Java異常機制深入理解

在程式執行過程中出現錯誤，導致程式出現非預期場景。異常處理可以保證出現錯誤後，控制接下來的程式流程，是選擇定位錯誤資訊，還是丟擲異常或捕獲異常、還是避免程式非正常退出，都取決於我們。

異常：程式在執行過程中發生由於外部問題導致的程式異常事件，發生的異常會中斷程式的執行。（在Java等物件導向的程式語言中）異常本身是一個物件，產生異常就是產生了一個異常物件。注意在java中異常不是錯誤，在下文的異常的分類中有解釋。

舉個生活中的栗子來說明異常吧，假如你平時是開車上班，一般情況下你都能按時到公司上班，但是今天遇到特殊情況，就是遇到公路施工了，遇到這種情況，如果你沒有做任何處理，就有可能導致上班遲到。這種“路上施工” 就是程式中的異常了，他是外部問題導致的事件，並不是你本身出現的問題。（題外話：然而老闆並不在意你是什麼問題導致遲到的，反正你就是遲到了。。。。）

1.2.1 傳統的異常處理

假如現在要求在控制檯中，輸入被除數和除數，求商。

傳統做法是這樣的：

public static void main(String[] args) {
        System.out.println("請輸入一個被除數:");
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        if(sc.hasNextInt()) {            
            int num1 = sc.nextInt();
            System.out.println("請輸入一個除數:");
            if(sc.hasNextInt()) {                
                int num2 = sc.nextInt();
                if(0 == num2) {
                    System.out.println("除數不能為0！");
                }else {
                    int r = num1 / num2;
                    System.out.println("r = " + r);
                }
            }else {
                System.out.println("除數輸入不合法!");
            }
        }else {
            //在控制檯有可能輸入字串
            System.out.println("被除數輸入不合法!");
        }
    }

從上面這個例子可以可以看出，這麼簡單的業務需求，程式碼也要寫得那麼長，因為要考慮的問題有很多，這樣寫程式碼會覺得很累，而且出現了異常，程式會中斷，不會執行後面的程式碼。因此，Java程式語言使用異常處理機制為程式提供異常處理的能力。

1.2.2 java的異常處理

在Java中，異常處理的過程：

這種處理過程就像你上班遇到公路施工，你做出了處理——繞路行走，避開施工路段，讓你按時到達公司！

在 Java 中，所有的異常都有一個共同的祖先 Throwable（可丟擲）。Throwable 指定程式碼中可用異常傳播機制透過 Java 應用程式傳輸的任何問題的共性。

Throwable： 有兩個重要的子類：Exception（異常）和 Error（錯誤），二者都是 Java 異常處理的重要子類，各自都包含大量子類。

Error（錯誤）:是程式無法處理的錯誤，表示執行應用程式中較嚴重問題。大多數錯誤與程式碼編寫者執行的操作無關，而表示程式碼執行時 JVM（Java 虛擬機器）出現的問題。例如，Java虛擬機器執行錯誤（Virtual MachineError），當 JVM 不再有繼續執行操作所需的記憶體資源時，將出現 OutOfMemoryError。這些異常發生時，Java虛擬機器（JVM）一般會選擇執行緒終止。

這些錯誤表示故障發生於虛擬機器自身、或者發生在虛擬機器試圖執行應用時，如Java虛擬機器執行錯誤（Virtual MachineError）、類定義錯誤（NoClassDefFoundError）等。這些錯誤是不可查的，因為它們在應用程式的控制和處理能力之 外，而且絕大多數是程式執行時不允許出現的狀況。對於設計合理的應用程式來說，即使確實發生了錯誤，本質上也不應該試圖去處理它所引起的異常狀況。在 Java中，錯誤透過Error的子類描述。

Exception（異常）:是程式本身可以處理的異常。Exception 類有一個重要的子類 RuntimeException。RuntimeException 類及其子類表示“JVM 常用操作”引發的錯誤。例如，若試圖使用空值物件引用、除數為零或陣列越界，則分別引發執行時異常（NullPointerException、ArithmeticException）和 ArrayIndexOutOfBoundException。注意：異常和錯誤的區別：異常能被程式本身可以處理，錯誤是無法處理。通常，Java的異常(包括Exception和Error)分為可查的異常（checked exceptions）和不可查的異常（unchecked exceptions）。

可查異常（編譯器要求必須處置的異常）：正確的程式在執行中，很容易出現的、情理可容的異常狀況。可查異常雖然是異常狀況，但在一定程度上它的發生是可以預計的，而且一旦發生這種異常狀況，就必須採取某種方式進行處理。

除了RuntimeException及其子類以外，其他的Exception類及其子類都屬於可查異常。這種異常的特點是Java編譯器會檢查它，也就是說，當程式中可能出現這類異常，要麼用try-catch語句捕獲它，要麼用throws子句宣告丟擲它，否則編譯不會透過。

不可查異常(編譯器不要求強制處置的異常):包括執行時異常（RuntimeException與其子類）和錯誤（Error）。

Exception 這種異常分兩大類執行時異常和非執行時異常(編譯異常)。程式中應當儘可能去處理這些異常。

執行時異常：都是RuntimeException類及其子類異常，如NullPointerException(空指標異常)、IndexOutOfBoundsException(下標越界異常)等，這些異常是不檢查異常，程式中可以選擇捕獲處理，也可以不處理。這些異常一般是由程式邏輯錯誤引起的，程式應該從邏輯角度儘可能避免這類異常的發生。執行時異常的特點是Java編譯器不會檢查它，也就是說，當程式中可能出現這類異常，即使沒有用try-catch語句捕獲它，也沒有用throws子句宣告丟擲它，也會編譯透過。

非執行時異常 （編譯異常）：是RuntimeException以外的異常，型別上都屬於Exception類及其子類。從程式語法角度講是必須進行處理的異常，如果不處理，程式就不能編譯透過。如IOException、SQLException等以及使用者自定義的Exception異常，一般情況下不自定義檢查異常。

透過上面對異常的解釋，現在應該對異常有一定的瞭解。下面來說明在java中是如何處理異常的。
•在java中用物件來表示異常的。
•java是透過try-catch、try-catch-finally、try-catch-catch...語句來處理異常的。

3.1.1 try-catch的使用

try{} 程式碼塊用於執行可能存在異常的程式碼，catch(異常型別  異常物件的名稱){}程式碼塊用於捕獲並處理異常。
try{
    //有可能出現異常的程式碼段1
    //有可能出現異常的程式碼段2
}catch(異常型別 e){
    //處理異常的程式碼段3
}
//程式碼段4

處理1.2.1的兩數相除問題的demo：

public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        try{
            System.out.println("請輸入一個被除數:");
            int num1=sc.nextInt();
            System.out.println("請輸入一個除數:");
            int num2=sc.nextInt();
            int result=num1/num2;
        }catch(Exception e){
            System.out.println("在此處處理異常！");
        }
        System.out.println("程式執行結束");
}

3.1.2 try-catch的執行順序

第一種：沒有遇到異常，即正常執行

第二種：匹配到異常

在try{}中的程式碼遇到異常時，會與catch（）中括號裡的異常進行比對，如果遇到的異常時屬於catch的異常就會執行catch塊中的程式碼，讓後執行try-catch塊後面的程式碼

第三種：匹配不到異常

try{} 程式碼塊用於執行可能存在異常的程式碼，catch{}程式碼塊用於捕獲並處理異常。

finally{} 程式碼塊用於回收資源(關閉檔案、關閉資料庫、關閉管道)的程式碼。finally程式碼塊不管是否出現異常，都必須���行（ finally塊唯一不執行的情況System.exit(0) jvm正常退出。）

3.1.1 try-catch-finally的執行順序

第一種：catch塊沒有return語句

（1）沒有遇到異常：

try塊內的程式碼——>finally塊內的程式碼——>finally塊後的程式碼

（2）遇到異常並匹配到異常：

try塊內的程式碼——>catch塊內的程式碼——>finally塊內的程式碼——>finally塊後的程式碼

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int a=1/0;
            System.out.println("try");
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("catch");
        }finally {
            System.out.println("finally");
        }
        System.out.println("程式正常執行結束");
    }
}

結果：

1 catch
2 finally
3 程式正常執行結束

（3）遇到異常卻沒有匹配到異常：

try塊內的程式碼——>finally塊內的程式碼——>程式中斷執行

public static void main(String[] args) {
    try {
        int a=1/0;//會丟擲ArithmeticException
        System.out.println("try");
    } catch (NullPointerException e) {
        System.out.println("catch");
    }finally {
        System.out.println("finally");
    }
    System.out.println("程式正常執行結束");
}

結果：

1 Exception in thread "main" finally
2 java.lang.ArithmeticException: / by zero
3     at Test1.Test01.main(Test01.java:8)

第二種：catch塊有return語句

（1）沒有異常

try塊內的程式碼——>finally塊內的程式碼——>try塊內的return語句

public class Test01 {
    public static int test() {
        try {
            int a=2*2;
            System.out.println("try");
            return a;
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("catch");
            return 0;
        }finally {
            System.out.println("finally");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(test());
        System.out.println("程式正常執行結束");
    }
}

結果：

1 try
2 finally
3 4
4 程式正常執行結束

（2）遇到異常並匹配到異常：

執行順序如圖：

public class Test01 {
    public static int test() {
        try {
            int a=2/0;
            System.out.println("try");
            return a;
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("catch");
            return 0;
        }finally {
            System.out.println("finally");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(test());
        System.out.println("程式正常執行結束");
    }
}

結果：

1 catch
2 finally
3 0
4 程式正常執行結束

（3）遇到異常卻沒有匹配到異常：

try塊內的程式碼——>finally塊內的程式碼——>程式中斷執行

public class Test01 {
    public static int test() {
        try {
            int a=2/0;
            System.out.println("try");
            return a;
        } catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("catch");
            return 0;
        }finally {
            System.out.println("finally");
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(test());
        System.out.println("程式正常執行結束");
    }
}

結果：

finally
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at Test1.Test01.test(Test01.java:8)
    at Test1.Test01.main(Test01.java:19)

當開發者在定義方法時，事先知道方法在呼叫時會出現異常，但不知道該如何處理，此時可以在該方法上宣告異常。表示該方法在呼叫過程中會出現異常，請呼叫者自行處理。

在java中使用throws 宣告異常。一個方法可以宣告多個異常，用,號分割，寫法如下：

1 public void test2()throws IOException,RuntimeException{
2         //有異常出得程式碼，在此處沒有處理
3     }

宣告異常和方法過載沒有任何關係。

•如果父類方法宣告瞭異常(檢查時或執行時)，子類方法可以完全遵循父類異常，也可以不宣告異常。
•如果父類方法沒有宣告異常，子類可以不宣告異常，也可以宣告RuntimeException，但不能宣告Exception。
•如果父類宣告瞭執行時異常，子類可以完全遵循父類異常，也可以不宣告異常。

當系統異常滿足不了開發需要時，開發者可以自行根據需要自行丟擲異常。

throw 用於手動丟擲異常。

如果一直都沒有處理（即沒有用try-catch等語句）異常會把異常拋給呼叫者，一直拋到main函式處，如果在main函式中也沒有處理繼續在main函式後丟擲異常，這時候會拋給jvm處理。如下栗子：

public class Test01 {
    public static void test1()throws IOException,RuntimeException{
        //有異常丟擲得程式碼，在此處沒有處理，例如：throw new Exception（“異常資訊”）；
    }
    public static void test2()throws IOException,RuntimeException{
        test1();//呼叫有丟擲異常的方法，在此沒有處理
    }
    public static void main(String[] args)throws IOException,RuntimeException {
        test2();//main呼叫有丟擲異常的方法，在此沒有處理
    }
}

注意:

開發者根據自身需要可以選擇丟擲檢查時異常和執行時異常

當JDK 中的異常型別不能滿足程式的需要時，可以自定義異常類。

自定義異常步驟:
•[1] 確定異常型別.繼承Excepion 或者RuntimeException
•[2] 編寫自定義異常類，並實現構造方法
•[3] 在方法需要的地方手動宣告並丟擲異常。

public class myException extends Exception {
    public myException() {
        super();
    }
    public myException(String message) {
        super(message);
    }
    
    //自定義異常中的方法，以符合自己的需求
    public void showInfo() {
        System.out.println(super.getMessage()+"@Line:");
    }
}

原文連結：