Java编程思想笔记12.异常处理

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Java异常处理的目的在于通过使用少于目前数量的代码来简化大型、可靠的程序的生成，并且通过这种方式可以使你更自信：你的应用中没有未处理的错误。

12.1 概念

异常机制使代码的阅读、编写和调试工作更加井井有条。

12.2 基本异常

异常情形：是指组织当前方法或作用域继续执行的问题。
抛出异常：异常情形发生时，程序在当前环境无法获得必要的信息来解决问题，不能继续执行，这是只能从当前环境跳出，把问题提交给上一级环境。

抛出异常流程

1. 在堆上new一个异常对象
2. 当前执行路径种植，并且从当前环境中弹出对异常对象的引用
3. 异常处理机制接管程序，并开始寻找一个恰当的地方（异常处理程序）来执行程序。

异常的作用

1. 异常是我们可以将每件事都当作一个事务来考虑，而异常可以看护着这些事务的底线
2. 异常可以看作是一种内建的恢复系统，当程序的某部分失败了，异常将“恢复”到程序中某个已知的稳定点。
3. 异常最重要的方面就是如果发生问题，不允许程序沿着其正常的路径继续走下去。

12.2.1 异常参数

所有标准异常类都有两个构造器：一个是默认构造器；另一个是接受字符串（错误信息）作为参数。

12.3 捕获异常

监控区域：一段可能产生异常的代码，并且后面跟着处理这些异常的代码。

12.3.1 try块

把所有可能产生异常的动作放到try块中，然后在一个地方就可以捕获所有异常。

12.3.2 异常处理程序

抛出的异常必须在某处得到处理，这个地点就是异常处理程序，以紧跟在try块之后的catch块表示。
catch块可以有多个，当异常被抛出时，异常处理程序只会处理第一个匹配的抛出异常，然后不会再执行剩下的语句。

12.3.3 终止与恢复

异常处理理论上有两种基本模型：

• Java支持终止模型，这这种模型中，假设错误非常关键，以至于程序无法返回到异常发生的地方继续执行。一旦异常被抛出，就表明错误已无法挽回，也不能回来继续执行。
• 另一种成为恢复模型，意思是异常处理程序的工作是执行错误，然后重新尝试调用出问题的方法，并认为第二次可以成功。回复模型不实用的主要原因是它所导致的耦合：恢复性的处理程序需要了解异常抛出的地点，这势必要包含依赖于抛出位置的非通用性代码。

12.4 创建自定义异常

Java提供的异常体系不可能预见所有的希望加以报告的错误，所以可以自己定义异常类。创建自定义异常类，必须从已有的异常类继承，最好是选择意思相近的异常类继承。

System.err与System.out

通过System.err可以将错误发送给标准错误流，这通常比把信息输出到System.out要好，因为System.out也许会被重定向，而System.err不会。e.printStackTrace()也是把信息发送给System.err。

12.4.1 异常与记录日志

class LoggingException extends Exception {
    private static final Logger LOGGER = Logger.getLogger("LoggingException");

    public LoggingException() {
//        StringWriter writer = new StringWriter();
//        printStackTrace(new PrintWriter(writer));
        LOGGER.severe(this.toString());
    }
}

如上所示：可以把异常的信息打印到日志java.util.logging中，默认的日志输出是System.err，也可以配置为文件等。

public class Test {
    private static final Logger LOGGER = Logger.getLogger("Test");

    static void logException(Exception e) {
//        StringWriter writer = new StringWriter();
//        printStackTrace(new PrintWriter(writer));
        LOGGER.severe(e.toString());
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            throw new RuntimeException();
        } catch (Exception e) {
            logException(e);
        }
    }
}

如上所示：一般来说，在自定义的异常类（以及其他人的异常类）中不会耦合日志系统的信息，我们需要捕获异常然后输出异常信息到日志系统，所以需要在异常处理程序中产生日志消息。
一般来说，异常最重要的信息就是抛出的异常类本身，其他的功能基本上不用去管。

12.5 异常说明

可以在方法上用throws关键字主动声明该方法会抛出哪些异常，来告诉调用此方法的程序员去处理这些异常。这种在编译时被强制检查的异常称为被检查的异常。

void f() throws Exception {
}

注意：

1. 即使没有throws并不表示此方法不会抛出异常。
2. 如果方法中产生了异常却没有处理，编译器会强制你要么处理这个异常，要么就主动声明抛出这种异常。
3. 可以声明抛出异常，实际上却不抛出。这样的好处是为异常先占个位子，在定义抽象类和接口的时候尤为重要，这样派生类或接口就能抛出这些预先声明的异常。

12.6 捕获所有异常

因为Exception是所有异常的基类，所以通过catch(Exception e)可以捕获所有异常。
尽量捕获子类的异常，这样可以携带更加细节的信息，最好把catch(Exception e)放在处理程序的末尾，防止它在其他处理程序之前先把异常捕获了。

12.6.1 栈轨迹

• printStackTrace()方法所提供的信息可以通过getStackTrace()方法来直接访问，这个方法返回由栈轨迹中的所有元素构成的数组，其中每一个元素都表示栈中的一帧。
• 数组中第0个元素是栈顶元素，并且是调用序列中的最后一个方法调用，并且数组中元素下标按照调用过程逆序排列。
• 数组中每个元素StackTraceElement，由类名、方法名、文件名、第几行组成。

12.6.2 重新抛出异常

• 可以把捕获的异常在catch块中向上一级环境中抛出，此时同一个try块中其他catch块将会被忽略。
• 调用e.fillInStackTrace()可以返回一个Throwable对象，它是通过把当前的调用栈信息填入原来的异常对象，此时该行将成为异常新的发生地，之前的异常在printStackTrace()方法中将不会打印（但没有丢失）。
• 捕获原来的异常之后可以抛出另一个新的异常，效果类似与e.fillInStackTrace()，不同的是有关原来异常发生点的信息会被丢失，只剩下新的异常抛出点。

12.6.3 异常链

• 捕获原来的异常之后可以抛出另一个新的异常，并且希望把原始异常的信息保存下来，这就是异常链。
• Throwable的子类在构造器中接受一个cause对象作为参数，这个cause就表示原始异常，此时就可以在抛出新异常的同时追踪到之前的异常。
• 要注意的是，Throwable的子类并不一定有这个构造器，此时你可以用initCause()方法。
• 通过e.getCause()获取原始异常。

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        try {
            g();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void f() throws Exception {
        throw new IndexOutOfBoundsException();
    }

    private static void g() throws Exception {
        try {
            f();
        } catch (Exception e) {
            // throw new RuntimeException(e);
            RuntimeException ee = new RuntimeException();
            ee.initCause(e);
            throw ee;
        }
    }
}
// Output:
java.lang.RuntimeException: java.lang.IndexOutOfBoundsException
    at s2.Test.g(Test.java:26)
    at s2.Test.main(Test.java:11)
Caused by: java.lang.IndexOutOfBoundsException
    at s2.Test.f(Test.java:18)
    at s2.Test.g(Test.java:23)
    ... 1 more

12.7 Java标准异常

异常图.jpg

Throwable这个类被用来表示任何可以作为异常抛出的类。它分为两种类型：

1. Error：表示编译时和系统错误，除特殊情况外，我们不需要理会此异常。
2. Exception：可以被抛出的异常，在JAVA类库、用户方法及运行时故障中都可能抛出的异常，我们通常关心此异常。

12.7.1 RuntimeException

运行时异常（也称为不受检查异常）会被JVM自动抛出，所以不需要异常说明中把它们列出来。

只能在代码中忽略RuntimeException及其子类型的异常，其它类型的异常的处理都是由编译器强制执行的，RuntimeException代表的是编程错误：

1. 无法预料的错误，比如从控制范围外传递来的null引用。
2. 程序员应该在代码中检查及避免的错误。
3. 在一个地方发生的异常，常常会在另一个地方发生错误。

不应该把异常处理机制当做是单一的用途的工具

虽然它被设计用来处理一些烦人的运行时错误，这些错误往往是由代码控制范围外的不确定因素导致的，但是它对于发现某些编译器无法检测到的编程错误也是很有帮助的。

12.8 使用finally进行清理

无论异常是否被抛出，finally块中的语句总会被执行到。

12.8.1 finally用来做什么

对于没有垃圾回收和析构函数自动调用机制的语言来说，finally非常重要。它能使程序员保证：无论try块里发生了什么，内存总能得到释放。
对Java来说，当要把除内存之外的资源恢复到它们的初始状态时，就要用到finally子句。如已经打开对文件或网络连接。

12.8.2 return与finally

1. 不管有没有出现异常，finally块中代码都会执行；
2. 当try和catch中有return时，finally仍然会执行；
3. finally是在return后面的表达式运算后执行的（此时并没有返回运算后的值，而是先把要返回的值保存起来，不管finally中的代码怎么样，返回的值都不会改变，任然是之前保存的值），所以函数返回值是在finally执行前确定的；
4. finally中最好不要包含return，否则程序会提前退出，返回值不是try或catch中保存的返回值。

12.8.3 缺憾：异常丢失

        try {
            throw new IllegalAccessException();
        } catch (Exception e) {
//            throw new IndexOutOfBoundsException();
            return;
        }

如果在finally块中重新抛出或直接return都会使原来的异常丢失。

12.9 异常的限制

• 当覆盖方法的时候，只能抛出在基类方法的异常说明中列出的那些异常（此处异常指检查性异常）。因为如果子类抛出的异常>父类抛出的异常的话，在向上转型的时候，就父类方法并没有声明子类抛出的异常，这样就会忽略掉该异常。换句话说，在继承和覆盖的时候异常只能缩小不能扩大。
• 异常限制对构造器不起作用
• 子类构造器不能捕获父类构造器的异常（因为调用父类构造器必须是第一行语句）。

12.10 构造器

• 对于在构造阶段可能会抛出异常，并要求清理的类，最安全的做法是使用嵌套的try子句。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            A a = new A();
            try {
                a.func();
            } finally {
                a.dispose();
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println();
        }
    }
}

class A {
    public A() throws IOException {
    }
    
    public void func() {}
    
    // 清理该对象相关资源
    public void dispose() {}
}

• 虽然嵌套的try子句是合法的，但是嵌套的try语句并不是一种很优雅的编码方式。Java7中新增了可以在try()自动关闭流的写法。
• 在创建需要清理的对象之后，立即进入一个try-finally语句块。
• finally块中依然有可能抛出异常，所以你可能需要额外的try-finally代码块。

12.11 异常匹配

抛出异常的时候，异常处理系统会按照代码的书写顺序找出“最近”的处理程序。找到匹配的处理程序之后，它就认为异常将得到处理，然后就不再继续查找。
查找的时候并不要求抛出的异常同处理程序所声明的异常完全匹配，派生类的对象也可以匹配其基类的处理程序。

12.12 其他可选方式

异常处理的一个重要原则：只有在你知道如何处理的情况下才捕获异常。
异常处理的一个重要目标：就是把错误处理的代码同错误发生的地点相分离。

“被检查的异常”使得问题变得有些复杂，因为你可能还没准备好处理错误的时候，就被迫加上了try-catch语句，这时如果吞掉异常，将会产生严重的问题。

12.12.1 历史：略

12.12.2 观点：略

12.12.3 把异常传递给控制台

最简单而不用写多少代码就能保护异常信息的方法，就是把它们传递给控制台（及日志文件等）。

12.12.4 把“被检查的异常”转换为“不检查的异常”

try{
    //…to do something useful
} catch(IDontKnowWahtToDoWithThisCheckException e){
    throw new RuntimeException(e);
}

把“被检查的异常”转换为“不检查的异常”：如果想把“被检査的异常”这种功能“屏蔽”掉的话，这看上去像是一个好办法。不用“吞下”异常，也不必把它放到方法的异常说明里面，而异常链还能保证你不会丢失任何原始异常的信息 。
继续向上抛出异常：你可以不写try-catch子句或异常说明，直接忽略异常，让它自己沿着调用栈往上“冒泡”。

12.13 异常使用指南

1. 在恰当的级別处理问题。（在知道该如何处理的情况下才捕获异常）
2. 解决问题并且重新调用产生异常的方法。
3. 进行少许修补，然后绕过异常发生的地方继续执行。
4. 用别的数据进行计算，以代替方法预计会返回的值。
5. 把当前运行环境下能做的事情尽量做完，然后把相同的异常重抛到更高层。
6. 把当前运行坏境下能做的事情尽量做完，然后把不同的异常抛到更高层。
7. 终止程序。
8. 进行简化。（如果你的异常模式使问题变得太复杂，那用起来会非常痛著也很烦人）
9. 让类库和程序更安全。（这既是在为调试做短期投资，也是在为程序的健壮做长期投资）