Java：详解Java中的异常(Error与Exception)
一、 异常机制的概述
异常机制是指当程序出现错误后，程序如何处理。具体来说，异常机制提供了程序退出的安全通道。当出现错误后，程序执行的流程发生改变，程序的控制权转移到异常处理器。
程序错误分为三种：1.编译错误；2.运行时错误；3.逻辑错误。
（1）编译错误是因为程序没有遵循语法规则，编译程序能够自己发现并且提示我们错误的原因和位置，这个也是大家在刚接触编程语言最常遇到的问题。
（2）运行时错误是因为程序在执行时，运行环境发现了不能执行的操作。
（3）逻辑错误是因为程序没有按照预期的逻辑顺序执行。异常也就是指程序运行时发生错误，而异常处理就是对这些错误进行处理和控制。
二、 异常的结构
在 Java 中，所有的异常都有一个共同的祖先 Throwable（可抛出）。Throwable 指定代码中可用异常传播机制通过 Java 应用程序传输的任何问题的共性。
Throwable： 有两个重要的子类：Exception（异常）和 Error（错误），二者都是 Java 异常处理的重要子类，各自都包含大量子类。异常和错误的区别是：异常能被程序本身可以处理，错误是无法处理。
Throwable类中常用方法如下：
1. 返回异常发生时的详细信息
public string getMessage();
2. 返回异常发生时的简要描述
public string toString();
3. 返回异常对象的本地化信息。使用Throwable的子类覆盖这个方法，可以声称本地化信息。如果子类没有覆盖该方法，则该方法返回的信息与getMessage（）返回的结果相同
public string getLocalizedMessage();
4. 在控制台上打印Throwable对象封装的异常信息
public void printStackTrace();Error（错误）:是程序无法处理的错误，表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的操作无关，而表示代码运行时 JVM（Java 虚拟机）出现的问题。例如，Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError），当 JVM 不再有继续执行操作所需的内存资源时，将出现 OutOfMemoryError。这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。这些错误表示故障发生于虚拟机自身、或者发生在虚拟机试图执行应用时，如Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError）、类定义错误（NoClassDefFoundError）等。这些错误是不可查的，因为它们在应用程序的控制和处理能力之 外，而且绝大多数是程序运行时不允许出现的状况。对于设计合理的应用程序来说，即使确实发生了错误，本质上也不应该试图去处理它所引起的异常状况。在 Java中，错误通过Error的子类描述。
Exception（异常）:是程序本身可以处理的异常。Exception 类有一个重要的子类RuntimeException。RuntimeException 类及其子类表示“JVM 常用操作”引发的错误。例如，若试图使用空值对象引用、除数为零或数组越界，则分别引发运行时异常（NullPointerException、ArithmeticException）和 ArrayIndexOutOfBoundException。
Exception（异常）分两大类：运行时异常和非运行时异常(编译异常)。程序中应当尽可能去处理这些异常。
1.运行时异常：都是RuntimeException类及其子类异常，如NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)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。运行时异常的特点是Java编译器不会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，即使没有用try-catch语句捕获它，也没有用throws子句声明抛出它，也会编译通过。
2.非运行时异常 （编译异常）：是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、SQLException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。
通常，Java的异常（Throwable）分为可查的异常（checked exceptions）和不可查的异常（unchecked exceptions）。
1. 可查异常（编译器要求必须处置的异常）：正确的程序在运行中，很容易出现的、情理可容的异常状况。除了Exception中的RuntimeException及RuntimeException的子类以外，其他的Exception类及其子类(例如：IOException和ClassNotFoundException)都属于可查异常。这种异常的特点是Java编译器会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，要么用try-catch语句捕获它，要么用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。
2. 不可查异常(编译器不要求强制处置的异常)：包括运行时异常（RuntimeException与其子类）和错误（Error）。RuntimeException表示编译器不会检查程序是否对RuntimeException作了处理，在程序中不必捕获RuntimException类型的异常，也不必在方法体声明抛出RuntimeException类。RuntimeException发生的时候，表示程序中出现了编程错误，所以应该找出错误修改程序，而不是去捕获RuntimeException。
三、 异常处理的机制
在 Java 应用程序中，异常处理机制为：抛出异常，捕捉异常。
1. 抛出异常：当一个方法出现错误引发异常时，方法创建异常对象并交付运行时系统，异常对象中包含了异常类型和异常出现时的程序状态等异常信息。运行时系统负责寻找处置异常的代码并执行。。
任何Java代码都可以抛出异常，如：自己编写的代码、来自Java开发环境包中代码，或者Java运行时系统。无论是谁，都可以通过Java的throw语句抛出异常。从方法中抛出的任何异常都必须使用throws子句。
3.1、throws抛出异常
如果一个方法可能会出现异常，但没有能力处理这种异常，可以在方法声明处用throws子句来声明抛出异常。例如汽车在运行时可能会出现故障，汽车本身没办法处理这个故障，那就让开车的人来处理。
throws语句用在方法定义时声明该方法要抛出的异常类型，如果抛出的是Exception异常类型，则该方法被声明为抛出所有的异常。多个异常可使用逗号分割。throws语句的语法格式为：
methodname throws Exception1,Exception2,..,ExceptionN { } 方法名后的throws Exception1,Exception2,…,ExceptionN 为声明要抛出的异常列表。当方法抛出异常列表的异常时，方法将不对这些类型及其子类类型的异常作处理，而抛向调用该方法的方法，由他去处理。
使用throws关键字将异常抛给调用者后，如果调用者不想处理该异常，可以继续向上抛出，但最终要有能够处理该异常的调用者。
Throws抛出异常的规则：
1: 如果是不可查异常（unchecked exception），即Error、RuntimeException或它们的子类，那么可以不使用throws关键字来声明要抛出的异常，编译仍能顺利通过，但在运行时会被系统抛出。
2: 如果一个方法可能出现可查异常（checked exception），要么用try-catch语句捕获，要么用throws子句声明将它抛出，否则会导致编译错误。
3: 只有当抛出了异常时，该方法的调用者才必须处理或者重新抛出该异常。当方法的调用者无力处理该异常的时候，应该继续抛出。
4: 调用方法必须遵循任何可查异常的处理和声明规则。若覆盖一个方法，则不能声明与覆盖方法不同的异常。声明的任何异常必须是被覆盖方法所声明异常的同类或子类。
例子1
package com.softeem.wolf.exception;
/**
* Created by 苍狼
* Time on 2021-10-28
*/
public class ExceptionTest02 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("程序执行开始的地方...");
try{
method1();
} catch (ArithmeticException e){
System.out.println("我来解决这个问题了...");
} finally {
System.out.println("我是main中finally执行的代码.....");
}
System.out.println("main方法执行的最后一个方法....");
}
public static void method1() throws ArithmeticException{
int a = 10;
int b = 0;
System.out.println("进入异常的开头....");
System.out.println(a/b);
System.out.println("try结束所执行的.....");
System.out.println("正常执行");
System.out.println("我是method1()最后执行的代码....");
}
}执行结果
程序执行开始的地方...
进入异常的开头....
我来解决这个问题了...
我是main中finally执行的代码.....
main方法执行的最后一个方法....
代码分析: 首先main方法开始执行, 执行第一个语句, 然后调用method1()方法, 但执行到System.out.println(a/b)时报错, 但是method1()方法并没有解决这个异常, 所以method1()后面的代码终止执行, 回到main方法中, main方法将其解决了, 执行了catch{}里面语句, 最后finally{}语句, 最后执行main方法最后的语句.
例子2
package com.softeem.wolf.exception;
/**
* Created by 苍狼
* Time on 2021-10-28
*/
public class ExceptionTest02 {
public static void main(String[] args) throws ArithmeticException{
System.out.println("程序执行开始的地方...");
try{
method1();
} finally {
System.out.println("我是main中finally执行的代码.....");
}
System.out.println("main方法执行的最后一个方法....");
}
public static void method1() throws ArithmeticException{
int a = 10;
int b = 0;
System.out.println("进入异常的开头....");
System.out.println(a/b);
System.out.println("try结束所执行的.....");
System.out.println("正常执行");
System.out.println("我是method1()最后执行的代码....");
}
}
运行结果
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
at com.softeem.wolf.exception.ExceptionTest02.method1(ExceptionTest02.java:23)
at com.softeem.wolf.exception.ExceptionTest02.main(ExceptionTest02.java:11)
程序执行开始的地方...
进入异常的开头....
我是main中finally执行的代码.....
代码分析: 首先也是执行main方法的开始语句, 后面跳到method1()中, 执行到了System.out.println(a/b)语句时, 发现异常, 但是method1()并没有将他解决, 所以method1()方法终止执行, 回跳到main方法中, 但是main()方法也没有对他进行解决, 所以main方法也结束了, 不继续执行了. 但是由于finally的存在, 所以它得执行完finally{}语句之后在结束.
3.2、使用throw抛出异常
throw总是出现在方法体中，用来抛出一个Throwable类型的异常。程序会在throw语句后立即终止，它后面的语句执行不到，然后在包含它的所有try块中（可能在上层调用函数中）从里向外寻找含有与其匹配的catch子句的try块。
我们知道，异常是异常类的实例对象，我们可以创建异常类的实例对象通过throw语句抛出。该语句的语法格式为：
throw new exceptionname;例如抛出一个IOException类的异常对象：
throw new IOException;
要注意的是，throw 抛出的只能够是可抛出类Throwable 或者其子类的实例对象。下面的操作是错误的，因为String 不是Throwable 类的子类。
throw new String("exception");
如果抛出了可查异常，则还应该在方法头部声明方法可能抛出的异常类型。该方法的调用者也必须检查处理抛出的异常。
如果所有方法都层层上抛获取的异常，最终JVM会进行处理，处理也很简单，就是打印异常消息和堆栈信息。如果抛出的是Error或RuntimeException，则该方法的调用者可选择处理该异常。
throw的示例
package com.softeem.wolf.exception;
/**
* Created by 苍狼
* Time on 2021-10-28
*/
public class ExceptionTest02 {
public static void main(String[] args) throws ArithmeticException{
System.out.println("程序执行开始的地方...");
try{
method1();
//当这里有异常发生时, 后面的代码也都不会执行, 这里指的就是method1()方法有异常
//System.out.println("这里的代码不会在执行了...");
} catch (ArithmeticException e){
System.out.println("解决异常");
} finally{
System.out.println("我是main中finally执行的代码.....");
}
System.out.println("main方法执行的最后一个方法....");
}
public static void method1(){
int a = 10;
int b = 0;
System.out.println("进入异常的开头....");
throw new ArithmeticException();
//System.out.println("这里不能再写程序了....");
}
}
运行结果:
程序执行开始的地方...
进入异常的开头....
解决异常
我是main中finally执行的代码.....
main方法执行的最后一个方法....
代码分析: main方法开始执行, 执行开头语句, 然后调用method1()方法, 进入method1()方法, 但执行到throw new ArithmeticException(); 退出执行, 这里注意(throw new ArithmeticException(); 后面不能再继续写程序了, 会报错), 然后跳到main方法, main方法对它进行了解决, main方法的程序正常执行.
3.3、比较
3.3.1、在声明方法时候抛出异常
语法：throws（略）
问1: 为什么要在声明方法抛出异常？
答：方法是否抛出异常与方法返回值的类型一样重要。假设方法抛出异常却没有声明该方法将抛出异常，那么客户程序员可以调用这个方法而且不用编写处理异常的代码。那么，一旦出现异常，那么这个异常就没有合适的异常控制器来解决。
问2: 为什么抛出的异常一定是可检查异常(除了Exception中的RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类)？
答：RuntimeException与Error可以在任何代码中产生，它们不需要由程序员显示的抛出，一旦出现错误，那么相应的异常会被自动抛出。遇到Error，程序员一般是无能为力的；遇到RuntimeException，那么一定是程序存在逻辑错误，要对程序进行修改；只有可检查异常才是程序员所关心的，程序应该且仅应该抛出或处理可检查异常。而可检查异常是由程序员抛出的，这分为两种情况：客户程序员调用会抛出异常的库函数；客户程序员自己使用throw语句抛出异常。
注意： 覆盖父类某方法的子类方法不能抛出比父类方法更多的异常，所以，有时设计父类的方法时会声明抛出异常，但实际的实现方法的代码却并不抛出异常，这样做的目的就是为了方便子类方法覆盖父类方法时可以抛出异常。(重写方法抛出的异常一定要比父类方法更加精确, 也就是范围更小, 同样也不能抛出父类没有的异常).
3.3.2、在方法中抛出异常
语法：throw（略）
问1: 抛出什么异常？
答：对于一个异常对象，真正有用的信息是异常的对象类型，而异常对象本身毫无意义。比如一个异常对象的类型是ClassCastException，那么这个类名就是唯一有用的信息。所以，在选择抛出什么异常时，最关键的就是选择异常的类名能够明确说明异常情况的类。
异常对象通常有两种构造函数：一种是无参数的构造函数；另一种是带一个字符串的构造函数，这个字符串将作为这个异常对象除了类型名以外的额外说明。
问2: 为什么要使用finally块释放资源?
答: finally关键字保证无论程序使用任何方式离开try块，finally中的语句都会被执行。因此，当你需要一个地方来执行在任何情况下都必须执行的代码时，就可以将这些代码放入finally块中。当你的程序中使用了外界资源，如数据库连接，文件等，必须将释放这些资源的代码写入finally块中。
注意： 在finally块中不能抛出异常。JAVA异常处理机制保证无论在任何情况下必须先执行finally块然后再离开try块，因此在try块中发生异常的时候，JAVA虚拟机先转到finally块执行finally块中的代码，finally块执行完毕后，再向外抛出异常。如果在finally块中抛出异常，try块捕捉的异常就不能抛出，外部捕捉到的异常就是finally块中的异常信息，而try块中发生的真正的异常堆栈信息则丢失了。
2. 捕获异常：在方法抛出异常之后，运行时系统将转为寻找合适的异常处理器（exception handler）。潜在的异常处理器是异常发生时依次存留在调用栈中的方法的集合。当异常处理器所能处理的异常类型与方法抛出的异常类型相符时，即为合适 的异常处理器。运行时系统从发生异常的方法开始，依次回查调用栈中的方法，直至找到含有合适异常处理器的方法并执行。当运行时系统遍历调用栈而未找到合适 的异常处理器，则运行时系统终止。同时，意味着Java程序的终止。
3.4、try-catch语句
在Java中，异常通过try-catch语句捕获。其一般语法形式为：
try {
// 可能会发生异常的程序代码
} catch (Type1 id1){
// 捕获并处置try抛出的异常类型Type1
} catch (Type2 id2){
//捕获并处置try抛出的异常类型Type2
}
关键词try后的一对大括号将一块可能发生异常的代码包起来，称为监控区域。
Java方法在运行过程中出现异常，则创建异常对象。将异常抛出监控区域之外，由Java运行时系统试图寻找匹配的catch子句以捕获异常。若有匹配的catch子句，则运行其异常处理代码，try-catch语句结束。
匹配的原则是：如果抛出的异常对象属于catch子句的异常类，或者属于该异常类的子类，则认为生成的异常对象与catch块捕获的异常类型相匹配。
注意：一旦某个catch捕获到匹配的异常类型，将进入异常处理代码。一经处理结束，就意味着整个try-catch语句结束。其他的catch子句不再有匹配和捕获异常类型的机会。
注意: Java通过异常类描述异常类型，对于有多个catch子句的异常程序而言，应该尽量将捕获底层异常类的catch子句放在前面，同时尽量将捕获相对高层的异常类的catch子句放在后面。否则，捕获底层异常类的catch子句将可能会被屏蔽。
例如：RuntimeException异常类包括运行时各种常见的异常，ArithmeticException类和ArrayIndexOutOfBoundsException类都是它的子类。因此，RuntimeException异常类的catch子句应该放在 最后面，否则可能会屏蔽其后的特定异常处理或引起编译错误
3.5、try-catch-finally语句
try-catch语句还可以包括第三部分，就是finally子句。它表示无论是否出现异常，都应当执行的内容。try-catch-finally语句的一般语法形式为：
try {
// 可能会发生异常的程序代码
} catch (Type1 id1){
// 捕获并处置try抛出的异常类型Type1
} catch (Type2 id2){
//捕获并处置try抛出的异常类型Type2
}finally {
// 无论是否发生异常，都将执行的语句块
}
try、catch、finally语句块的执行顺序:
1)当try没有捕获到异常时：try语句块中的语句逐一被执行，程序将跳过catch语句块，执行finally语句块和其后的语句；
2)当try捕获到异常，catch语句块里没有处理此异常的情况：此异常将会抛给JVM处理，finally语句块里的语句还是会被执行，但finally语句块后的语句不会被执行；
3)当try捕获到异常，catch语句块里有处理此异常的情况：在try语句块中是按照顺序来执行的，当执行到某一条语句出现异常时，程序将跳到catch语句块，并与catch语句块逐一匹配，找到与之对应的处理程序，其他的catch语句块将不会被执行，而try语句块中，出现异常之后的语句也不会被执行，catch语句块执行完后，执行finally语句块里的语句，最后执行finally语句块后的语句。
3.6、小结
1: try 块：用于捕获异常。其后可接零个或多个catch块，如果没有catch块，则必须跟一个finally块。
2: catch 块：用于处理try捕获到的异常。
3: finally 块：无论是否捕获或处理异常，finally块里的语句都会被执行。当在try块或catch块中遇 到return语句时，finally语句块将在方法返回之前被执行。在以下4种特殊情况下，finally块不会被执行：
1）在finally语句块中发生了异常。
2）在前面的代码中用了System.exit()退出程序。
3）程序所在的线程死亡。
4）关闭CPU。
详细了解try-catch-finallyz中return返回情况，可查看文章《Java：简述try-catch-finally中return返回》。
注意:
对于错误、运行时异常、可查异常，Java技术所要求的异常处理方式有所不同。
1. 错误：对于方法运行中可能出现的Error，当运行方法不欲捕捉时，Java允许该方法不做任何抛出声明。因为，大多数Error异常属于永远不能被允许发生的状况，也属于合理的应用程序不该捕捉的异常。
2. 运行时异常：由于运行时异常的不可查性，为了更合理、更容易地实现应用程序，Java规定，运行时异常将由Java运行时系统自动抛出，允许应用程序忽略运行时异常。
3. 可查异常：对于所有的可查异常，Java规定：一个方法必须捕捉，或者声明抛出方法之外。也就是说，当一个方法选择不捕捉可查异常时，它必须声明将抛出异常。
能够捕捉异常的方法，需要提供相符类型的异常处理器。所捕捉的异常，可能是由于自身语句所引发并抛出的异常，也可能是由某个调用的方法或者Java运行时 系统等抛出的异常。也就是说，一个方法所能捕捉的异常，一定是Java代码在某处所抛出的异常。简单地说，异常总是先被抛出，后被捕捉的。
异常抛出：任何Java代码都可以抛出异常，如：自己编写的代码、来自Java开发环境包中代码，或者Java运行时系统。无论是谁，都可以通过Java的throw语句抛出异常。从方法中抛出的任何异常都必须使用throws子句。
异常捕获：捕捉异常通过try-catch语句或者try-catch-finally语句实现。
总体来说，Java规定：对于可查异常必须捕捉、或者声明抛出。允许忽略不可查的RuntimeException和Error。
四、Java常见异常
4.1、RuntimeException子类:
4.2、IOException
4.3、其他
五、相关的问题
5.1、为什么要创建自己的异常？
答：当Java内置的异常都不能明确的说明异常情况的时候，需要创建自己的异常。
5.2、应该在声明方法抛出异常还是在方法中捕获异常？
答：捕捉并处理知道如何处理的异常，而抛出不知道如何处理的异常。