Java中的异常

本文基于JDK 1.8.0_45

Throwable架构是非常经典的继承结构：

1. 所有的广意的异常都是Throwable的子类，通过继承的树状结构来对异常进行分类，比如异常分为两大类，Error和Exception，其中Exception又分为检查异常和运行期异常，每一个分支又是细化的一类异常。
2. 在Throwable中定义大多数关于异常处理的方法，并提供部分接口给子类重写。
3. 一般都可以从异常命名中看出来其作用是什么，因此当我们自定义异常的时候也最好遵循这一命名规则。
4. printStackTrace方法有PrintWriter和PrintStream两种参数的重载方法，源码中通过自定义的PrintStreamOrWriter内部类的两种子类分别对这两种类型的参数进行封装，并通过统一接口提供lock和println的方法，通过这种方式避免了复制代码来分别实现相似的功能。该方法通过递归遍历并打印自己的异常堆栈、suppressed异常堆栈和cause异常堆栈。
5. 从1.7版本开始添加了两个API方法：addSuppressed和getSuppressed来解决存在多个异常抛出的场景(如try-with-resources)。其中try-with-resources的字节码大概是下面的样子，有可能会出现两个异常，一个是try块中的异常，一个是调用close方法时抛出的异常。使用suppressed就可以避免前一个异常被丢弃而无法找到真正的异常原因的问题。
   

try{
  throw new Throwable();
}catch(Throwable e) {
  try {
    resource.close();
  }catch(Throwable suppressedException) {
    e.addSuppressed(suppressedException);
    throw e;
  }
  throw suppressedException;
}

Throwable

Throwable提供五种构造方法来构造Throwable，可以传入具体信息，发生原因等，一般异常均为根据需要继承实现这五种构造方法或某几种构造方法，如Exception和Error均为直接实现这五种构造方法。

public Throwable() {...}

public Throwable(String message) {...}

public Throwable(String message, Throwable cause) {...}

public Throwable(Throwable cause) {...}

public Throwable(String message, Throwable cause, boolean enableSuppression, boolean writableStackTrace) {...}

另外Throwable还提供了丰富的方法，比如getLocalizedMessage让异常提供本地化的异常信息，很多StackTrace相关的方法让用户可以很好的获取、操作StackTrace。

WARNING, 有时候我们会通过getCause或getSuppressed方法来做一些个性化的处理，由于该方法会返回一个新的Throwable对象，因此在处理过程中经常会使用递归或循环的方式遍历到尽头，但是在遍历的过程中一定要小心循环依赖的问题，否则会导致系统资源耗尽而出严重问题。从以下代码在执行到exception1.printStackTrace();时的打印信息中可以看到CIRCULAR REFERENCE，这是因为exception2在new的时候指定它的cause是exception1，而在exception1.initCause(exception2);又指定exception1的cause是exception2，从而出现了异常cause的循环依赖。

package com.oomlife.java.example;

public class ExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        FakeException exception1 = new FakeException();
        FakeFakeException exception2 = new FakeFakeException(exception1);
        exception1.initCause(exception2);

        exception1.printStackTrace();
    }

    public static class FakeException extends RuntimeException {
    }

    public static class FakeFakeException extends RuntimeException {
        public FakeFakeException(Throwable cause) {
            super(cause);
        }
    }
}


打印结果：
com.oomlife.java.example.ExceptionExample$FakeException
    at com.oomlife.java.example.ExceptionExample.main(ExceptionExample.java:5)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:497)
    at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:147)
Caused by: com.oomlife.java.example.ExceptionExample$FakeFakeException: com.oomlife.java.example.ExceptionExample$FakeException
    at com.oomlife.java.example.ExceptionExample.main(ExceptionExample.java:6)
    ... 5 more
    [CIRCULAR REFERENCE:com.oomlife.java.example.ExceptionExample$FakeException]

StackTraceElement类是异常堆栈信息的类，它提供了所在class、所在方法、所在文件名和行号等信息，一般每个实例是异常堆栈中的一行，当使用Java实现自己的DSL的时候，这个类对实现自己的异常跟踪和打印有很大的借鉴意义。

Exception

Java中的异常分为两种，受检查的异常和运行期异常。

受检查的异常在代码中必须进行显式声明或处理，否则代码无法编译通过，比如SQLException。

运行期的异常是指在Java程序执行的过程中由于一些特殊的情况导致的异常，比如ClassCastException是将一个对象强制转为另一个不相关的对象时抛出的异常，再比如ArrayIndexOutOfBoundsException是在运行期访问数组的一个非法索引时抛出的异常，这些异常大都是在写代码的时候很难预判或进行预先检查的成本太高，比如NullPointerException。

Java API中提供了种类繁多的异常类型，在实际应用中，我们可以直接使用Java API中提供的异常，也可以自定义异常。在自定义异常的时候最好遵从Java API中的一些最佳实践：

1. 将自定义异常区分为受检查的异常和运行期异常；
2. 如果需要将受检查异常捕获并重新抛出运行期异常时要慎重考虑是否真的有必要将异常处理延后到运行期；
3. 在重写的构造方法中一定要恰当调用父类的构造方法来封装异常的详细信息，避免添加重复的字段；
4. 异常命名要是自描述的，从名字即可很容易的看出来异常的用途是什么。

Error

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Error具有和Exception相同的结构，一般用于指代那些严重的无法被处理的错误，如运行时编译错误，系统错误等，以下是两个Java内置错误的例子：

LinkageError

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这个错误是class相关的错误，比如在编译成功后class被错误修改了，有环形引用等。这是一个受检查的错误，主要是被编译器捕获。另外如果一个class的定义在当前执行方法最后一次编译以后作了不兼容的更改，则此错误可能在运行期发生。包括ExceptionInInitializerError、NoClassDefFoundError、IncompatibleClassChangeError、ClassCircularityError、ClassFormatError（包括GenericSignatureFormatError、UnsupportedClassVersionError）、VerifyError、BootstrapMethodError和UnsatisfiedLinkError，其中IncompatibleClassChangeError系列包括AbstractMethodError、IllegalAccessError、InstantiationError、NoSuchFieldError和NoSuchMethodError。下面是一个下运行期的AbstractMethodError的例子：

public class AbstractClass {
  public void hello() {
    System.out.println("Hello, I'm an abstract class.");
  }
}

public class MainClass extends AbsClass {
  public static void main(String[] args) {
    MainClass cl = new MainClass();
    cl.hello();
  }
}

比如我先编译以上两个class并执行，结果如下：

> javac AbstractClass.java
> javac MainClass.java
> java MainClass
Hello, I'm an abstract class.

一切正常，然后我们修改AbstractClass如下：

public class AbstractClass {
  public abstract void hello();
}

重新编译AbstractClass并执行，结果如下：

> javac AbstractClass.java
> java MainClass
Exception in thread "main" java.lang.AbstractMethodError:
MainClass.hello()V
        at MainClass.main(MainClass.java:4)

VirtualMachineError

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这是JVM相关的错误，包括OutOfMemoryError（发生于内存不足的情况）、StackOverflowError（比如非尾递归的递归方法调用的时候可能会发生）、InternalError，还有其他未知错误UnknownError。