Java的异常

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在计算机程序运行的过程中，总是会出现各种各样的错误。

有一些错误是用户造成的，比如，希望用户输入一个 int 类型的年龄，但是用户的输入是abc：

// 假设用户输入了 abc：
String s = "abc";
int n = Integer.parseInt(s); // NumberFormatException!

程序想要读写某个文件的内容，但是用户已经把它删除了：

// 用户删除了该文件：
String t = readFile("C:\\abc.txt"); // FileNotFoundException!

还有一些错误是随机出现，并且永远不可能避免的。比如：

网络突然断了，连接不到远程服务器；
内存耗尽，程序崩溃了；
用户点“打印”，但根本没有打印机；
……

所以，一个健壮的程序必须处理各种各样的错误。

所谓错误，就是程序调用某个函数的时候，如果失败了，就表示出错。

调用方如何获知调用失败的信息？有两种方法：

方法一：约定返回错误码。

例如，处理一个文件，如果返回0，表示成功，返回其他整数，表示约定的错误码：

int code = processFile("C:\\test.txt");
if (code == 0) {// ok:
} else {// error:
    switch (code) {case 1:
        // file not found:
    case 2:
        // no read permission:
    default:
        // unknown error:
    }
}

因为使用 int 类型的错误码，想要处理就非常麻烦。这种方式常见于底层 C 函数。

方法二：在语言层面上提供一个异常处理机制。

Java 内置了一套异常处理机制，总是使用异常来表示错误。

异常是一种class，因此它本身带有类型信息。异常可以在任何地方抛出，但只需要在上层捕获，这样就和方法调用分离了：

try {String s = processFile(“C:\\test.txt”);
    // ok:
} catch (FileNotFoundException e) {// file not found:
} catch (SecurityException e) {// no read permission:
} catch (IOException e) {// io error:
} catch (Exception e) {// other error:
}

因为 Java 的异常是class，它的继承关系如下：

                     ┌───────────┐
                     │  Object   │
                     └───────────┘
                           ▲
                           │
                     ┌───────────┐
                     │ Throwable │
                     └───────────┘
                           ▲
                 ┌─────────┴─────────┐
                 │                   │
           ┌───────────┐       ┌───────────┐
           │   Error   │       │ Exception │
           └───────────┘       └───────────┘
                 ▲                   ▲
         ┌───────┘              ┌────┴──────────┐
         │                      │               │
┌─────────────────┐    ┌─────────────────┐┌───────────┐
│OutOfMemoryError │... │RuntimeException ││IOException│...
└─────────────────┘    └─────────────────┘└───────────┘
                                ▲
                    ┌───────────┴─────────────┐
                    │                         │
         ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────────────┐
         │NullPointerException │ │IllegalArgumentException │...
         └─────────────────────┘ └─────────────────────────┘

从继承关系可知：Throwable是异常体系的根，它继承自 Object。Throwable 有两个体系：Error和 Exception，Error 表示严重的错误，程序对此一般无能为力，例如：

OutOfMemoryError：内存耗尽
NoClassDefFoundError：无法加载某个 Class
StackOverflowError：栈溢出

而 Exception 则是运行时的错误，它可以被捕获并处理。

某些异常是应用程序逻辑处理的一部分，应该捕获并处理。例如：

NumberFormatException：数值类型的格式错误
FileNotFoundException：未找到文件
SocketException：读取网络失败

还有一些异常是程序逻辑编写不对造成的，应该修复程序本身。例如：

NullPointerException：对某个 null 的对象调用方法或字段
IndexOutOfBoundsException：数组索引越界

Exception又分为两大类：

RuntimeException以及它的子类；
非 RuntimeException（包括IOException、ReflectiveOperationException 等等）

Java 规定：

必须捕获的异常，包括 Exception 及其子类，但不包括 RuntimeException 及其子类，这种类型的异常称为 Checked Exception。
不需要捕获的异常，包括 Error 及其子类，RuntimeException及其子类。

注意

编译器对 RuntimeException 及其子类不做强制捕获要求，不是指应用程序本身不应该捕获并处理 RuntimeException。是否需要捕获，具体问题具体分析。

捕获异常使用 try...catch 语句，把可能发生异常的代码放到 try {...} 中，然后使用 catch 捕获对应的 Exception 及其子类：

// try...catch
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.util.Arrays;

public class Main {public static void main(String[] args) {byte[] bs = toGBK("中文");
        System.out.println(Arrays.toString(bs));
    }

    static byte[] toGBK(String s) {try {// 用指定编码转换 String 为 byte[]:
            return s.getBytes("GBK");
        } catch (UnsupportedEncodingException e) {// 如果系统不支持 GBK 编码，会捕获到 UnsupportedEncodingException:
            System.out.println(e); // 打印异常信息
            return s.getBytes(); // 尝试使用用默认编码
        }
    }
}

如果我们不捕获UnsupportedEncodingException，会出现编译失败的问题：

// try...catch
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.util.Arrays;

public class Main {public static void main(String[] args) {byte[] bs = toGBK("中文");
        System.out.println(Arrays.toString(bs));
    }

    static byte[] toGBK(String s) {return s.getBytes("GBK");
    }
}

编译器会报错，错误信息类似：unreported exception UnsupportedEncodingException; must be caught or declared to be thrown，并且准确地指出需要捕获的语句是 return s.getBytes("GBK");。意思是说，像UnsupportedEncodingException 这样的 Checked Exception，必须被捕获。

这是因为 String.getBytes(String) 方法定义是：

public byte[] getBytes(String charsetName) throws UnsupportedEncodingException {...}

在方法定义的时候，使用 throws Xxx 表示该方法可能抛出的异常类型。调用方在调用的时候，必须强制捕获这些异常，否则编译器会报错。

在 toGBK() 方法中，因为调用了 String.getBytes(String) 方法，就必须捕获 UnsupportedEncodingException。我们也可以不捕获它，而是在方法定义处用 throws 表示toGBK() 方法可能会抛出 UnsupportedEncodingException，就可以让toGBK() 方法通过编译器检查：

// try...catch
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.util.Arrays;

public class Main {public static void main(String[] args) {byte[] bs = toGBK("中文");
        System.out.println(Arrays.toString(bs));
    }

    static byte[] toGBK(String s) throws UnsupportedEncodingException {return s.getBytes("GBK");
    }
}

上述代码仍然会得到编译错误，但这一次，编译器提示的不是调用 return s.getBytes("GBK"); 的问题，而是 byte[] bs = toGBK("中文");。因为在main() 方法中，调用toGBK()，没有捕获它声明的可能抛出的UnsupportedEncodingException。

修复方法是在 main() 方法中捕获异常并处理：

// try...catch
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.util.Arrays;

public class Main {public static void main(String[] args) {try {byte[] bs = toGBK("中文");
            System.out.println(Arrays.toString(bs));
        } catch (UnsupportedEncodingException e) {System.out.println(e);
        }
    }

    static byte[] toGBK(String s) throws UnsupportedEncodingException {// 用指定编码转换 String 为 byte[]:
        return s.getBytes("GBK");
    }
}

可见，只要是方法声明的 Checked Exception，不在调用层捕获，也必须在更高的调用层捕获。所有未捕获的异常，最终也必须在 main() 方法中捕获，不会出现漏写 try 的情况。这是由编译器保证的。main()方法也是最后捕获 Exception 的机会。

如果是测试代码，上面的写法就略显麻烦。如果不想写任何 try 代码，可以直接把 main() 方法定义为throws Exception：

// try...catch
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.util.Arrays;

public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {byte[] bs = toGBK("中文");
        System.out.println(Arrays.toString(bs));
    }

    static byte[] toGBK(String s) throws UnsupportedEncodingException {// 用指定编码转换 String 为 byte[]:
        return s.getBytes("GBK");
    }
}

因为 main() 方法声明了可能抛出Exception，也就声明了可能抛出所有的Exception，因此在内部就无需捕获了。代价就是一旦发生异常，程序会立刻退出。

还有一些童鞋喜欢在 toGBK() 内部“消化”异常：

static byte[] toGBK(String s) {try {return s.getBytes("GBK");
    } catch (UnsupportedEncodingException e) {// 什么也不干
    }
    return null;

这种捕获后不处理的方式是非常不好的，即使真的什么也做不了，也要先把异常记录下来：

static byte[] toGBK(String s) {try {return s.getBytes("GBK");
    } catch (UnsupportedEncodingException e) {// 先记下来再说:
        e.printStackTrace();}
    return null;

所有异常都可以调用 printStackTrace() 方法打印异常栈，这是一个简单有用的快速打印异常的方法。

Java 使用异常来表示错误，并通过 try ... catch 捕获异常；

Java 的异常是 class，并且从Throwable 继承；

Error是无需捕获的严重错误，Exception是应该捕获的可处理的错误；

RuntimeException无需强制捕获，非 RuntimeException（Checked Exception）需强制捕获，或者用throws 声明；

不推荐捕获了异常但不进行任何处理。