Java：异常

1.异常的概念

在Java中，将程序执行过程中发生的不正常行为称为异常。
1.算数异常

System.out.println(10 / 0);
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2.数组越界异常

int[] arr = {1, 2, 3};
        System.out.println(arr[100]);
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3.空指针异常

int[] arr = null;
System.out.println(arr.length);
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从上述过程中可以看到，java中不同类型的异常，都有与其对应的类来进行描述。

2.异常的体系结构

2.1异常主要结构体系

异常种类繁多，为了对不同异常或者错误进行很好的分类管理，Java内部维护了一个异常的体系结构

从上图中可以看到：
1.Throwable是异常体系的顶层类，其派生出两个重要的子类, Error 和 Exception
2.Error指的是Java虚拟机无法解决的严重问题（错误），比如：JVM的内部错误、资源耗尽等，典型代表：StackOverflowError和OutOfMemoryError，一旦发生回力乏术（需要程序员手动去解决）。举例如下：

public class Main {
    private static void func(){
        func();
    }
    public static void main(String[] args) {
        func();
    }
}
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一直递归导致栈溢出错误StackOverflowError
3.Exception异常产生后程序员可以通过代码进行处理，使程序继续执行。比如：感冒、发烧。我们平时所说的异常就是Exception。异常又分为两大类（运行时异常(非受查异常)和非运行时异常(受查异常)）。

2.2异常的分类

红色方块为编译时异常，蓝色方块为运行时异常

2.2.1 编译时异常

在程序编译期间发生的异常，称为编译时异常，也称为受检查异常(Checked Exception)

class Person implements Cloneable{
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person person=new Person();
        Person person1=(Person)person.clone();
    }
}
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程序还没有运行红色波浪号提出异常，就称为编译时异常，也叫受查异常。
注意

这种情况并不能称作异常，只能叫做编译时的语法问题。

2.2.2 运行时异常

在程序执行期间发生的异常，称为运行时异常，也称为非受检查异常(Unchecked Exception) RunTimeException以及其子类对应的异常，都称为运行时异常。比如：NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException、ArithmeticException。
注意
编译时出现的语法性错误，不能称之为异常。例如将 System.out.println 拼写错了, 写成了system.out.println. 此时编译过程中就会出错, 这是 “编译期” 出错。而运行时指的是程序已经编译通过得到class 文件了, 再由 JVM 执行过程中出现的错误，编译后报错如下：

3.异常的处理

3.1 防御式编程

错误在代码中是客观存在的. 因此我们要让程序出现问题的时候及时通知程序猿。主要的方式
1.LBYL: Look Before You Leap. 在操作之前就做充分的检查. 即：事前防御型

boolean ret = false;
 ret = 登陆游戏();
 if (!ret) {
    处理登陆游戏错误;
    return;
 }
 ret = 开始匹配();
 if (!ret) {
    处理匹配错误;
    return;
 }
 ret = 游戏确认();
 if (!ret) {
    处理游戏确认错误;
    return;
 }
 ret = 选择英雄();
 if (!ret) {
    处理选择英雄错误;
    return;
    }
 ret = 载入游戏画面();
 if (!ret) {
    处理载入游戏错误;
    return;
 }
 ......
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缺陷：正常流程和错误处理流程代码混在一起, 代码整体显的比较混乱。
2.** EAFP**: It’s Easier to Ask Forgiveness than Permission. “事后获取原谅比事前获取许可更容易”. 也就是先操作, 遇到问题再处理. 即：事后认错型

try {
    登陆游戏();
    开始匹配();
    游戏确认();
    选择英雄();
    载入游戏画面();
    ...
 } catch (登陆游戏异常) {
    处理登陆游戏异常;
 } catch (开始匹配异常) {
    处理开始匹配异常;
 } catch (游戏确认异常) {
    处理游戏确认异常;
 } catch (选择英雄异常) {
    处理选择英雄异常;
 } catch (载入游戏画面异常) {
    处理载入游戏画面异常;
 }
 .....
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优势：正常流程和错误流程是分离开的, 程序员更关注正常流程，代码更清晰，容易理解代码异常处理的核心思想就是 EAFP。
下面我们来介绍Java当中，异常处理主要的5个关键字：throw、try、catch、final、throws。

3.2 异常的抛出

在编写程序时，如果程序中出现错误，此时就需要将错误的信息告知给调用者，比如：参数检测。
在Java中，可以借助throw关键字，抛出一个指定的异常对象，将错误信息告知给调用者。具体语法如下：

throw new XXXException("异常产生的原因");
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人为抛出异常举例如下

public static void func(int[] array){
        if(array==null){
            throw new RuntimeException();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        func(null);
    }
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运行结果

当我们在throw时传个参数会发生什么呢

public static void func(int[] array){
        if(array==null){
            throw new NullPointerException("传个参数试试");
        }
    }
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【注意事项】
1.throw必须写在方法体内部
2.抛出的对象必须是Exception 或者 Exception 的子类对象
3.如果抛出的是 RunTimeException 或者 RunTimeException 的子类，则可以不用处理，直接交给JVM来处理
4.如果抛出的是编译时异常，用户必须处理，否则无法通过编译
5.异常一旦抛出，其后的代码就不会执行

怎么区分运行异常和编译异常？
下面给出一个方法
通过追溯到NullPointerException原码可以发现他继承RuntimeException，只要继承RuntimeException类都是运行时异常

而追溯到CloneNotSupportedException类原码可以知道他继承Exception，只要继承Exception类都是编译异常

3.3 异常的捕获

异常的捕获，也就是异常的具体处理方式，主要有两种：异常声明throws 以及 try-catch捕获处理

3.3.1 异常声明throws

处在方法声明时参数列表之后，当方法中抛出编译时异常，用户不想处理该异常，此时就可以借助throws将异常抛给方法的调用者来处理。即当前方法不处理异常，提醒方法的调用者处理异常。

语法格式：
修饰符  返回值类型   方法名(参数列表) throws 异常类型1，异常类型2...{
}
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举例如下

public static void func(int[] array){
        if(array==null){
            throw new Exception("传个参数试试");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        func(null);
    }
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用throws声明异常

public static void func(int[] array) throws Exception{
        if(array==null){
            throw new Exception("传个参数试试");
        }
    }
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但是调用func方法时还是会触发异常，解决方法看注意事项4和try-catch捕获并处理

【注意事项】
1.throws必须跟在方法的参数列表之后
2.声明的异常必须是 Exception 或者 Exception 的子类
3.方法内部如果抛出了多个异常，throws之后必须跟多个异常类型，之间用逗号隔开，如果抛出多个异常类型具有父子关系，直接声明父类即可。
4.调用声明抛出异常的方法时，调用者必须对该异常进行处理，或者继续使用throws抛出。

public static void main(String[] args) throws Exception {//继续抛出异常
        func(null);
    }
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3.3.2 try-catch捕获并处理

throws对异常并没有真正处理，而是将异常报告给抛出异常方法的调用者，由调用者处理。如果真正要对异常进行处理，就需要try-catch。

public static void func(int[] array) throws Exception{
        if(array==null){
            throw new Exception("传个参数试试");
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        try{//存放可能抛出异常的代码
            func(null);
        }catch (Exception e){
            System.out.println("捕获到了Exception异常！"+"此时可以处理这个异常了");
            e.printStackTrace();//定位异常位置
        }
        System.out.println("异常处理完毕，继续执行这个代码");
    }
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运行结果如下

关于异常的处理方式
异常的种类有很多, 我们要根据不同的业务场景来决定.
对于比较严重的问题(例如和算钱相关的场景), 应该让程序直接崩溃, 防止造成更严重的后果
对于不太严重的问题(大多数场景), 可以记录错误日志, 并通过监控报警程序及时通知程序猿
对于可能会恢复的问题(和网络相关的场景), 可以尝试进行重试.
在我们当前的代码中采取的是经过简化的第二种方式. 我们记录的错误日志是出现异常的方法调用信息, 能很快速的让我们找到出现异常的位置. 以后在实际工作中我们会采取更完备的方式来记录异常信息.

【注意事项】
1.try块内抛出异常位置之后的代码将不会被执行

public static void func(int[] array) throws Exception{
        if(array==null){
            throw new Exception("传个参数试试");
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        try{//存放可能抛出异常的代码
            func(null);
            System.out.println("haha");//并不会执行
        }catch (Exception e){
            System.out.println("捕获到了Exception异常！"+"此时可以处理这个异常了");
            e.printStackTrace();//定位异常位置
        }
        System.out.println("异常处理完毕，继续执行这个代码");
    }
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2.如果抛出异常类型与catch时异常类型不匹配，即异常不会被成功捕获，也就不会被处理，继续往外抛，直到JVM收到后中断程序----异常是按照类型来捕获的
改上方代码为如下所示

此时抛出异常类型与catch时异常类型不匹配，程序直接终止了
3.try中可能会抛出多个不同的异常对象，则必须用多个catch来捕获----即多种异常，多次捕获

   public static void func(int[] array) throws Exception{
        if(array==null){
            throw new Exception("传个参数试试");
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        try{//存放可能抛出异常的代码
            func(null);
            System.out.println("haha");//并不会执行
        }catch (ArithmeticException e){
            System.out.println("捕获到了ArithmeticException异常！");
            e.printStackTrace();//定位异常位置
        }catch (Exception e){//两个catch捕获异常
            System.out.println("捕获到了Exception异常");
        }
        System.out.println("异常处理完毕，继续执行这个代码");
    }
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也可以将要捕获的异常通过|放在一个catch语句里面，但是不能放这些异常的父类（RuntimeException类和Exception类）。

public static void func(int[] array) throws NullPointerException{
        if(array==null){
            throw new NullPointerException("传个参数试试");
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        try{//存放可能抛出异常的代码
            func(null);
            System.out.println("haha");//并不会执行
        }catch (NullPointerException | ArithmeticException e){
            System.out.println("捕获到了异常！");
            e.printStackTrace();//定位异常位置
        }
        System.out.println("异常处理完毕，继续执行这个代码");
    }
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运行结果

4.可以通过一个catch捕获所有的异常，即多个异常，一次捕获(不推荐)。catch语句里放异常的父类，举例如下

public class Main {
    public static void func(int[] array) throws NullPointerException{
        if(array==null){
            throw new NullPointerException("传个参数试试");
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        try{//存放可能抛出异常的代码
            func(null);
            System.out.println("haha");//并不会执行
        }catch (Exception e){
            System.out.println("捕获到了异常！");
            e.printStackTrace();//定位异常位置
        }
        System.out.println("异常处理完毕，继续执行这个代码");
    }
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3.3.3 finally

在写程序时，有些特定的代码，不论程序是否发生异常，都需要执行，比如程序中打开的资源：网络连接、数据库连接、IO流等，在程序正常或者异常退出时，必须要对资源进进行回收。另外，因为异常会引发程序的跳转，可能导致有些语句执行不到，finally就是用来解决这个问题的。
不管是否发生异常，finally里面的语句一定会被执行

public static void func(int[] array) throws NullPointerException{
        if(array==null){
            throw new NullPointerException("传个参数试试");
        }
    }
    public static void main(String[] args){
        Scanner scan=null;
        try{//存放可能抛出异常的代码
            scan=new Scanner(System.in);
            func(null);
            System.out.println("haha");//并不会执行
        }catch (NullPointerException e){
            System.out.println("捕获到了异常！");
            e.printStackTrace();//定位异常位置
        }finally {
            System.out.println("此条代码一定会被执行……");
            scan.close();//finally关闭Scanner，防止数据流失
        }
        System.out.println("异常未被捕捉，这条代码不会被执行");
    }
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问题：既然 finally 和 try-catch-finally 后的代码都会执行，那为什么还要有finally呢？
eg：关闭输入流，防止资源泄露

注意：finally中的代码一定会执行的，一般在finally中进行一些资源清理的扫尾工作。

4.异常处理流程

关于 “调用栈”
方法之间是存在相互调用关系的, 这种调用关系我们可以用 “调用栈” 来描述. 在 JVM 中有一块内存空间称为
“虚拟机栈” 专门存储方法之间的调用关系. 当代码中出现异常的时候, 我们就可以使用 e.printStackTrace(); 的方式查看出现异常代码的调用栈。
如果本方法中没有合适的处理异常的方式, 就会沿着调用栈向上传递

public static void main(String[] args) {
    try {
        func();
    } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("after try catch");
 }
 
public static void func() {
    int[] arr = {1, 2, 3};
    System.out.println(arr[100]);
 }
 
// 直接结果
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100
    at demo02.Test.func(Test.java:18)
    at demo02.Test.main(Test.java:9)
 after try catch
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如果向上一直传递都没有合适的方法处理异常, 最终就会交给 JVM 处理, 程序就会异常终止(和我们最开始未使用 try catch 时是一样的)。

public static void main(String[] args) {
    func();
    System.out.println("after try catch");
 }
 
public static void func() {
    int[] arr = {1, 2, 3};
    System.out.println(arr[100]);
 }
 
// 执行结果
/**Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 100
    at demo02.Test.func(Test.java:14) 先解决第14行的异常
    at demo02.Test.main(Test.java:8)
    */
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可以看到, 程序已经异常终止了, 没有执行到 System.out.println(“after try catch”); 这一行。

【异常处理流程总结】

1.程序先执行 try 中的代码
2.如果 try 中的代码出现异常, 就会结束 try 中的代码, 看和 catch 中的异常类型是否匹配. 
3.如果找到匹配的异常类型, 就会执行 catch 中的代码
4.如果没有找到匹配的异常类型, 就会将异常向上传递到上层调用者. 
5.无论是否找到匹配的异常类型, finally 中的代码都会被执行到(在该方法结束之前执行). 
6.如果上层调用者也没有处理的了异常, 就继续向上传递. 
7.一直到 main 方法也没有合适的代码处理异常, 就会交给 JVM 来进行处理, 此时程序就会异常终止. 
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5.自定义异常类

Java 中虽然已经内置了丰富的异常类, 但是并不能完全表示实际开发中所遇到的一些异常，此时就需要维护符合我们实际情况的异常结构.
例如, 我们实现一个用户登陆功能.

public class LogIn {
    private String userName="admin";
    private String passWord="123456";
    public void LogInOf(String userName,String passWord){
        if(!userName.equals(this.userName)){
        }
        if(!passWord.equals(this.passWord)){
        }
        System.out.println("登陆成功！");
    }

    public static void main(String[] args) {
        LogIn logIn=new LogIn();
        Scanner scan=new Scanner(System.in);
        logIn.LogInOf(scan.nextLine(),scan.nextLine());
    }
}
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此时我们在处理用户名密码错误的时候可能就需要抛出两种异常. 我们可以基于已有的异常类进行扩展(继承), 创建和我们业务相关的异常类.
具体方式：
1.自定义异常类，然后继承自Exception或者RunTimeException
2.实现一个带有String类型参数的构造方法，参数含义：出现异常的原因
(1)UserNameException异常

public class UserNameException extends RuntimeException{//也可继承Exception(非受查异常)
    public UserNameException(){

    }
    public UserNameException(String args){
        super(args);
    }
}
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(2)PassWorldException异常

public class PassWorldException extends RuntimeException{//也可继承Exception(非受查异常)
    public PassWorldException(){

    }
    public PassWorldException(String args){
        super(args);
    }
}
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此时我们的 login 代码可以改成

public class LogIn {
    private String userName="admin";
    private String passWord="123456";
    public void LogInOf(String userName,String passWord){
        if(!userName.equals(this.userName)){
            throw new UserNameException("用户名异常");
        }
        if(!passWord.equals(this.passWord)){
            throw new PassWorldException("登录密码异常");
        }
        System.out.println("登陆成功！");
    }

    public static void main(String[] args) {
        LogIn logIn=new LogIn();
        Scanner scan=new Scanner(System.in);
        try{
            logIn.LogInOf(scan.nextLine(),scan.nextLine());
        }catch (UserNameException e){
            System.out.println("用户名输入错误");
            e.printStackTrace();
        }catch (PassWorldException e){
            System.out.println("密码输入错误");
            e.printStackTrace();
        }finally {
            scan.close();
        }
    }
}
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登陆成功运行结果

用户名和密码都错误运行结果

捕捉到用户名异常后直接退出
注意事项
自定义异常通常会继承自 Exception 或者 RuntimeException
继承自 Exception 的异常默认是受查异常
继承自 RuntimeException 的异常默认是非受查异常.