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Java异常(Exception)处理及常见异常

很多事件并非总是按照人们自己设计意愿顺利发展的,经常出现这样那样的异常情况。例如: 你计划周末郊游,计划从家里出发→到达目的→游泳→烧烤→回家。但天有不测风云,当你准备烧烤时候突然天降大雨,只能终止郊游提前回家。“天降大雨”是一种异常情况,你的计划应该考虑到这样的情况,并且应该有处理这种异常的预案。

计算机程序的编写也需要考虑处理这些异常情况。异常(exception)是在运行程序时产生的一种异常情况,已经成为了衡量一门语言是否成熟的标准之一。目前的主流编程语言,如 C++、c#、Ruby 和 Python 等大都提供了异常处理机制。

异常简介

Java 中的异常又称为例外,是一个在程序执行期间发生的事件,它中断正在执行程序的正常指令流。为了能够及时有效地处理程序中的运行错误,必须使用异常类,这可以让程序具有极好的容错性且更加健壮。 

在 Java 中一个异常的产生,主要有如下三种原因:
  1. Java 内部错误发生异常,Java 虚拟机产生的异常。
  2. 编写的程序代码中的错误所产生的异常,例如空指针异常、数组越界异常等。
  3. 通过 throw 语句手动生成的异常,一般用来告知该方法的调用者一些必要信息。

Java 通过面向对象的方法来处理异常。在一个方法的运行过程中,如果发生了异常,则这个方法会产生代表该异常的一个对象,并把它交给运行时的系统,运行时系统寻找相应的代码来处理这一异常。

我们把生成异常对象,并把它提交给运行时系统的过程称为拋出(throw)异常。运行时系统在方法的调用栈中查找,直到找到能够处理该类型异常的对象,这一个过程称为捕获(catch)异常

例 1

为了更好地理解什么是异常,下面来看一段非常简单的 Java 程序。下面的示例代码实现了允许用户输入 1~3 以内的整数,其他情况提示输入错误。
import java.util.Scanner;

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("请输入您的选择:(1~3 之间的整数)");
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        int num = input.nextInt();
        switch (num) {
        case 1:
            System.out.println("one");
            break;
        case 2:
            System.out.println("two");
            break;
        case 3:
            System.out.println("three");
            break;
        default:
            System.out.println("error");
            break;
        }
    }
}

正常情况下,用户会按照系统的提示输入 1~3 之间的数字。但是,如果用户没有按要求进行输入,例如输入了一个字母“a”,则程序在运行时将会发生异常,运行结果如下所示。
请输入您的选择:(1~3 之间的整数)
a
Exception in thread "main" java.util.InputMismatchException
        at java.util.Scanner.throwFor(Unknown Source)
        at java.util.Scanner.next(Unknown Source)
        at java.util.Scanner.nextInt(Unknown Source)
        at java.util.Scanner.nextInt(Unknown Source)
        at text.text.main(text.java:11)

异常类型

为了能够及时有效地处理程序中的运行错误,Java 专门引入了异常类。在 Java 中所有异常类型都是内置类 java.lang.Throwable 类的子类,即 Throwable 位于异常类层次结构的顶层。Throwable 类下有两个异常分支 Exception 和 Error,如图 1 所示。



图 1  异常结构图

由图 2 可以知道,Throwable 类是所有异常和错误的超类,下面有 Error 和 Exception 两个子类分别表示错误和异常。其中异常类 Exception 又分为运行时异常非运行时异常,这两种异常有很大的区别,也称为不检查异常(Unchecked Exception)检查异常(Checked Exception)
本节不讨论关于 Error 类型的异常处理,因为它们通常是灾难性的致命错误,不是程序可以控制的。接下来将讨论 Exception 类型的异常处理。

运行时异常都是 RuntimeException 类及其子类异常,如 NullPointerException、IndexOutOfBoundsException 等,这些异常是不检查异常,程序中可以选择捕获处理,也可以不处理。这些异常一般由程序逻辑错误引起,程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。

非运行时异常是指 RuntimeException 以外的异常,类型上都属于 Exception 类及其子类。从程序语法角度讲是必须进行处理的异常,如果不处理,程序就不能编译通过。如 IOException、ClassNotFoundException 等以及用户自定义的 Exception 异常(一般情况下不自定义检查异常)。

表 1 和表 2 分别列出了 java.lang 中定义的运行时异常和非运行时异常的类型及作用。

表 1 Java中常见运行时异常
异常类型 说明
ArithmeticException 算术错误异常,如以零做除数
ArraylndexOutOfBoundException 数组索引越界
ArrayStoreException 向类型不兼容的数组元素赋值
ClassCastException 类型转换异常
IllegalArgumentException 使用非法实参调用方法
lIIegalStateException 环境或应用程序处于不正确的状态
lIIegalThreadStateException 被请求的操作与当前线程状态不兼容
IndexOutOfBoundsException 某种类型的索引越界
NullPointerException 尝试访问 null 对象成员,空指针异常
NegativeArraySizeException 再负数范围内创建的数组
NumberFormatException 数字转化格式异常,比如字符串到 float 型数字的转换无效
TypeNotPresentException 类型未找到

表 2 Java常见非运行时异常
异常类型 说明
ClassNotFoundException 没有找到类
IllegalAccessException 访问类被拒绝
InstantiationException 试图创建抽象类或接口的对象
InterruptedException 线程被另一个线程中断
NoSuchFieldException 请求的域不存在
NoSuchMethodException 请求的方法不存在
ReflectiveOperationException 与反射有关的异常的超类

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