Java異常處理

異常(或異常事件)是在執行程序期間出現的問題。 當發生異常時,程序的正常流程被中斷並且程序/應用程序異常終止,這是對於用戶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。

  • 用戶輸入了無效數據。
  • 找不到需要打開的文件。
  • 在通信過程中丟失了網絡連接,或者JVM內存不足。

有一些異常是由用戶錯誤引起的,也有一些異常是由程序員錯誤引起的,或者是由以某種物理資源引起的。

基於這三類異常,您需要了解它們以瞭解在Java中異常處理工作原理。

  • 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,這些異常也稱爲編譯時異常。這些異常不能簡單地忽略,程序員應該編寫代碼來處理這些異常。
    例如,如果在程序中使用FileReader類從文件中讀取數據,如果其構造函數中指定的文件不存在,則會發生FileNotFoundException異常,並且編譯器會提示程序員處理異常。示例代碼 -
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); 
   }
}

如果編譯上述程序,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

注 - 由於FileReader類的read()close()方法拋出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。這些也稱爲運行時異常。 這些包括編程錯誤,例如邏輯錯誤或API的不當使用,編譯時忽略運行時異常。
    例如,如果在程序中聲明瞭一個大小爲5的數組,但是卻要訪問數組的第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]);// 訪問第6個元素
     }
    }

    如果編譯並執行上述程序,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,它是超出用戶或程序員控制的問題。 代碼中通常會忽略錯誤,因爲很少對錯誤做任何事情。 例如,如果發生堆棧溢出,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類的子類型。 Exception類是Throwable類的子類。 除了Exception類之外,還有另一個名稱爲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程序不處理這些情況。 生成錯誤以指示運行時環境生成的錯誤。例如:JVM內存不足。 通常,程序無法從錯誤中恢復。

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

Java異常層次結構

以下是最常見的已檢查和未檢查的Java內置異常類列表。

2. 異常方法

以下是Throwable類中可用的方法列表。

編號

方法

異常

1

public String getMessage()

返回有關已發生的異常的詳細消息,此消息在Throwable構造函數中初始化。

2

public Throwable getCause()

返回由Throwable對象表示的異常的原因。

3

public String toString()

返回與getMessage()結果連接的類名稱。

4

public void printStackTrace()

toString()的結果與堆棧跟蹤一起打印到System.err(錯誤輸出流)。

5

public StackTraceElement [] getStackTrace()

返回包含堆棧跟蹤上每個元素的數組。 索引0處的元素表示調用堆棧的頂部,而數組中的最後一個元素表示調用堆棧底部的方法。

6

public Throwable fillInStackTrace()

使用當前堆棧跟蹤填充此Throwable對象的堆棧跟蹤,添加堆棧跟蹤中的任何先前信息。

3. 捕捉異常

在方法中可使用trycatch關鍵字的組合捕獲異常。try/catch塊放在可能生成異常的代碼周圍。try/catch塊中的代碼稱爲受保護代碼,使用try/catch的語法如下所示 -

語法

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

將容易出現異常的代碼放在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語句涉及聲明嘗試捕獲的異常類型。 如果受保護代碼中發生異常,則會檢查try之後的catch塊(或多個塊)。如果發生的異常類型列在catch塊中,則異常將傳遞給catch塊,就像將參數傳遞給方法參數一樣。

示例

以下是使用2個元素聲明的數組,然後嘗試訪問引發異常的數組的第3個元素。

// 文件 : 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");
   }
}

執行上面示例代碼,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。 如果受保護代碼中發生異常,則會將異常拋出到列表中的第一個catch塊。 如果拋出的異常的數據類型與ExceptionType1匹配,則會在那裏捕獲它。 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,異常將被拋到調用堆棧上的前一個方法。

示例

以下是顯示如何使用多個try/catch語句的代碼段。

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;
}

捕獲多種類型的例外
從Java 7開始,可以使用單個catch塊處理多個異常,此功能簡化了代碼。 下面是應用示例 -

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關鍵字聲明它。 throws關鍵字應放置在方法簽名的末尾。

可以使用throw關鍵字拋出異常,可以是新實例化的異常,也可以是剛捕獲的異常。

throwsthrow關鍵字之間的區別是,throws用於推遲對已檢查異常的處理,throw用於顯式調用異常。

以下方法聲明它拋出RemoteException -

import java.io.*;
public class className {

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

可以將方法聲明爲拋出多個異常,在這種情況下,異常在以逗號分隔的列表中聲明。 例如,以下方法聲明它拋出RemoteExceptionInsufficientFundsException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。無論受保護的代碼塊是否發生異常,最終都會執行finally塊中的代碼。

使用finally塊運行要執行的任何清理類型語句,無論受保護代碼中發生什麼。

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.
}

示例

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");
      }
   }
}

執行上面示例代碼,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。
  • trycatchfinally塊之間不能出現任何代碼。

7. try-with-resources

通常,當使用流,連接等任何資源時,要使用finally塊顯式關閉它們。 在下面的程序中使用FileReader從文件中讀取數據,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,也稱爲自動資源管理,是Java 7中引入的一種新的異常處理機制,它自動關閉try/catch塊中使用的資源。

要使用此語句,只需在括號內聲明所需的資源,創建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語句讀取文件中數據的程序。

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接口,並且它的close()方法在運行時自動調用。
  • 可以在try-with-resources語句中聲明多個類。
  • 當在try-with-resources語句的try塊中聲明多個類時,這些類將以相反的順序關閉。
  • 除括號內的資源聲明外,其它都與try塊的普通try/catch塊相同。
  • try中聲明的資源在try-block開始之前實例化。
  • try塊聲明的資源被隱式聲明爲final

8. 用戶定義的異常

可以在Java中創建自己的異常。 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聲明規則自動強制執行的已檢查異常,則需要擴展Exception類。
  • 如果要編寫運行時異常,則需要擴展RuntimeException類。

可以定義自己的Exception類,如下所示 -

class MyException extends Exception {
}

只需要擴展預定義的Exception類來創建自己的Exception類。 這些都是經過檢查的異常。 以下InsufficientFundsException類是一個用戶定義的異常,它擴展了Exception類,使其成爲一個已檢查的異常。異常類與任何其他類一樣,包含有用的字段和方法。

示例

// 文件: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;
   }
}

爲了演示如何使用用戶定義的異常,以下CheckingAccount類的withdraw()方法中包含拋出InsufficientFundsException

// 文件名稱: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程序演示瞭如何調用CheckingAccount類的deposit()withdraw()方法。

// 文件: 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();
      }
   }
}

執行上面示例代碼,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獨佔或邏輯拋出的異常/錯誤。 示例:NullPointerExceptionArrayIndexOutOfBoundsExceptionClassCastException
  • 程序化異常 - 應用程序或API程序員明確拋出這些異常。 示例:IllegalArgumentExceptionIllegalStateException
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