Java中的异常（上）

没有一名程序员希望自己在写程序的时候遇到异常，但是实际上异常是无法避免的，没有人能保证写出的程序不会出错，已无法保证用户会按照程序员的意愿来使用程序。既然异常无法避免，对异常的处理也就是必需的。异常处理已成为衡量一门语言是否成熟的标准之一，增加了异常处理机制后的程序有更好的容错性、更加健壮。目前的主流编程语言（如C++、C#、Python等）都提供了这种机制，Java也不例外。Java的异常机制主要依赖于try、catch、finally、throws和throw这五个关键字。

最基本的异常处理——try...catch

下面是Java异常处理机制的语法结构：

try{
    //业务逻辑代码
    ...
}catch(Exception e){
    //异常处理代码
    ...
}

如果try块代码出现异常，系统会自动生成一个异常对象，该异常对象被提交给Java运行时环境（Runtime Environment），这个过程称为抛出（throw）异常。
当Java运行时环境接收到异常对象时，会自动寻找处理该异常对象的catch块。如果找到了合适的catch块，则把该异常对象交给改catch块处理，这个过程称为捕获（catch）异常；如果Java运行时环境无法找到捕获异常的catch块，则运行时环境终止，Java程序也随之退出。这就是Java中最基本的异常处理机制，即先抛出异常，再捕获异常（并处理）。
注意：try块与if语句不一样，即使try块里只有一条语句，花括号{}也不能省略。

异常类的继承体系

catch块都是专门用于处理异常类及其子类的异常实例。这句户乍一看很难理解，来看下面的例子：

异常的继承体系1

结合上图进行解释：当Java运行时环境接收到异常对象后，会一次判断该异常对象是否是catch块后异常类或其子类的实例，如果是，Java运行时环境将调用该catch块来处理该异常；否则将再次拿该异常对象和下一个catch块后的异常类进行比较，直至满足条件。
因此，try块后可以有多个catch块，这是为了针对不同的异常类提供不同的异常处理方式。当系统发生不同的意外情况时，系统会生成不同的异常对象，Java运行时环境就会根据该异常对象所属的异常类来决定使用哪个catch块来处理该异常。同时，通过在try块后提供多个catch块，也无须在一个catch块内使用if或switch等语句判断异常类型进而采取不同的处理方式，使得异常处理逻辑更加细致、更有条理。
再来看一张图：

异常类的继承体系2

Java把所有的非正常情况分成两种：异常（Exception）和错误（Error）。Error错误，一般是指与虚拟机（JVM）相关的问题，如系统崩溃、虚拟机错误、动态连接失败等，这种错误无法恢复或不可能捕获，将导致应用程序中断。通常应用程序无法处理这些错误，因此应用程序不应该试图使用catch块来捕获Error对象。而对于异常，看个例子：

public class NullTest {
    public static void main(String[] args) {
        Date d = null;
        try {
            System.out.println(d.after(new Date()));
        } catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("空指针异常！");
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("未知异常！");
        }
    }
}

上面程序调用了一个null对象的after()方法，因此引发了NullPointerException。注意到程序中把对应Exception类的catch块放在最后，根据异常类的继承体系可知，这是因为如果把对应Exception类的catch块放在其他catch块的前面，出现异常后程序会直接进入该catch块，而排在它后面的catch块将永远不会被执行，这就违背了上文提到的对不同异常进行不同处理的原则。
实际上，进行异常捕获时不仅应该把Exception类对应的catch块放在最后，而且所有父类异常的catch块都应该排在子类异常catch块的后面（简称：先处理小异常，再处理大异常），否则会出现编译错误。将上面的代码稍作修改：

...
try {
    System.out.println(d.after(new Date()));
} catch (Exception e) {
    System.out.println("未知异常！");
} catch (NullPointerException e) {
    System.out.println("空指针异常！");
}

这时程序报错：

程序报错

错误信息是：这个异常已被Exception类的catch块捕获了。

访问异常信息

所有的异常对象都包含下面四个方法：

• getMessage()：返回该异常的详细描述字符串；
• printStackTrace()：将该异常的跟踪栈信息输出到标准错误输出；
• printStackTrace(PrintStream s)：将该异常的跟踪栈信息输出到指定输出流；
• getStackTrace()：返回该异常的跟踪栈信息。

还是刚才的例子：

...
try {
    System.out.println(d.after(new Date()));
} catch (NullPointerException e) {
    e.printStackTrace();
}

控制台输出为：

异常的跟踪栈信息

使用finally回收资源

有些时候，程序在try块里打开了一些物理资源（例如数据库连接、网络连接和磁盘文件等），这些物理资源都必须显示回收，因为Java的垃圾回收机制只回收堆内存中对象所占用的内存，不会回收任何物理资源。为解决这个问题，Java的异常处理机制提供了finally块。不管try块中的代码是否出现异常，也不管哪一个catch块被执行，甚者在try块或者catch块中执行了return语句，finally块总会被执行。因此，完整的Java异常处理语法结构为：

try{
    //业务逻辑代码
    ...
}catch(Exception e){
    //异常处理代码
    ...
}...
finally{
    //资源回收代码
}

注意：异常语法结构中只有try块是必需的；catch块和finally块都是可选的，但至少出现其中之一，也可以同时出现；finally块必须位于所有的catch块之后。
来看一个例子：

try {
    System.out.println(d.after(new Date()));
} catch (NullPointerException e) {
    e.printStackTrace();
    return;
} finally {
    System.out.println("finally块里的语句被执行了！");
}

控制台输出为：

控制台输出

程序的catch块有一条return语句。在通常情况下，一旦在方法里执行到return语句的地方，程序将立即结束该方法。但由控制台输出的结果可知，虽然return语句也强制方法结束，但一定会执行finally块里的语句。
作为对比，对上面的代码稍作修改：

try {
    System.out.println(d.after(new Date()));
} catch (NullPointerException e) {
    e.printStackTrace();
    System.exit(1);
} finally {
    System.out.println("finally块里的语句被执行了！");
}

再看控制台的输出：

控制台输出

程序中使用System.exit(1)语句来退出虚拟机，此时finally块将失去被执行的机会。