Java 异常的处理方式与自定义异常

一、前言

<font face = 黑体>Java 集合系列已经讲完了，接下来我们来讲异常与多线程。

• [ ] Java 基础语法；
• [ ] 面向对象和封装；
• [ ] 常用 API 第一部分；
• [ ] 继承与多态；
• [ ] 常用 API 第二部分；
• [x] 集合；
• [ ] 异常与多线程；
• [ ] File 类与 IO 流；
• [ ] 网络编程；
• [ ] JDK 8 新特性。

二、异常

2.1、异常概念

<font face = 黑体>异常指的是程序在执行过程中，出现的非正常的情况，最终会导致 JVM 的非正常停止。在 Java 等面向对象的编程语言中，异常本身是一个类，产生异常就会抛出了一个异常对象（比如说空指针异常）。Java 处理异常的方式是中断处理。

<font face = 黑体>注意：异常指的并不是代码的语法错误。

2.2、异常体系

<font face = 黑体>异常的根类是 java.lang.Throwable，其下有两个子类：java.lang.Error 与 java.lang.Exception，平常所说的异常指 java.lang.Exception。具体如下图所示：

• <font face = 黑体>Error：严重错误，无法通过处理的错误，只能事先避免。
• <font face = 黑体>Exception：表示异常，异常产生后程序员可以通过代码的方式纠正，使程序继续运行，是必须要处理的。（重点）

2.3、异常分类

<font face = 黑体>异常分为：

• <font face = 黑体>编译时期异常：在编译时期，就会检查，如果没有处理异常，则编译失败。(如日期格式化异常，编译时区异常会报红)

• <font face = 黑体>运行时期异常：在运行时期，检查异常。在编译时期，运行异常不会报错。(如索引越界异常)

  int[] arr = new int[]{1, 2, 3};
  System.out.println(arr[3]);

2.4、异常的产生过程

<font face = 黑体>我们以下面这个程序来作为例子来讲解异常的产生过程。

public class ExceptionDemo02 {

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        int element = getElement(arr, 3);
        System.out.println(element);
    }

    public static int getElement(int[] arr, int index) {
        return arr[index];
    }
}

<font face = 黑体>程序执行结果如下所示：

<font face = 黑体>异常产生过程：

1. <font face = 黑体>访问数组的索引 3，但是数组没有 3 这个索引，这时候 JVM 就会检测出程序会出现异常，这时候 JVM 会做以下两件事：
   1):JVM 会根据异常产生的原因创建一个异常对象，这个异常对象包含了异常产生的内容、原因和位置。
   2):在 getElement() 方法中，没有异常的处理逻辑(try...catch)，那么 JVM 就会把异常对象抛出给方法的调用者，即 main 方法来处理这个异常。
2. <font face = 黑体>main 方法接收到了这个异常对象，main 方法也没有异常的处理对象，继续把异常对象抛给 main 方法的调用者 JVM 处理。
3. <font face = 黑体>JVM 接收到了异常对象，这时候 JVM 会做以下两件事：
   1):把异常对象（内容、原因和位置）打印在控制台上。
   2):JVM 会中止当前正在执行的 Java 程序（中断处理）。

三、异常的处理

<font face = 黑体>Java 异常处理的五个关键字：try、catch、finally、throw、throws

3.1、throw 关键字抛出异常

<font face = 黑体>在编写程序时，我们必须要考虑程序出现问题的情况。比如，在定义方法时，方法需要接受参数。那么，当调用方法使用接受到的参数时，首先需要先对参数数据进行合法的判断，数据若不合法，就应该告诉调用者，传递合法的数据进来。这时需要使用抛出异常的方式来告诉调用者。

<font face = 黑体>在 Java 中，提供了一个 throw 关键字，它可以在指定的方法中抛出一个指定的异常对象。使用 throw 关键字需要注意以下几点：

1. <font face = 黑体>throw 关键字必须写在方法的内部；
2. <font face = 黑体>throw 关键字后边 new 的对象必须是 Exception 或者 Exception 的子类；
3. <font face = 黑体>throw 关键字抛出指定的异常对象，我们必须要处理这个异常对象，抛出的异常对象有以下两种情况：
   1):<font face = 黑体>RuntimeException(运行期异常) 或者其子类，我们可以不处理，默认交给 JVM 来处理（打印异常对象，中断程序）。
   2):<font face = 黑体>编译期异常（报错），我们必须处理这个异常，要么 throws，要么 try...catch。

<font face = 黑体>throw 关键字代码演示如下所示：

public class ThrowDemo01 {

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {1, 2, 3};
        int element = getElement(arr, 3);
        System.out.println(element);
    }

    public static int getElement(int[] arr, int index) {

        if (arr == null) {
            throw new NullPointerException("传递的数组为空");
        }

        if (index < 0 || index > arr.length - 1) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("传递的索引超出了数组的使用范围");
        }

        return arr[index];
    }
}

3.2、throws 关键字声明异常

<font face = 黑体>将问题标识出来，报告给调用者。如果方法内通过 throw 抛出了编译时异常，而没有捕获处理（try...catch），那么必须通过 throws 进行声明，让调用者去处理。throws 是异常处理的第一种方式，简单来说就是交给别人处理。

<font face = 黑体>关键字 throws 运用于方法声明之上,用于表示当前方法不处理异常，而是提醒该方法的调用者来处理异常(抛出异常)。使用 throws 关键字需要注意以下几点：

1. <font face = 黑体>throws 关键字必须写在方法声明出；
2. <font face = 黑体>throws 关键字后边声明的异常必须是 Exception 或者 Exception 的子类；
3. <font face = 黑体>方法内部如果抛出了多个异常，那么 throws 后边必须也要声明多个异常，如果抛出的异常有子父类关系的话，那么直接声明父类异常即可；
4. <font face = 黑体>调用了一个声明抛出异常的方法，我们就必须处理声明的异常，有两种方式：
   1):<font face = 黑体>继续使用 throws 关键字声明异常，交给方法的调用者处理，最终交给 JVM 处理。
   2):<font face = 黑体>使用 try...catch 自己处理异常。

<font face = 黑体>throws 关键字代码演示如下所示：

public class ThrowsDemo01 {

    // FileNotFoundException 是 IOException 的子类，直接声明父类即可
    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException, IOException {
        readFile("c:\\a.zip");
        
        System.out.println("后续代码");
    }

    // 模拟 FileNotFoundException
    public static void readFile(String filename) throws FileNotFoundException, IOException {
        if (!filename.equals("c:\\a.zip")) {
            throw new FileNotFoundException("传递的文件路径错误");
        }

        if (!filename.endsWith(".txt")) {
            throw new IOException("文件的后缀名错误");
        }
    }
}

3.3、try…catch 捕获异常

<font face = 黑体>如果我们用 throws 关键字来处理异常，后续代码是无法执行的，所以我们需要用 try...catch 来自己处理异常，这样后续代码就能正常执行下去。格式如下：

try {
    // 编写可能会出现异常的代码
} catch(异常类型  e) {
    // 处理异常的代码
    // 记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
}

<font face = 黑体>使用 try…catch 捕获异常需要注意以下几点：

1. <font face = 黑体>try 中可能会抛出多个异常对象，那么就可以使用多个 catch 来处理；
2. <font face = 黑体>如果 try 中产生了异常，那么就会执行 catch 中的异常处理逻辑，执行完 catch 中的处理逻辑后，继续执行 try...catch 之后的代码；
3. <font face = 黑体>如果 try 中没有产生异常，那么就不会执行 catch 中的异常处理逻辑，执行完 try 中的代码后，继续执行 try...catch 之后的代码。

<font face = 黑体>try…catch 捕获异常代码演示如下所示：

public class TryCatchDemo01 {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            readFile("d://a.tx");
        } catch (IOException e) {
            //e.printStackTrace();
            System.out.println("catch-传递的文件后缀不是.txt");
        }

        System.out.println("执行后续代码");
    }

    // 模拟 IOException
    public static void readFile(String filename) throws IOException {

        if (!filename.endsWith(".txt")) {
            throw new IOException("文件的后缀名错误");
        }
    }
}

3.4、finally 代码块

<font face = 黑体>有一些特定的代码无论异常是否发生，都需要执行。另外，因为异常会引发程序跳转，导致有些语句执行不到。而 finally 就是解决这个问题的，在 finally 代码块中存放的代码都是一定会被执行的。

<font face = 黑体>当我们在 try 语句块中打开了一些物理资源，我们都得在使用完之后，最终关闭打开的资源。这些关闭资源的代码就可以写在 finally 代码块里面。

<font face = 黑体>使用 finally 需要注意以下几点：

1. <font face = 黑体>finally 不能单独使用，必须和 try 一起使用；
2. <font face = 黑体>finally 一般用于资源释放，无论程序是否出现异常，最后都需要释放资源；

<font face = 黑体>finally 使用代码演示如下所示：

public class FinallyDemo01 {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            readFile("d://a.tx");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 无论是否出现异常都会执行
            System.out.println("资源释放");
        }

        System.out.println("执行后续代码");
    }

    public static void readFile(String filename) throws IOException {

        if (!filename.endsWith(".txt")) {
            throw new IOException("文件的后缀名错误");
        }
    }

}

3.5、异常注意事项

<font face = 黑体>一、多个异常的处理方式如下所示：

1. <font face = 黑体>多个异常分别处理。

   public class ExceptionDemo03 {
   
       public static void main(String[] args) {
   
           try {
               int[] arr = {1, 2, 3};
               System.out.println(arr[3]);
           } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
               e.printStackTrace();
           }
   
   
           try {
               List<Integer> list = new ArrayList<>();
               list.add(1);
               list.add(2);
               list.add(3);
               System.out.println(list.get(3));
           } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
               e.printStackTrace();
           }
   
           System.out.println("后续代码");
   
       }
   }

2. <font face = 黑体>多个异常一次捕获，多次处理。

   public class ExceptionDemo03 {
   
       public static void main(String[] args) {
           try {
               int[] arr = {1, 2, 3};
               System.out.println(arr[3]);
   
               // 如果上面的代码出异常了，try里面接下去的代码就不会执行
               List<Integer> list = new ArrayList<>();
               list.add(1);
               list.add(2);
               list.add(3);
               System.out.println(list.get(3));
           } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
               e.printStackTrace();
           } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
               e.printStackTrace();
           }
           
           System.out.println("后续代码");
       }
   }

   <font face = 黑体>使用这种方法需要注意：catch 里面定义的异常，如果有子父类关系，那么子类的异常必须写在上面，否则就会报错，例子中的 ArrayIndexOutOfBoundsException 继承自 IndexOutOfBoundsException，所以它必须写在上面，要不然就会报错。

3. <font face = 黑体>多个异常一次捕获一次处理。

   public class ExceptionDemo03 {
   
       public static void main(String[] args) {
           try {
               int[] arr = {1, 2, 3};
               System.out.println(arr[3]);
   
               // 如果上面的代码出异常了，try里面接下去的代码就不会执行
               List<Integer> list = new ArrayList<>();
               list.add(1);
               list.add(2);
               list.add(3);
               System.out.println(list.get(3));
           } catch (Exception e) {
               e.printStackTrace();
           }
           System.out.println("后续代码");
       }
   }

<font face = 黑体>二、如果 finally 有 return 语句,永远返回 finally 中的结果,避免该情况.

public class ExceptionDemo03 {

    public static void main(String[] args) {
        int a = getA();
        System.out.println(a); // a = 100
    }

    public static int getA() {
        int a = 10;
        try {
            return a;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            a = 100;
            return a;
        }
    }
}

<font face = 黑体>三、如果父类抛出了多个异常,子类重写父类方法时，抛出和父类相同的异常或者是父类异常的子类或者不抛出异常。
<font face = 黑体>四、父类方法没有抛出异常，子类重写父类该方法时也不可抛出异常。此时子类产生异常，只能捕获处理，不能声明抛出。

public class fulei {

    public void show01() throws NullPointerException, ClassCastException { }
    public void show02() throws IndexOutOfBoundsException { }
    public void show03() throws IndexOutOfBoundsException { }
    public void show04(){ }

}

class zilei extends fulei {

    // 子类重写父类方法时,抛出和父类相同的异常
    @Override
    public void show01() throws NullPointerException, ClassCastException {
        super.show01();
    }

    // 子类重写父类方法时,抛出父类异常的子类
    @Override
    public void show02() throws ArrayIndexOutOfBoundsException {
        super.show02();
    }

    // 子类重写父类方法时,不抛出异常
    @Override
    public void show03() {
        super.show03();
    }

    // 父类方法没有抛出异常，子类重写父类该方法时也不可抛出异常。此时子类产生异常，只能捕获处理，不能声明抛出。
    @Override
    public void show04() {
        super.show04();

        try {
            throw new Exception("异常");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

四、自定义异常

4.1、概述

<font face = 黑体>在上述代码中，发现这些异常都是 JDK 内部定义好的，但是实际开发中也会出现很多异常，这些异常很可能在 JDK 中没有定义过,例如年龄负数问题，考试成绩负数问题。所以我们就需要自己定义异常。

1. <font face = 黑体>自定义一个编译期异常： 自定义类并继承于java.lang.Exception。
2. <font face = 黑体>自定义一个运行时期的异常：自定义类并继承于java.lang.RuntimeException。

<font face = 黑体>自定义异常代码演示如下所示：

public class RegisterException extends Exception {

    // 添加一个空参数的构造方法
    public RegisterException() {
        super();
    }

    // 带异常信息的构造方法
    public RegisterException(String message) {
        super(message);
    }
}

4.2、使用自定义异常

<font face = 黑体>模拟注册操作，使用数组模拟数据库中存储的数据，并提供当前注册账号是否存在方法。具体代码如下所示：

public class RegisterExceptionDemo {

    public static String[] userNames = {"张三", "李四", "王五"};

    public static void main(String[] args) throws RegisterException {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入用户名:");
        String username = sc.next();
        checkUsername(username);
    }

    public static void checkUsername(String username) throws RegisterException {
        for (String name : userNames) {
            if (username.equals(name)) {
                throw new RegisterException("您已经注册，请不要重复注册");
            }
        }

        System.out.println("注册成功");
    }
}

<font face = 黑体>打印结果如下所示：

五、小结

<font face=黑体>异常我们已经讲完了，下一节我们来讲多线程。

六、源码

<font face=黑体>文章中用到的所有源码已上传至 github，有需要的可以去下载。