常见 Java Exceptions

1. Introduction

本文主要重点介绍一些常见的Java异常. 我们将首先讨论什么是异常. 然后, 我们将详细讨论不同类型的 checked 和 unchecked 异常.

2. Exceptions

异常是程序执行期间在代码中发生的异常情况. T当程序在运行时违反某些约束时，就会出现这种异常情况. 所有异常类型都是Exception类的子类. 这些类分为 checked exceptions 和 unchecked exceptions. 接下来我们将详细讨论它们.

3. Checked Exceptions

Checked exceptions 时必须要处理的. 它们时 Exception 的直接子类. 关于它们的重要性的讨论在The exceptions debate 一文讲的很详细了。接下来让我们看看一些常见的checked exceptions .

3.1. IOException

当任何Input/Output 操作失败时，方法将抛出 IOException或其直接子类. 这些 I/O 操作的典型用法包括:

使用java.io 包处理文件系统或数据流
使用 java.net 包创建网络应用程序

FileNotFoundException

FileNotFoundException 是使用文件系统时常见的 IOException 类型:

是使用文件系统时的IOException的常见类型：

try {
    new FileReader(new File("/invalid/file/location"));
} catch (FileNotFoundException e) {
    LOGGER.info("FileNotFoundException caught!");
}

MalformedURLException

当我们使用 URLs 时, 如果我们的 URLs 无效，则可能会遇到 MalformedURLException .

try {
    new URL("malformedurl");
} catch (MalformedURLException e) {
    LOGGER.error("MalformedURLException caught!");
}

3.2. ParseException

Java 根据给定的字符串使用文本解析来创建对象. 如果解析错误, 则会抛出 ParseException . 例如, 我们可以使用不同的方式来表示 Date , 例如 dd/mm/yyyy 或 dd,mm,yyyy, 但尝试通过不同的format 去解析日期字符串:

try {
    new SimpleDateFormat("MM, dd, yyyy").parse("invalid-date");
} catch (ParseException e) {
    LOGGER.error("ParseException caught!");
}

此处, 字符串格式错误 , 导致 ParseException.

3.3. InterruptedException

每当 Java thread 调用 join(), sleep() 或 wait() 时，它将进入 WAITING 或 TIMED_WAITING 状态. 另外, 一个线程可以通过调用线程的 interrupt() 方法来中断另一个线程. 因此, 当一个线程在其处于WAITING 或 TIMED_WAITING 状态时被中断，则该线程会抛出InterruptedException .**

参考以下具有两个线程的示例:

main thread 启动子线程并中断它
子线程启动并调用 sleep()

这种情况会导致 InterruptedException:

class ChildThread extends Thread {
 
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            LOGGER.error("InterruptedException caught!");
        }
    }
}
 
public class MainThread {
 
    public static void main(String[] args) 
      throws InterruptedException {
        ChildThread childThread = new ChildThread();
        childThread.start();
        childThread.interrupt();
    }
}

4. Unchecked Exceptions

对于 Unchecked Exceptions, 编译器在编译过程中不会进行检查. 因此, 对于在方法中处理这些异常不是强制性的. 所有的 unchecked exceptions 都拓展了 RuntimeException 类. 下面我们详细讨论 unchecked exceptions .

4.1. NullPointerException

如果应用程序在实际需要对象实例的地方尝试使用null , 则该方法将会抛出 NullPointerException .

在不同的情况下, 错误使用 null 会导致 NullPointerException. 下面我们看一些示例.

调用没有对象实例的类的方法:

String strObj = null;
strObj.equals("Hello World"); // throws NullPointerException.

另外, 如果应用程序尝试使用 null 引用访问或修改实例变量, 则会得到 NullPointerException:

Person personObj = null;
String name = personObj.personName; // Accessing the field of a null object
personObj.personName = "Jon Doe"; // Modifying the field of a null object

4.2. ArrayIndexOutOfBoundsException

数组以连续方式存储其元素. 因此, 我们可以通过索引访问其元素. 但是, 如果代码试图访问数组的非法索引，则相应的方法会抛出 ArrayIndexOutOfBoundException.

下面是抛出 ArrayIndexOutOfBoundException 的代码示例:

int[] nums = new int[] {1, 2, 3};
int numFromNegativeIndex = nums[-1]; // Trying to access at negative index
int numFromGreaterIndex = nums[4];   // Trying to access at greater index
int numFromLengthIndex = nums[3];    // Trying to access at index equal to size of the array

4.3. StringIndexOutOfBoundsException

Java 中的String 类提供了访问字符串中特定字符方法 . 当我们使用这些方法时, 会在内部将 String 转化未字符数组.

同样, 可能存在对该数组的索引的非法访问. 在这种情况下, String 类的这些方法将抛出 StringIndexOutOfBoundsException. 此异常表示 索引大于或等于String 的 size ** . StringIndexOutOfBoundsException 继承了 IndexOutOfBoundsException. 当我们尝试去以等于String 的长度或其他非法索引访问字符时，String 类的 charAt(index) 方法会抛出该异常 :

String str = "Hello World";
char charAtNegativeIndex = str.charAt(-1); // Trying to access at negative index
char charAtLengthIndex = str.charAt(11);   // Trying to access at index equal to size of the string

4.4. NumberFormatException

有时候代码中经常使用String指向一个数字类型的data . 为了将该 data 解析成数字类型, Java 允许将 String 转化未数字类型. 包装器类(例如Integer, Float, 等等.) 包含该转化方法.

但是, 如果在转化的过程中 String 存在不适当的格式, 该方法会抛出 NumberFormatException.
接下来让我们看一个示例. 在这里，我们声明一个带有字母和数字的字符串, 然后，我们尝试使用包装器Integer类的方法将此数据转化为数字. 因此, 结果会抛出 NumberFormatException:

String str = "100ABCD";
int x = Integer.parseInt(str); // Throws NumberFormatException
int y = Integer.valueOf(str); //Throws NumberFormatException

4.5. ArithmeticException

当程序评估算术运算会导致异常情况时，它将抛出ArithmeticException. 此外, ArithmeticException 仅适用于 int 和 long 数据类型.

例如, 如果我们尝试将整数除以零, 则会得到ArithmeticException:

int illegalOperation = 30/0; // Throws ArithmeticException

4.6. ClassCastException

Java允许对象之间类型转换, 以支持继承和多态性. 我们可以向上或向下转换对象. 在向上转化中, 我们将对象转换为其超类型. 在向下转换中，我们将对象转换为其子类型之一. 但是, **在运行时, 如果代码尝试将对象降级为不是该实例的子类型, 则该方法将抛出 ClassCastException.

运行时实例是类型转换中真正重要的部分. 参考下面的示例， Animal, Dog, 和 Lion之间的继承关系:

class Animal {}
 
class Dog extends Animal {}
 
class Lion extends Animal {}

此外, 在程序中类中, 我们将包含Lion 实例的Animal 引用转化为Dog. 这将导致ClassCastException:

Animal animal = new Lion(); // At runtime the instance is Lion
Dog tommy = (Dog) animal; // Throws ClassCastException

4.7. IllegalArgumentException

如果我们使用一些非法或不适当的参数调用方法, 则该方法会抛出 IllegalArgumentException.

例如, Thread 类的 sleep() 方法期望的时间是正数, 如果我们将负的时间间隔作为参数传递给 sleep() 方法. 将会导致 IllegalArgumentException:

Thread.currentThread().sleep(-10000); // Throws IllegalArgumentException

4.8. IllegalStateException

IllegalStateException 表示在非法或不适当的时间调用了方法. 每个Java 对象都有一个状态 (实例变量) 和一些行为 (方法). 因此, IllegalStateException 意味着使用当前状态变量调用此对象的行为是非法的. 但是，使用一些不同的状态变量，这可能是合法的. 例如, 我们使用迭代器iterator 来迭代列表, 当我们初始化iterator 时, 它在内部都会将其状态变量lastRet 设置为 -1. 在这种情况下, 程序尝试在列表上调用remove方法t:

//Initialized with index at -1
Iterator<Integer> intListIterator = new ArrayList<>().iterator(); 
 
intListIterator.remove(); // IllegalStateException

在内部, remove 方法检查lastRet 状态变量, 如果它小于0 , 它将抛出 IllegalStateException. 在这里, 变量仍指向值 -1. 结果,我们得到 IllegalStateException.

5. 结语

在本文中, 我们首先讨论了什么是异常. exception 是在程序执行期间发生的事件, 该事件中断了程序指令的正常流程. 然后，我们将异常分为 Checked Exceptions 和 Unchecked Exceptions. 接下来，我们讨论了在编译器或运行期可能出现的不同类型的异常.

本文代码可以从 GitHub 上获取.