Java异常处理机制总结

作者: niaoge2016 | 来源:发表于2016-08-17 10:14 被阅读843次

概念介绍

异常是发生在程序执行过程中阻碍程序正常执行的错误事件，当一个程序出现错误时，可能的情况有如下3种：

语法错误
代码的格式错了，某个字母输错了
运行时错误
空指针异常，数组越界，除数为零等
逻辑错误
运行结果与预想的结果不一样，这是一种很难调试的错误

Java中的异常处理机制主要处理运行时错误。

异常分类

下图是一张经典的Java异常类层次结构图，对各种异常做出了较为清晰的分类

Java异常类层次结构图

从上图中可以看到，所有的异常都继承自一个共同的父类Throwable，而Throwable有两个重要的子类：Exception（异常）和Error（错误）
下面对这两个重要的子类进行介绍

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。主要包含RuntimeException等运行时异常和IOException，SQLException等非运行时异常。
运行时异常包括：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。
非运行时异常（编译异常）包括：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。

从编译器是否要求强制处理的角度分类，异常类别又可分为：

可查异常
正确的程序在运行中，很容易出现的、情理可容的异常状况。可查异常虽然是异常状况，但在一定程度上它的发生是可以预计的，而且一旦发生这种异常状况，就必须采取某种方式进行处理。
除了RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类都属于可查异常。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。
不可查异常
包括运行时异常（RuntimeException与其子类）和错误（Error）。

异常处理机制

在 Java 应用程序中，异常处理机制为：抛出异常，捕捉异常。

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。
注意：对于运行时异常、错误或可查异常，Java技术所要求的异常处理方式有所不同。
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。
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。
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。
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。

通常使用关键字try、catch、finally来捕获异常
语法形式如下：

try {  
    // 可能会发生异常的程序代码  
} catch (Type1 id1) {  
    // 捕获并处理try抛出的异常类型Type1  
} catch (Type2 id2) {  
    // 捕获并处理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  
}

小结：
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。
catch 块：用于处理try捕获到的异常。
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。

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：当try语句块里的某条语句出现异常时，而没有处理此异常的catch语句块时，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；
流程如下图所示：

try、catch、finally语句块的执行顺序

面试常考问题总结

1.描述Java 7 ARM(Automatic Resource Management，自动资源管理)特征和多个catch块的使用
如果一个try块中有多个异常要被捕获，catch块中的代码会变丑陋的同时还要用多余的代码来记录异常。有鉴于此，Java 7的一个新特征是：一个catch子句中可以捕获多个异常。示例代码如下：

catch(IOException | SQLException | Exception ex){
     logger.error(ex);
     throw new MyException(ex.getMessage());
}

大多数情况下，当忘记关闭资源或因资源耗尽出现运行时异常时，我们只是用finally子句来关闭资源。这些异常很难调试，我们需要深入到资源使用的每一步来确定是否已关闭。因此，Java 7用try-with-resources进行了改进：在try子句中能创建一个资源对象，当程序的执行完try-catch之后，运行环境自动关闭资源。下面是这方面改进的示例代码：

try (MyResource mr = new MyResource()) {
     System.out.println("MyResource created in try-with-resources");
} catch (Exception e) {
     e.printStackTrace();
}

2.在Java中throw与throws关键字之间的区别？
throws用于在方法签名中声明此方法可能抛出的异常，而throw关键字则是中断程序的执行并移交异常对象到运行时进行处理。

3.被检查的异常和不受检查的异常有什么区别？

被检查的异常应该用try-catch块代码处理，或者在main方法中用throws关键字让JRE了解程序可能抛出哪些异常。不受检查的异常在程序中不要求被处理或用throws语句告知。
Exception是所有被检查异常的基类，然而，RuntimeException是所有不受检查异常的基类。
被检查的异常适用于那些不是因程序引起的错误情况，比如：读取文件时文件不存在引发的FileNotFoundException。然而，不被检查的异常通常都是由于糟糕的编程引起的，比如：在对象引用时没有确保对象非空而引起的NullPointerException。

4.Java中final,finally,finalize的区别？
final和finally在Java中是关键字，而finalize则是一个方法。

final关键字使得类变量不可变，避免类被其它类继承或方法被重写。
finally跟try-catch块一起使用，即使是出现了异常，其子句总会被执行，通常，finally子句用来关闭相关资源。
finalize方法中的对象被销毁之前会被垃圾回收。

5.下面是一些代码相关的问题，需要回答该代码有没有问题？该怎么修改？
A．下面这段代码有什么问题呢？

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
 
public class TestException {
    public static void main(String[] args) {         
        try {             
            testExceptions();
        } catch (FileNotFoundException | IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
    public static void testExceptions() throws IOException,
            FileNotFoundException {
    }
}

上面代码的主要问题在于FileNotFoundException是IOException的子类，编译会报错：The exception FileNotFoundException is already caught by the alternative IOException.
有两种办法可以解决这个问题

用两个catch子句来处理这两个异常

try {     
    testExceptions(); 
}catch(FileNotFoundException e){
    e.printStackTrace(); 
}catch (IOException  e) {
    e.printStackTrace(); 
}

在catch子句中移除FileNotFoundException，只用IOException

try {
     testExceptions(); 
}catch (IOException  e) {
     e.printStackTrace(); 
}

B．下面这段代码又有什么问题呢？

import java.io.FileNotFoundException; 
import java.io.IOException;   
import javax.xml.bind.JAXBException;   
 
public class TestException1 {
       public static void main(String[] args) {
             try {
                 go();
             } catch (IOException e) {
                 e.printStackTrace();
             } catch (FileNotFoundException e) {
                 e.printStackTrace();
             } catch (JAXBException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
       }
 
       public static void go() throws IOException, JAXBException, FileNotFoundException{
        }
 }

上面代码的问题同样在于FileNotFoundException是IOException的子类，所以，FileNotFoundException的catch子句将被隐藏。编译时会报错：Unreachable catch block for FileNotFoundException.
解决方案：
改变catch子句的顺序来修复程序

try {
  go();
} catch (FileNotFoundException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (JAXBException e) {
  e.printStackTrace();
}

C．下面的代码同样存在问题。

import java.io.IOException;   
import javax.xml.bind.JAXBException;   
 
public class TestException2 {
       public static void main(String[] args) {
         try {
             foo();
         } catch (IOException e) {
             e.printStackTrace();
         }catch(JAXBException e){
             e.printStackTrace();
         }catch(NullPointerException e){
             e.printStackTrace();
         }catch(Exception e){
             e.printStackTrace();
         }
       }       
 
        public static void foo() throws IOException{
 
       }
 }

这段代码同样不能编译，因为JAXBException是个受检查的异常，而foo方法应该抛出此异常供调用方法捕获。你将会得到：Unreachable catch block for JAXBException这样的错误信息。这个异常不可能从try子句中抛出。为解决这个错误，只能将JAXBException从catch子句中移除。
也要注意到，NullPointerException的异常捕获是有效的，因为它是个不被检查的异常。

D．下面的代码存在什么问题呢？

public class TestException3 {
       public static void main(String[] args) {
         try{
         bar();
         }catch(NullPointerException e){
             e.printStackTrace();
         }catch(Exception e){
             e.printStackTrace();
         }
                   foo();     
       }
 
       public static void bar(){
 
        }
 
          public static void foo() throws NullPointerException{
         } 
}

这代码是个幌子，根本没问题，能被正确编译。我们能捕获到一般异常或者是不被检查的异常，即使在throws语句中没被提及。
同样，如果程序中的一个方法foo()在throws中声明了不被检查的异常，程序中也不一定要处理这个异常。

E．下面这段代码同样存在瑕疵。

import java.io.IOException;   
 
public class TestException4 {
       public void start() throws IOException{
 
       }
 
        public void foo() throws NullPointerException{     } 
}  
 
 class TestException5 extends TestException4{
           public void start() throws Exception{     }
           public void foo() throws RuntimeException{
               } 
}

这段代码不能被编译，因为父类中start的方法签名与子类中的start方法签名不相同。为纠正这错误，我们可以修改子类的方法签名使之与超类相同，我们也可以像下面代码那样移除子类中throws关键字。

@Override    
public void start(){
 
}

F．下面的代码存在什么问题呢？

import java.io.IOException;   
import javax.xml.bind.JAXBException;   
 
public class TestException6 {
       public static void main(String[] args) {
         try {
             foo();
         } catch (IOException | JAXBException e) {
             e = new Exception("");
             e.printStackTrace();
         }catch(Exception e){
             e = new Exception("");
             e.printStackTrace();
         }
       }
 
       public static void foo() throws IOException, JAXBException{
       }
 }

这段代码同样不能编译，因为在多个catch子句中的异常对象是不可变的，我们不能改变其值。你会得到这样的：The parameter e of a multi-catch block cannot be assigned编译时错误信息。我们需要删掉将e赋值给新异常对象这句来修正错误。

参考资料

[1]详解Java中异常处理机制
[2]深入理解java异常处理机制
[3]JAVA异常处理相关面试题
[4]Java异常的面试问题及答案-Part 1
[5]Java异常的面试问题及答案-Part 2
[6]Java异常的面试问题及答案-Part 3

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