中，我们放置这些可能会出错的代码。当错误（异常）发生时，程序不会直接崩溃，而是会跳转到对应的catch块中。
- 例如，假设我们有一个数组int[] arr = {1, 2, 3};，如果我们不小心写成int num = arr[5];（超出了数组的索引范围），这就会产生ArrayIndexOutOfBoundsException。如果没有try - catch块，程序会因为这个错误而终止运行。但如果我们把这段代码放在try块中，像这样：

try {int[] arr = {1, 2, 3};int num = arr[5];
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {System.out.println("数组索引超出范围，请检查代码：" + e.getMessage());
}

程序就会捕获这个异常，执行catch块中的代码，然后继续执行catch块之后的其他代码，而不是直接崩溃。

finally块是资源管理的保障
- 有时候我们在try块中会打开一些资源，比如文件流或者数据库连接。无论try块中的操作是否成功（也就是无论是否抛出异常），我们都希望能够关闭这些资源，以避免资源泄漏（例如文件被占用无法删除，数据库连接过多等问题）。
- 例如，当我们打开一个文件进行读取操作时：

FileReader reader = null;
try {File file = new File("test.txt");reader = new FileReader(file);// 读取文件内容的操作
} catch (FileNotFoundException e) {System.out.println("文件未找到：" + e.getMessage());
} finally {if (reader!= null) {try {reader.close();} catch (IOException e) {System.out.println("关闭文件时出错：" + e.getMessage());}}
}

在这个例子中，即使在try块中打开文件时出现FileNotFoundException，finally块中的代码也会尝试关闭文件流（如果已经成功打开的话）。

三、抛出异常

throw关键字
- 可以使用throw关键字在方法内部主动抛出一个异常。例如：

public void divide(int a, int b) {if (b == 0) {throw new ArithmeticException("除数不能为零");}int result = a / b;
}

声明异常（throws关键字）
- 如果一个方法可能会抛出某种异常，但是不想在方法内部处理这个异常，可以使用throws关键字在方法签名中声明这个异常。例如：

public void readFile() throws FileNotFoundException {// 代码可能会抛出FileNotFoundException
}

通过合理地使用Java异常处理机制，可以提高程序的健壮性和可靠性，使程序能够更好地应对各种可能出现的错误情况。

抛出异常（throw和throws）的进一步解释

throw是主动报告错误
- 假设我们正在编写一个方法来计算两个数的除法，但是我们不希望除数为0。我们可以在方法内部使用throw来主动抛出一个异常，以表示这种错误情况。

public static int divide(int dividend, int divisor) {if (divisor == 0) {throw new ArithmeticException("除数不能为零");}return dividend / divisor;
}

这里，当divisor为0时，我们不是简单地让程序产生一个默认的错误（这可能会导致程序崩溃或者产生难以理解的结果），而是主动抛出一个明确的ArithmeticException，并且附上了错误消息“除数不能为零”。

throws是传递异常处理责任
- 考虑这样一种情况，我们有一个方法methodA调用了另一个方法methodB，而methodB可能会抛出异常。如果methodA本身不知道如何处理这个异常，它可以使用throws关键字将异常处理的责任传递给调用methodA的方法。

public static void methodB() throws FileNotFoundException {File file = new File("nonexistent.txt");FileReader reader = new FileReader(file);
}public static void methodA() throws FileNotFoundException {methodB();
}

在这个例子中，methodB可能会抛出FileNotFoundException，methodA调用methodB，但是methodA不想处理这个异常，所以它在自己的方法签名中使用throws关键字声明可能会抛出FileNotFoundException。这样，调用methodA的方法就需要处理这个异常了。

四、异常类型声明

`ArithmeticException`、`NullPointerException`、`FileNotFoundException`

类型匹配原则
- 在catch块中的ArithmeticException e、NullPointerException e、FileNotFoundException e等语句里，前面的部分（如ArithmeticException、NullPointerException、FileNotFoundException）代表的是异常类型。
- 这意味着catch块将只捕获指定类型的异常。例如，catch (ArithmeticException e)只会捕获在try块中抛出的ArithmeticException类型的异常。如果try块中抛出了其他类型的异常（如NullPointerException），这个catch块将不会捕获它。
异常类层次结构的影响
- 在Java中，异常类有层次结构。如果一个catch块声明的异常类型是某个异常类的父类，那么它可以捕获该父类及其所有子类类型的异常。
- 例如，Exception是ArithmeticException、NullPointerException、FileNotFoundException等许多异常类的父类。如果有catch (Exception e)这样的语句，它可以捕获所有这些类型的异常。但是，通常建议尽量使用具体的异常类型进行捕获，这样可以更有针对性地处理不同类型的异常。

五、异常类型名字后的变量如`ArithmeticException e中的e`

变量命名规则
- 在catch块中，(ArithmeticException e)、(NullPointerException e)或者(FileNotFoundException e)里的e只是一个变量名。这个变量名可以按照Java的变量命名规则进行修改。
- 例如，可以写成(ArithmeticException ex)或者(NullPointerException error)等。
变量的意义
- 这个变量代表捕获到的异常对象。通过这个对象，我们可以获取关于异常的各种信息，例如异常的类型（通过getClass()方法）、异常的消息（通过getMessage()方法）以及异常发生时的堆栈跟踪信息（通过printStackTrace()方法）等。
- 例如：

try {// 可能抛出异常的代码
} catch (ArithmeticException myException) {System.out.println("捕获到的异常类型：" + myException.getClass().getName());System.out.println("异常消息：" + myException.getMessage());myException.printStackTrace();
}