Java异常处理机制详解

异常（Exception）是在程序执行期间发生的特殊事件。一般来说，异常会中断正在执行的程序的正常指令流。

在程序中，异常可能产生于开发者没有预料到的各种情况，或者超出开发者的可控范围，如除数为 0、数组下标越界、试图打开一个不存在的文件等。为了能够及时有效地处理程序中的运行异常，Java 专门引入了异常机制。

异常机制（Exception Handling）是在程序执行期间对异常的发生做出响应的过程。Java 中存在两种主要的指令流，一种是正常指令流，另一种是异常处理指令流。当程序在运行过程中出现意外情况时，系统会自动生成一个异常对象来通知程序。此时，正常的程序控制流程停止运行并开始搜索匹配的异常处理逻辑块（catch 语句块）。当找到一个匹配的 catch 语句块时，将执行该块，异常对象作为参数传递给该块，并在执行 catch 语句块之后继续正常地执行程序。

若在当前方法级别中没有找到 catch 语句块，则在调用者方法级别中继续搜索，直到找到匹配的 catch 语句块。若最终没有发现相匹配的 catch 语句块，则将异常交由 Java 虚拟机处理，通常会终止当前线程，进而可能终止整个 Java 程序。

开发者可以通过提供异常处理逻辑块，在 Java 程序中预置各类潜在异常的处理方案，提升所开发的 Java 程序的健壮性。同时，开发者可以基于 Java 异常机制构建统一的错误报告模型，记录程序运行过程中产生的异常信息，为异常排查和异常修复提供依据，提高异常修复效率。

Java的异常的分类

在 Java 中，所有异常类型都是内置类 java.lang.Throwable 的子类，即 Throwable 是所有异常和错误的超类。

Throwable 位于异常类层次结构的顶层，下面的两个异常分支 Exception 和 Error 分别表示异常和错误，如下图所示。

图 1 Java的异常的分类

Exception 代表可控的异常，一般是程序编码错误或外在因素导致的、可以被开发者预见并提供异常解决方案的各类问题。这些问题能够被系统捕获并处理，从而避免应用程序非正常中断，如对负数开平方根、除数为 0 等。

常见的异常类如下表所示。

表：常见的异常类
异常类	说明
NullPointerException	空指针异常
ClassCastException	类型转换异常
ArraylndexOutOfBoundsException	数组越界异常
ArithmeticException	算术异常
InternalException	Java 系统内部异常
lOException	在一般情况下不能完成输入/输出操作时所产生的异常
EOFException	打开文件没有数据可以读取时所产生的异常
FileNotFoundException	在文件系统中找不到文件名称或路径时所产生的异常
ClassNotFoundException	找不到类或接口时所产生的异常
IllegalAccessException	类定义不明确时所产生的异常
NegativeArraySizeException	指定数组维数为负值时所产生的异常
NumberFormatException	数字格式化时所产生的异常

Error 类定义了在通常环境下不希望被程序捕获的问题，通常是与虚拟机相关的问题，如虚拟机错误、堆栈溢出和系统崩溃等，这些错误系统无法捕获并处理。对于这些错误开发者无能为力，将导致应用程序中断。

Java 中的 Exception 类可以进一步细分为运行时异常（也称为非受检异常）和编译时异常（也称为抽检异常）。

运行时异常都是 RuntimeException 类及其子类异常，如 NullPointerException、IndexOutOfBoundsException 等。此类异常是非受检异常，即编译器不会检查开发者是否为可能出现的异常提供了处理逻辑。程序可以选择捕获处理，也可以不处理。此类异常一般是由程序逻辑错误引起的，开发者应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。

编译时异常是指 RuntimeException 以外的异常，属于 Exception 类及其子类异常。从程序语法角度讲必须处理的异常如果不处理，程序就不能编译通过，如 IOException、ClassNotFoundException，以及用户自定义的 Exception 异常等。

异常的常用方法

java.lang.Throwable 是所有 Exception 类和 Error 类的父类，其中声明的方法被所有 Exception 类继承。Throwable 类中声明的常用的方法有 getMessage()、getLocalizedMessage()、getCause()和printStackTrace()，下面介绍这些方法：

getMessage()：在 Throwable 类中定义了一个使用 private 修饰的 String 类型的属性，名为 detailMessage，用于记录本次异常的详细信息，也可以用来记录产生本次异常的原因。调用 getMessage() 方法可以返回 detailMessage 属性的值，若该异常没有封装详细信息则返回null。
getLocalizedMessage()：返回 Throwable 类的本地化描述，子类可能会覆盖该方法以便产生特定于本地的消息，对于未覆盖该方法的子类，默认返回调用 getMessage() 方法的结果。
getCause()：若当前异常是由另一个异常导致的，则返回该异常对象，反之则返回 null。
printStackTrace()：打印异常信息在程序中出错的位置及原因。System.out.println(e) 方法的作用也是打印出异常，并且输出在哪里出现异常。而 e.printStackTrace() 方法不仅打印出异常，还将显示出更深的调用信息。

接下来通过实例来介绍异常类的常用方法。

【实例】异常类的常用方法。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 新建异常对象，传入自定义的消息
        RuntimeException el = new RuntimeException("el 的自定义异常原因");
        System.out.println("------el.getMessage()-----");
        System.out.println(el.getMessage());
        System.out.println("------el.getCause()-----\n");
        // 当无其他异常导致该异常时，返回null
        System.out.println(el.getCause());
        System.out.println("------el.printStackTrace()-----\n");
        // 该方法中包含对打印方法的调用，信息中包含方法调用轨迹
        // 该方法默认使用 System.err 打印信息
        // 本实例指定使用 System.out 打印信息
        el.printStackTrace(System.out);
        // 创建一个新的异常对象，设置由el导致了该异常
        RuntimeException e2 = new RuntimeException("e2 的自定义异常原因", el);
        System.out.println("-----e2.getCause()-----");
        // 返回el的信息
        System.out.println(e2.getCause());
        System.out.println("-----e2.printStackTrace()-----");
        // 信息中会使用"Caused by:"显示导致当前异常的底层异常信息
        e2.printStackTrace(System.out);
    }
}

运行结果为：

------el.getMessage()-----
el 的自定义异常原因
------el.getCause-----
null
------el.printStackTrace()-----
java.lang.RuntimeException: el 的自定义异常原因
-----e2.getCause()-----
java.lang.RuntimeException: el 的自定义异常原因
-----e2.printStackTrace()-----
java.lang.RuntimeException: e2 的自定义异常原因
Caused by: java.lang.RuntimeException: el 的自定义异常原因
at Test.main(Test.java:23)

Java异常处理机制详解

Java的异常的分类

异常的常用方法

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