深入理解java異常處理機制

Error（錯誤）:是程序無法處理的錯誤，表示運行應用程序中較嚴重問題。大多數錯誤與代碼編寫者執行的操作無關，而表示代碼運行時 JVM（Java 虛擬機）出現的問題。例如，Java虛擬機運行錯誤（Virtual MachineError），當 JVM 不再有繼續執行操作所需的內存資源時，將出現 OutOfMemoryError。這些異常發生時，Java虛擬機（JVM）一般會選擇線程終止。

。這些錯誤表示故障發生於虛擬機自身、或者發生在虛擬機試圖執行應用時，如Java虛擬機運行錯誤（Virtual MachineError）、類定義錯誤（NoClassDefFoundError）等。這些錯誤是不可查的，因為它們在應用程序的控制和處理能力之 外，而且絕大多數是程序運行時不允許出現的狀況。對於設計合理的應用程序來說，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，錯誤通過Error的子類描述。

Exception（異常）:是程序本身可以處理的異常。

注意：異常和錯誤的區別：異常能被程序本身可以處理，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）：正確的程序在運行中，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，當程序中可能出現這類異常，要麼用try-catch語句捕獲它，要麼用throws子句聲明拋出它，否則編譯不會通過。

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

Exception 這種異常分兩大類運行時異常和非運行時異常(編譯異常)。程序中應當儘可能去處理這些異常。

運行時異常：都是RuntimeException類及其子類異常，如NullPointerException(空指針異常)、IndexOutOfBoundsException(下標越界異常)等，這些異常是不檢查異常，程序中可以選擇捕獲處理，也可以不處理。這些異常一般是由程序邏輯錯誤引起的，程序應該從邏輯角度儘可能避免這類異常的發生。

運行時異常的特點是Java編譯器不會檢查它，也就是說，當程序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子句聲明拋出它，也會編譯通過。 非運行時異常 （編譯異常）：是RuntimeException以外的異常，類型上都屬於Exception類及其子類。從程序語法角度講是必須進行處理的異常，如果不處理，程序就不能編譯通過。如IOException、SQLException等以及用戶自定義的Exception異常，一般情況下不自定義檢查異常。

在 Java 應用程序中，異常處理機製為：拋出異常，捕捉異常。

拋出異常：當一個方法出現錯誤引發異常時，方法創建異常對象並交付運行時系統，異常對象中包含了異常類型和異常出現時的程序狀態等異常信息。運行時系統負責尋找處置異常的代碼並執行。

捕獲異常：在方法拋出異常之後，運行時系統將轉為尋找合適的異常處理器（exception handler）。潛在的異常處理器是異常發生時依次存留在調用棧中的方法的集合。當異常處理器所能處理的異常類型與方法拋出的異常類型相符時，即為合適 的異常處理器。運行時系統從發生異常的方法開始，依次回查調用棧中的方法，直至找到含有合適異常處理器的方法並執行。當運行時系統遍歷調用棧而未找到合適 的異常處理器，則運行時系統終止。同時，意味著Java程序的終止。

對於運行時異常、錯誤或可查異常，Java技術所要求的異常處理方式有所不同。

由於運行時異常的不可查性，為了更合理、更容易地實現應用程序，Java規定，運行時異常將由Java運行時系統自動拋出，允許應用程序忽略運行時異常。

對於方法運行中可能出現的Error，當運行方法不欲捕捉時，Java允許該方法不做任何拋出聲明。因為，大多數Error異常屬於永遠不能被允許發生的狀況，也屬於合理的應用程序不該捕捉的異常。

對於所有的可查異常，Java規定：一個方法必須捕捉，或者聲明拋出方法之外。也就是說，當一個方法選擇不捕捉可查異常時，它必須聲明將拋出異常。

能夠捕捉異常的方法，需要提供相符類型的異常處理器。所捕捉的異常，可能是由於自身語句所引發並拋出的異常，也可能是由某個調用的方法或者Java運行時 系統等拋出的異常。也就是說，一個方法所能捕捉的異常，一定是Java代碼在某處所拋出的異常。簡單地說，異常總是先被拋出，后被捕捉的。

任何Java代碼都可以拋出異常，如：自己編寫的代碼、來自Java開發環境包中代碼，或者Java運行時系統。無論是誰，都可以通過Java的throw語句拋出異常。

從方法中拋出的任何異常都必須使用throws子句。

捕捉異常通過try-catch語句或者try-catch-finally語句實現。

總體來說，Java規定：對於可查異常必須捕捉、或者聲明拋出。允許忽略不可查的RuntimeException和Error。

4.1 捕獲異常：try、catch 和 finally

1.try-catch語句

在Java中，異常通過try-catch語句捕獲。其一般語法形式為：

關鍵詞try后的一對大括弧將一塊可能發生異常的代碼包起來，稱為監控區域。Java方法在運行過程中出現異常，則創建異常對象。將異常拋出監控區域之 外，由Java運行時系統試圖尋找匹配的catch子句以捕獲異常。若有匹配的catch子句，則運行其異常處理代碼，try-catch語句結束。

匹配的原則是：如果拋出的異常對象屬於catch子句的異常類，或者屬於該異常類的子類，則認為生成的異常對象與catch塊捕獲的異常類型相匹配。

例1 捕捉throw語句拋出的「除數為0」異常。

• public class TestException {
• public static void main(String args) {
• int a = 6;
• int b = 0;
• try { // try監控區域
• if (b == 0) throw new ArithmeticException; // 通過throw語句拋出異常
• System.out.println("a/b的值是：" + a / b);
• }
• catch (ArithmeticException e) { // catch捕捉異常
• "程序出現異常，變數b不能為0。");
• }
• System.out.println("程序正常結束。");
• }
• }

運行結果：程序出現異常，變數b不能為0。

程序正常結束。

例1 在try監控區域通過if語句進行判斷，當「除數為0」的錯誤條件成立時引發ArithmeticException異常，創建 ArithmeticException異常對象，並由throw語句將異常拋給Java運行時系統，由系統尋找匹配的異常處理器catch並運行相應異 常處理代碼，列印輸出「程序出現異常，變數b不能為0。」try-catch語句結束，繼續程序流程。

事實上，「除數為0」等ArithmeticException，是RuntimException的子類。而運行時異常將由運行時系統自動拋出，不需要使用throw語句。

例2 捕捉運行時系統自動拋出「除數為0」引發的ArithmeticException異常。

• public static void main(String args) {
• int a = 6;
• int b = 0;
• try {
• System.out.println("a/b的值是：" + a / b);
• } catch (ArithmeticException e) {
• "程序出現異常，變數b不能為0。");
• }
• System.out.println("程序正常結束。");
• }
• }

程序正常結束。

例2 中的語句：

System.out.println("a/b的值是：" + a/b);

在運行中出現「除數為0」錯誤，引發ArithmeticException異常。運行時系統創建異常對象並拋出監控區域，轉而匹配合適的異常處理器catch，並執行相應的異常處理代碼。

由於檢查運行時異常的代價遠大於捕捉異常所帶來的益處，運行時異常不可查。Java編譯器允許忽略運行時異常，一個方法可以既不捕捉，也不聲明拋出運行時異常。

例3 不捕捉、也不聲明拋出運行時異常。

運行結果：

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
at Test.TestException.main(TestException.java:8)

例4 程序可能存在除數為0異常和數組下標越界異常。

運行結果：

intArray[0] = 0

intArray[0]模 -2的值: 0

intArray[1] = 1

intArray[1]模 -1的值: 0

intArray[2] = 2

除數為0異常。

程序正常結束。

例4 程序可能會出現除數為0異常，還可能會出現數組下標越界異常。程序運行過程中ArithmeticException異常類型是先行匹配的，因此執行相匹配的catch語句：

需要注意的是，一旦某個catch捕獲到匹配的異常類型，將進入異常處理代碼。一經處理結束，就意味著整個try-catch語句結束。其他的catch子句不再有匹配和捕獲異常類型的機會。

Java通過異常類描述異常類型，異常類的層次結構如圖1所示。對於有多個catch子句的異常程序而言，應該盡量將捕獲底層異常類的catch子 句放在前面，同時盡量將捕獲相對高層的異常類的catch子句放在後面。否則，捕獲底層異常類的catch子句將可能會被屏蔽。

RuntimeException異常類包括運行時各種常見的異常，ArithmeticException類和ArrayIndexOutOfBoundsException類都是它的子類。因此，RuntimeException異常類的catch子句應該放在 最後面，否則可能會屏蔽其後的特定異常處理或引起編譯錯誤。

2. try－catch-finally語句

try-catch語句還可以包括第三部分，就是finally子句。它表示無論是否出現異常，都應當執行的內容。try-catch-finally語句的一般語法形式為：

例5 帶finally子句的異常處理程序。

Hello world !

Hello World !!

HELLO WORLD !!!

數組下標越界異常

在例5中，請特別注意try子句中語句塊的設計，如果設計為如下，將會出現死循環。如果設計為：

小結：

try 塊：用於捕獲異常。其後可接零個或多個catch塊，如果沒有catch塊，則必須跟一個finally塊。
catch 塊：用於處理try捕獲到的異常。
finally 塊：無論是否捕獲或處理異常，finally塊里的語句都會被執行。當在try塊或catch塊中遇到return語句時，finally語句塊將在方法返回之前被執行。在以下4種特殊情況下，finally塊不會被執行：
1）在finally語句塊中發生了異常。
2）在前面的代碼中用了System.exit退出程序。
3）程序所在的線程死亡。
4）關閉CPU。

3. try-catch-finally 規則(異常處理語句的語法規則）：

1) 必須在 try 之後添加 catch 或 finally 塊。try 塊后可同時接 catch 和 finally 塊，但至少有一個塊。
2) 必須遵循塊順序：若代碼同時使用 catch 和 finally 塊，則必須將 catch 塊放在 try 塊之後。
3) catch 塊與相應的異常類的類型相關。
4) 一個 try 塊可能有多個 catch 塊。若如此，則執行第一個匹配塊。即Java虛擬機會把實際拋出的異常對象依次和各個catch代碼塊聲明的異常類型匹配，如果異常對象為某個異常類型或其子類的實例，就執行這個catch代碼塊，不會再執行其他的 catch代碼塊
5) 可嵌套 try-catch-finally 結構。
6) 在 try-catch-finally 結構中，可重新拋出異常。
7) 除了下列情況，總將執行 finally 做為結束：JVM 過早終止（調用 System.exit(int)）；在 finally 塊中拋出一個未處理的異常；計算機斷電、失火、或遭遇病毒攻擊。

4. try、catch、finally語句塊的執行順序:

1)當try沒有捕獲到異常時：try語句塊中的語句逐一被執行，程序將跳過catch語句塊，執行finally語句塊和其後的語句；

2)當try捕獲到異常，catch語句塊里沒有處理此異常的情況：當try語句塊里的某條語句出現異常時，而沒有處理此異常的catch語句塊時，此異常將會拋給JVM處理，finally語句塊里的語句還是會被執行，但finally語句塊后的語句不會被執行；

3)當try捕獲到異常，catch語句塊里有處理此異常的情況：在try語句塊中是按照順序來執行的，當執行到某一條語句出現異常時，程序將跳到catch語句塊，並與catch語句塊逐一匹配，找到與之對應的處理程序，其他的catch語句塊將不會被執行，而try語句塊中，出現異常之後的語句也不會被執行，catch語句塊執行完后，執行finally語句塊里的語句，最後執行finally語句塊后的語句；

圖2 圖示try、catch、finally語句塊的執行

4.2 拋出異常

任何Java代碼都可以拋出異常，如：自己編寫的代碼、來自Java開發環境包中代碼，或者Java運行時系統。無論是誰，都可以通過Java的throw語句拋出異常。從方法中拋出的任何異常都必須使用throws子句。

1. throws拋出異常

如果一個方法可能會出現異常，但沒有能力處理這種異常，可以在方法聲明處用throws子句來聲明拋出異常。例如汽車在運行時可能會出現故障，汽車本身沒辦法處理這個故障，那就讓開車的人來處理。

throws語句用在方法定義時聲明該方法要拋出的異常類型，如果拋出的是Exception異常類型，則該方法被聲明為拋出所有的異常。多個異常可使用逗號分割。throws語句的語法格式為：

方法名后的throws Exception1,Exception2,...,ExceptionN 為聲明要拋出的異常列表。當方法拋出異常列表的異常時，方法將不對這些類型及其子類類型的異常作處理，而拋向調用該方法的方法，由他去處理。例如：

• import java.lang.Exception;
• public class TestException {
• static void pop throws NegativeArraySizeException {
• // 定義方法並拋出NegativeArraySizeException異常
• int arr = new int[-3]; // 創建數組
• }
• public static void main(String args) { // 主方法
• try { // try語句處理異常信息
• pop; // 調用pop方法
• } catch (NegativeArraySizeException e) {
• System.out.println("pop方法拋出的異常");// 輸出異常信息
• }
• }
• }

使用throws關鍵字將異常拋給調用者后，如果調用者不想處理該異常，可以繼續向上拋出，但最終要有能夠處理該異常的調用者。

pop方法沒有處理異常NegativeArraySizeException，而是由main函數來處理。

Throws拋出異常的規則：

1) 如果是不可查異常（unchecked exception），即Error、RuntimeException或它們的子類，那麼可以不使用throws關鍵字來聲明要拋出的異常，編譯仍能順利通過，但在運行時會被系統拋出。

2）必須聲明方法可拋出的任何可查異常（checked exception）。即如果一個方法可能出現受可查異常，要麼用try-catch語句捕獲，要麼用throws子句聲明將它拋出，否則會導致編譯錯誤

3)僅當拋出了異常，該方法的調用者才必須處理或者重新拋出該異常。當方法的調用者無力處理該異常的時候，應該繼續拋出，而不是囫圇吞棗。

4）調用方法必須遵循任何可查異常的處理和聲明規則。若覆蓋一個方法，則不能聲明與覆蓋方法不同的異常。聲明的任何異常必須是被覆蓋方法所聲明異常的同類或子類。

2. 使用throw拋出異常