Java高级主题（二）——异常

一、什么是异常

异常：程序在运行过程中发生由于硬件设备问题、软件设计错误等导致的程序异常事件。（在Java等面向对象的编程语言中）异常本身是一个对象，产生异常就是产生了一个异常对象。

二、异常体系

Java把异常当作对象来处理，并定义一个基类java.lang.Throwable作为所有异常的超类。在Java API中已经定义了许多异常类，这些异常类分为两大类，错误Error和异常Exception。其中异常类Exception又分为运行时异常(RuntimeException)和非运行时异常，这两种异常有很大的区别，也称之为非受检查异常（Unchecked Exception）和受检查异常（Checked Exception）。
java异常体系结构：

image.png

1、Error与Exception

Errorr往往是很严重的错误，是程序无法处理的异常，可以捕获但是最好不要捕获，因为捕获了也解决不了，这个不是由程序产出的，底层出现问题就让他它挂了吧，比如内存溢出(OutOfMemoryError)、线程死亡(ThreadDeath)等。这些异常发生时， Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。
下图为程序模拟的内存溢出情景：

image.png

Exception是程序本身可以处理的异常，这种异常分两大类运行时异常和非运行时异常。程序中应当尽可能去处理这些异常。

2、运行时异常和非运行时异常

运行时异常都是RuntimeException类及其子类异常，常见的异常有：空指针异常(NullPointerException)、下标越界异常(IndexOutOfBoundsException)、算术异常(ArithmaticException)、类型转换异常(ClassCastException) 等，这些异常一般是由程序逻辑错误引起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。
Exception 异常主要分为两类

一类是 IOException（I/O 输入输出异常），其中 IOException 及其子类异常又被称作「受查异常」
另一类是 RuntimeException（运行时异常），RuntimeException 被称作「非受查异常」。
常见的非检查性异常

image.png

常见的检查性异常

image.png

受查异常就是指，编译器在编译期间要求必须得到处理的那些异常，你必须在编译期处理了。

作者：凯玲之恋
链接：https://www.jianshu.com/p/49d2c3975c56
来源：简书
简书著作权归作者所有，任何形式的转载都请联系作者获得授权并注明出处。

下面将模拟这几个运行时异常发生的场景：

数组下标越界异常

image.png

以数组下标越界异常为例分析发生的现象，在程序运行时，JVM能够检测到没有a[3]这个索引，当检测到数组下标越界异常后，JVM做了两件事：

创建出异常对象 new ArrayIndexOutOfBoundsException(3)；
将异常对象抛出，抛给它的调用者。注：一旦异常被抛出，后面的程序就不再执行。

当它的调用者没有对异常进行处理时，它的调用者继续将异常向上抛出。以此类推，当main接收到这个异常也没有对数组下标越界异常进行处理时，main就将异常抛给了JVM，JVM收到异常信息后又做了两件事：

将异常信息以红色字体输出到控制台上；
停止程序的运行。

空指针异常

image.png

三、自定义异常类型

Java 的异常机制中所定义的所有异常不可能预见所有可能出现的错误，某些特定的情境下，则需要我们自定义异常类型来向上报告某些错误信息。
在 Java 中你可以自定义异常。编写自己的异常类时需要记住下面的几点。
所有异常都必须是 Throwable 的子类。
如果希望写一个检查性异常类，则需要继承 Exception 类。
如果你想写一个运行时异常类，那么需要继承 RuntimeException 类。

四、异常的处理方式

1、try...catch关键字

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。
try/catch代码块中的代码称为保护代码，使用 try/catch 的语法如下：

try{
   // 程序代码
}catch(异常类型1 异常的变量名1){
  // 程序代码
}catch(异常类型2 异常的变量名2){
  // 程序代码
}catch(异常类型2 异常的变量名2){
  // 程序代码
}

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。如果发生的异常包含在 catch 块中，异常会被传递到该 catch 块，这和传递一个参数到方法是一样。

2、throws/throw 关键字

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。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。
下面方法的声明抛出一个 RemoteException 异常：

public class className {
  public void deposit(double amount) throws RemoteException {
    // Method implementation
    throw new RemoteException();
  }
  //Remainder of class definition
}

一个方法可以声明抛出多个异常，多个异常之间用逗号隔开。

3、finally关键字

finally 关键字用来创建在 try 代码块后面执行的代码块。
无论是否发生异常，finally 代码块中的代码总会被执行。在 finally 代码块中，可以运行清理类型等收尾善后性质的语句。
finally 代码块出现在 catch 代码块最后，语法如下：

try{
  // 程序代码
}catch(异常类型1 异常的变量名1){
  // 程序代码
}catch(异常类型2 异常的变量名2){
  // 程序代码
}finally{
  // 程序代码
}

4、try-catch-finally 的执行顺序

try-catch-finally 执行顺序的相关问题可以说是各种面试中的「常客」了，尤其是 finally 块中带有 return 语句的情况。我们直接看几道面试题：
面试题一：

public static void main(String[] args){
    int result = test1();
    System.out.println(result);
}

public static int test1(){
    int i = 1;
    try{
        i++;
        System.out.println("try block, i = "+i);
    }catch(Exception e){
        i--;
        System.out.println("catch block i = "+i);
    }finally{
        i = 10;
        System.out.println("finally block i = "+i);
    }
    return i;
}

输出结果如下：

try block, i = 2
finally block i = 10
10

这算一个相当简单的问题了，没有坑，下面我们稍微改动一下：

public static int test2(){
    int i = 1;
    try{
        i++;
        throw new Exception();
    }catch(Exception e){
        i--;
        System.out.println("catch block i = "+i);
    }finally{
        i = 10;
        System.out.println("finally block i = "+i);
    }
    return i;
}

输出结果如下：

catch block i = 1
finally block i = 10
10

面试题二

public static void main(String[] args){
    int result = test3();
    System.out.println(result);
}

public static int test3(){
    //try 语句块中有 return 语句时的整体执行顺序
    int i = 1;
    try{
        i++;
        System.out.println("try block, i = "+i);
        return i;
    }catch(Exception e){
        i ++;
        System.out.println("catch block i = "+i);
        return i;
    }finally{
        i = 10;
        System.out.println("finally block i = "+i);
    }
}

输出结果如下：

try block, i = 2
finally block i = 10
2

是不是有点疑惑？明明我 try 语句块中有 return 语句，可为什么最终还是执行了 finally 块中的代码？

我们反编译这个类，看看这个 test3 方法编译后的字节码的实现：

0: iconst_1         //将 1 加载进操作数栈
1: istore_0         //将操作数栈 0 位置的元素存进局部变量表
2: iinc          0, 1   //将局部变量表 0 位置的元素直接加一（i=2）
5: getstatic     #3     // 5-27 行执行的 println 方法                
8: new           #5                  
11: dup
12: invokespecial #6                                                     
15: ldc           #7 
17: invokevirtual #8                                                     
20: iload_0         
21: invokevirtual #9                                                     24: invokevirtual #10                
27: invokevirtual #11                 
30: iload_0         //将局部变量表 0 位置的元素加载进操作栈（2）
31: istore_1        //把操作栈顶的元素存入局部变量表位置 1 处
32: bipush        10 //加载一个常量到操作栈（10）
34: istore_0        //将 10 存入局部变量表 0 处
35: getstatic     #3  //35-57 行执行 finally中的println方法             
38: new           #5                  
41: dup
42: invokespecial #6                  
45: ldc           #12                 
47: invokevirtual #8                  
50: iload_0
51: invokevirtual #9                
54: invokevirtual #10                 
57: invokevirtual #11                 
60: iload_1         //将局部变量表 1 位置的元素加载进操作栈（2）
61: ireturn         //将操作栈顶元素返回（2）
-------------------try + finally 结束 ------------
------------------下面是 catch + finally，类似的 ------------
62: astore_1
63: iinc          0, 1
.......
.......

从我们的分析中可以看出来，finally 代码块中的内容始终会被执行，无论程序是否出现异常的原因就是，编译器会将 finally 块中的代码复制两份并分别添加在 try 和 catch 的后面。

可能有人会所疑惑，原本我们的 i 就被存储在局部变量表 0 位置，而最后 finally 中的代码也的确将 slot 0 位置填充了数值 10，可为什么最后程序依然返回的数值 2 呢？

仔细看字节码，你会发现在 return 语句返回之前，虚拟机会将待返回的值压入操作数栈，等待返回，即使 finally 语句块对 i 进行了修改，但是待返回的值已经确实的存在于操作数栈中了，所以不会影响程序返回结果。

面试题三

public static int test4(){
    //finally 语句块中有 return 语句
    int i = 1;
    try{
        i++;
        System.out.println("try block, i = "+i);
        return i;
    }catch(Exception e){
        i++;
        System.out.println("catch block i = "+i);
        return i;
    }finally{
        i++;
        System.out.println("finally block i = "+i);
        return i;
    }
}

运行结果：

try block, i = 2
finally block i = 3
3

其实你从它的字节码指令去看整个过程，而不要单单四记它的执行过程。

image.png

你会发现程序最终会采用 finally 代码块中的 return 语句进行返回，而直接忽略 try 语句块中的 return 指令。

最后，对于异常的使用有一个不成文的约定：尽量在某个集中的位置进行统一处理，不要到处的使用 try-catch，否则会使得代码结构混乱不堪。

参考：
https://www.cnblogs.com/williamjie/p/9103658.html
https://www.jianshu.com/p/49d2c3975c56
https://www.xuebuyuan.com/3248044.html
https://www.jb51.net/article/128611.htm

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Java高级主题（二）——异常

一、什么是异常

二、异常体系

1、Error与Exception

2、运行时异常和非运行时异常

数组下标越界异常

空指针异常

三、自定义异常类型

四、异常的处理方式

1、try...catch关键字

2、throws/throw 关键字

3、finally关键字

4、try-catch-finally 的执行顺序

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