深入理解 Java 异常
深入理解 Java 异常
异常框架
Throwable
Throwable
是 Java 语言中所有错误(Error
)和异常(Exception
)的超类。在 Java 中只有 Throwable
类型的实例才可以被抛出(throw
)或者捕获(catch
),它是异常处理机制的基本组成类型。
Throwable
包含了其线程创建时线程执行堆栈的快照,它提供了 printStackTrace()
等接口用于获取堆栈跟踪数据等信息。
主要方法:
fillInStackTrace
- 用当前的调用栈层次填充Throwable
对象栈层次,添加到栈层次任何先前信息中。getMessage
- 返回关于发生的异常的详细信息。这个消息在Throwable
类的构造函数中初始化了。getCause
- 返回一个Throwable
对象代表异常原因。getStackTrace
- 返回一个包含堆栈层次的数组。下标为 0 的元素代表栈顶,最后一个元素代表方法调用堆栈的栈底。printStackTrace
- 打印toString()
结果和栈层次到System.err
,即错误输出流。toString
- 使用getMessage
的结果返回代表Throwable
对象的字符串。
Error
Error
是 Throwable
的一个子类。**Error
表示正常情况下,不大可能出现的严重问题。编译器不会检查 Error
**。绝大部分的 Error 都会导致程序(比如 JVM 自身)处于非正常的、不可恢复状态。既然是非正常情况,所以不便于也不需要捕获,常见的比如 OutOfMemoryError 之类,都是 Error 的子类。
常见 Error
:
AssertionError
- 断言错误。VirtualMachineError
- 虚拟机错误。UnsupportedClassVersionError
- Java 类版本错误。StackOverflowError
- 栈溢出错误。OutOfMemoryError
- 内存溢出错误。
Exception
Exception
是 Throwable
的一个子类。**Exception
表示合理的应用程序可能想要捕获的条件。**Exception 是程序正常运行中,可以预料的意外情况,可能并且应该被捕获,进行相应处理。
Exception 又分为可检查(checked)异常和不检查(unchecked)异常,可检查异常在源代码里必须显式地进行捕获处理,这是编译期检查的一部分。
编译器会检查 Exception
异常。此类异常,要么通过 throws
进行声明抛出,要么通过 try catch
进行捕获处理,否则不能通过编译。
常见 Exception
:
ClassNotFoundException
- 应用程序试图加载类时,找不到相应的类,抛出该异常。CloneNotSupportedException
- 当调用 Object 类中的 clone 方法克隆对象,但该对象的类无法实现 Cloneable 接口时,抛出该异常。IllegalAccessException
- 拒绝访问一个类的时候,抛出该异常。InstantiationException
- 当试图使用 Class 类中的 newInstance 方法创建一个类的实例,而指定的类对象因为是一个接口或是一个抽象类而无法实例化时,抛出该异常。InterruptedException
- 一个线程被另一个线程中断,抛出该异常。NoSuchFieldException
- 请求的变量不存在。NoSuchMethodException
- 请求的方法不存在。
【示例】Exception
示例
1 | public class ExceptionDemo { |
试图编译运行时会报错:
1 | Error:(7, 47) java: 未报告的异常错误java.lang.NoSuchMethodException; 必须对其进行捕获或声明以便抛出 |
RuntimeException
RuntimeException
是 Exception
的一个子类。RuntimeException
是那些可能在 Java 虚拟机正常运行期间抛出的异常的超类。
编译器不会检查 RuntimeException
异常。当程序中可能出现这类异常时,倘若既没有通过 throws
声明抛出它,也没有用 try catch
语句捕获它,程序还是会编译通过。
【示例】RuntimeException
示例
1 | public class RuntimeExceptionDemo { |
运行时输出:
1 | Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero |
常见 RuntimeException
:
ArrayIndexOutOfBoundsException
- 用非法索引访问数组时抛出的异常。如果索引为负或大于等于数组大小,则该索引为非法索引。ArrayStoreException
- 试图将错误类型的对象存储到一个对象数组时抛出的异常。ClassCastException
- 当试图将对象强制转换为不是实例的子类时,抛出该异常。IllegalArgumentException
- 抛出的异常表明向方法传递了一个不合法或不正确的参数。IllegalMonitorStateException
- 抛出的异常表明某一线程已经试图等待对象的监视器,或者试图通知其他正在等待对象的监视器而本身没有指定监视器的线程。IllegalStateException
- 在非法或不适当的时间调用方法时产生的信号。换句话说,即 Java 环境或 Java 应用程序没有处于请求操作所要求的适当状态下。IllegalThreadStateException
- 线程没有处于请求操作所要求的适当状态时抛出的异常。IndexOutOfBoundsException
- 指示某排序索引(例如对数组、字符串或向量的排序)超出范围时抛出。NegativeArraySizeException
- 如果应用程序试图创建大小为负的数组,则抛出该异常。NullPointerException
- 当应用程序试图在需要对象的地方使用 null 时,抛出该异常NumberFormatException
- 当应用程序试图将字符串转换成一种数值类型,但该字符串不能转换为适当格式时,抛出该异常。SecurityException
- 由安全管理器抛出的异常,指示存在安全侵犯。StringIndexOutOfBoundsException
- 此异常由 String 方法抛出,指示索引或者为负,或者超出字符串的大小。UnsupportedOperationException
- 当不支持请求的操作时,抛出该异常。
自定义异常
自定义一个异常类,只需要继承 Exception
或 RuntimeException
即可。
【示例】自定义异常示例
1 | public class MyExceptionDemo { |
输出:
1 | Exception in thread "main" io.github.dunwu.javacore.exception.MyExceptionDemo$MyException: 自定义异常 |
抛出异常
如果想在程序中明确地抛出异常,需要用到 throw
和 throws
。
如果一个方法没有捕获一个检查性异常,那么该方法必须使用 throws
关键字来声明。throws
关键字放在方法签名的尾部。
【示例】throw
示例
1 | public class ThrowDemo { |
输出:
1 | java.lang.RuntimeException: 抛出一个异常 |
也可以使用 throw
关键字抛出一个异常,无论它是新实例化的还是刚捕获到的。
【示例】throws
示例
1 | public class ThrowsDemo { |
输出:
1 | // 反射获取 digits 方法成功 |
throw
和 throws
的区别:
throws
使用在函数上,throw
使用在函数内。throws
后面跟异常类,可以跟多个,用逗号区别;throw
后面跟的是异常对象。
捕获异常
使用 try 和 catch 关键字可以捕获异常。try catch
代码块放在异常可能发生的地方。
它的语法形式如下:
1 | try { |
此外,JDK7 以后,catch
多种异常时,也可以像下面这样简化代码:
1 | try { |
try
、catch
、finally
使用要点如下:
try
-try
语句用于监听。将要被监听的代码(可能抛出异常的代码)放在try
语句块之内,当try
语句块内发生异常时,异常就被抛出。catch
-catch
语句包含要捕获异常类型的声明。当保护代码块中发生一个异常时,try
后面的catch
块就会被检查。finally
-finally
语句块总是会被执行,无论是否出现异常。try catch
语句后不一定非要finally
语句。finally
常用于这样的场景:由于finally
语句块总是会被执行,所以那些在try
代码块中打开的,并且必须回收的物理资源(如数据库连接、网络连接和文件),一般会放在finally
语句块中释放资源。try
、catch
、finally
三个代码块中的局部变量不可共享使用。catch
块尝试捕获异常时,是按照catch
块的声明顺序依次寻找的,一旦匹配,就不会再向下执行。因此,如果同一个try
块下的多个catch
异常类型有父子关系,应该将子类异常放在前面,父类异常放在后面。
【示例】try
、catch
、finally
使用示例
1 | public class TryCatchFinallyDemo { |
运行时输出:
1 | // 出现异常了:java.lang.ArithmeticException: / by zero |
异常链
异常链是以一个异常对象为参数构造新的异常对象,新的异常对象将包含先前异常的信息。
通过使用异常链,我们可以提高代码的可理解性、系统的可维护性和友好性。
我们有两种方式处理异常,一是 throws
抛出交给上级处理,二是 try…catch
做具体处理。try…catch
的 catch
块我们可以不需要做任何处理,仅仅只用 throw 这个关键字将我们封装异常信息主动抛出来。然后在通过关键字 throws
继续抛出该方法异常。它的上层也可以做这样的处理,以此类推就会产生一条由异常构成的异常链。
【示例】异常链示例
1 | public class ExceptionChainDemo { |
输出:
1 | Exception in thread "main" io.github.dunwu.javacore.exception.ExceptionChainDemo$MyException2: 出现 MyException2 |
扩展阅读:https://juejin.im/post/5b6d61e55188251b38129f9a#heading-10
这篇文章中对于异常链讲解比较详细。
异常注意事项
finally 覆盖异常
Java 异常处理中 finally
中的 return
会覆盖 catch
代码块中的 return
语句和 throw
语句,所以不建议在 finally
中使用 return
语句。
此外 finally
中的 throw
语句也会覆盖 catch
代码块中的 return
语句和 throw
语句。
【示例】finally
覆盖示例
1 | public class FinallyOverrideExceptionDemo { |
覆盖抛出异常的方法
当子类重写父类带有 throws
声明的函数时,其 throws
声明的异常必须在父类异常的可控范围内;用于处理父类的 throws
方法的异常处理器,必须也适用于子类的这个带 throws
方法——这是为了支持多态。
【示例】覆盖抛出异常示例
1 | public class ExceptionOverrideDemo { |
上面的示例编译时会报错,原因在于:
因为 Son 类抛出异常的实质是
SQLException
,而IOException
无法处理它。那么这里的 try catch 就不能处理 Son 中的异常了。多态就不能实现了。
异常和线程
如果 Java 程序只有一个线程,那么没有被任何代码处理的异常会导致程序终止。如果 Java 程序是多线程的,那么没有被任何代码处理的异常仅仅会导致异常所在的线程结束。
最佳实践
- 对可恢复的情况使用检查性异常
Exception
;对编程错误使用运行时异常RuntimeException
。 - 优先使用 Java 标准的异常。
- 抛出与抽象相对应的异常。
- 在细节消息中包含能捕获失败的信息。
- 尽可能减少 try 代码块的大小。
- 尽量缩小异常范围。例如,如果明知尝试捕获的是一个
ArithmeticException
,就应该catch
ArithmeticException
,而不是catch
范围较大的RuntimeException
,甚至是Exception
。 - 尽量不要在
finally
块抛出异常或者返回值。 - 不要忽略异常,一旦捕获异常,就应该处理,而非丢弃。
- 异常处理效率很低,所以不要用异常进行业务逻辑处理。
- 各类异常必须要有单独的日志记录,将异常分级,分类管理,因为有的时候仅仅想给第三方运维看到逻辑异常,而不是更细节的信息。如何对异常进行分类:
- 逻辑异常 - 这类异常用于描述业务无法按照预期的情况处理下去,属于用户制造的意外。
- 代码错误 - 这类异常用于描述开发的代码错误,例如 NPE,ILLARG,都属于程序员制造的 BUG。
- 专有异常 - 多用于特定业务场景,用于描述指定作业出现意外情况无法预先处理。
扩展阅读: