Java 異常處理是使用 Java 語言進(jìn)行軟件開發(fā)和測試腳本開發(fā)時不容忽視的問題之一，是否進(jìn)行異常處理直接關(guān)系到開發(fā)出的軟件的穩(wěn)定性和健壯性。本文系統(tǒng)的闡述了 Java 異常處理的原理和方法，并列舉了一些實例，使讀者對 Java 異常處理能有一個全面的認(rèn)識，理解異常處理機(jī)制，能更加靈活和有效地在開發(fā)中使用它。

Java 異常處理引出

假設(shè)您要編寫一個 Java 程序，該程序讀入用戶輸入的一行文本，并在終端顯示該文本。程序如下：

1 import java.io.*;
2 public class EchoInput {
3      public static void main(String args[]){
4          System.out.println("Enter text to echo:");
5          InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
6          BufferedReader inputReader = new BufferedReader(isr);
7          String inputLine = inputReader.readLine();
8          System.out.println("Read:" + inputLine);
9   }
10 }

分析上面的代碼，在 EchoInput 類中，第 3 行聲明了 main 方法；第 4 行提示用戶輸入文本；第 5、6 行設(shè)置 BufferedReader 對像連接到 InputStreamReader，而 InputStreamReader 又連接到標(biāo)準(zhǔn)輸入流 System.in；第 7 行讀入一行文本；第 8 行用標(biāo)準(zhǔn)輸出流 System.out 顯示出該文本。表面看來上面的程序沒有問題，但實際上，EchoInput 類完全可能出現(xiàn)問題。要在調(diào)用第 7 行的 readLine 方法時正確讀取輸入，這幾種假設(shè)都必須成立：假定鍵盤有效，鍵盤能與計算機(jī)正常通信；假定鍵盤數(shù)據(jù)可從操作系統(tǒng)傳輸?shù)?Java 虛擬機(jī)，又從 Java 虛擬機(jī)傳輸 inputReader。大多數(shù)情況下上述假設(shè)都成立，但不盡然。為此，Java 采用異常方法，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的錯誤，并采取步驟進(jìn)行更正。在本例中，若試圖編譯以上代碼，將看到以下信息：

Exception in thread "main" java.lang.Error: Unresolved compilation problem:
    Unhandled exception type IOException
    at EchoInput.main(EchoInput.java:7)

從中可以看到，第 7 行調(diào)用 readLine 方法可能出錯：若果真如此，則產(chǎn)生 IOException 來記錄故障。編譯器錯誤是在告訴您，需要更改代碼來解決這個潛在的問題。在 JDK API 文檔中，可以看到同樣的信息。我們可以看到 readLine 方法，如圖 1 所示。 圖 1. BufferedReader 類的 readLine 方法的 JDK API 文檔

http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-special-topic/images/34.jpg" alt="" />

由圖 1 可知，readLine 方法有時產(chǎn)生 IOException。如何處理潛在的故障？編譯器需要“捕獲”或“聲明”IOException。 “捕獲 (catch)”指當(dāng) readLine 方法產(chǎn)生錯誤時截獲該錯誤，并處理和記錄該問題。而“聲明 (declare)”指錯誤可能引發(fā) IOException，并通知調(diào)用該方法的任何代碼：可能產(chǎn)生異常。若要捕獲異常，必須添加一個特殊的“處理代碼塊”，來接收和處理 IOException。于是程序改為如下：

1 import java.io.*;
2 public class EchoInputHandle {
3      public static void main(String args[]){
4          System.out.println("Enter text to echo:");
5          InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
6          BufferedReader inputReader = new BufferedReader(isr);
7          try{
8              String inputLine = inputReader.readLine();
9              System.out.println("Read:" + inputLine);
10          }
11          catch(IOException exc){
12              System.out.println(“Exception encountered: ” + exc);
13          }
14      }
15 }

從上面的這個簡單的例子中，我們可以看出異常處理在 Java 代碼開發(fā)中不能被忽視。

Java 異常以及異常處理

可將 Java 異?？醋魇且活愊?，它傳送一些系統(tǒng)問題、故障及未按規(guī)定執(zhí)行的動作的相關(guān)信息。異常包含信息，以將信息從應(yīng)用程序的一部分發(fā)送到另一部分。編譯語言為何要處理異常？為何不在異常出現(xiàn)位置隨時處理具體故障？因為有時候我們需要在系統(tǒng)中交流錯誤消息，以便按照統(tǒng)一的方式處理問題，有時是因為有若干處理問題的可能方式，但您不知道使用哪一種，此時，可將處理異常的任務(wù)委托給調(diào)用方法的代碼。調(diào)用者通常更能了解問題來源的上下文，能更好的確定恢復(fù)方式。圖 2 是一個通用消息架構(gòu)。 圖 2. 通用消息架構(gòu)

http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-special-topic/images/8.gif" alt="" />

從上圖可以看出，必定在運(yùn)行的 Java 應(yīng)用程序的一些類或?qū)ο笾挟a(chǎn)生異常。出現(xiàn)故障時，“發(fā)送者”將產(chǎn)生異常對象。異常可能代表 Java 代碼出現(xiàn)的問題，也可能是 JVM 的相應(yīng)錯誤，或基礎(chǔ)硬件或操作系統(tǒng)的錯誤。異常本身表示消息，指發(fā)送者傳給接收者的數(shù)據(jù)“負(fù)荷”。首先，異?；陬惖念愋蛠韨鬏斢杏眯畔?。很多情況下，基于異常的類既能識別故障本因并能更正問題。其次，異常還帶有可能有用的數(shù)據(jù)（如屬性）。在處理異常時，消息必須有接收者；否則將無法處理產(chǎn)生異常的底層問題。在上例中，異?！爱a(chǎn)生者”是讀取文本行的 BufferedReader。在故障出現(xiàn)時，將在 readLine 方法中構(gòu)建 IOException 對象。異?！敖邮照摺笔谴a本身。EchoInputHandle 應(yīng)用程序的 try-catch 結(jié)構(gòu)中的 catch 塊是異常的接收者，它以字符串形式輸出異常，將問題記錄下來。

Java 異常類的層次結(jié)構(gòu)

在我們從總體上了解異常后，我們應(yīng)該了解如何在 Java 應(yīng)用程序中使用異常，即需要了解 Java 類的層次結(jié)構(gòu)。圖 3 是 Java 類的層次結(jié)構(gòu)圖。 圖 3. Java 類的層次結(jié)構(gòu)

http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-special-topic/images/35.jpg" alt="" />

在 Java 中，所有的異常都有一個共同的祖先 Throwable（可拋出）。Throwable 指定代碼中可用異常傳播機(jī)制通過 Java 應(yīng)用程序傳輸?shù)娜魏螁栴}的共性。 Throwable 有兩個重要的子類：Exception（異常）和 Error（錯誤），二者都是 Java 異常處理的重要子類，各自都包含大量子類。 Exception（異常）是應(yīng)用程序中可能的可預(yù)測、可恢復(fù)問題。一般大多數(shù)異常表示中度到輕度的問題。異常一般是在特定環(huán)境下產(chǎn)生的，通常出現(xiàn)在代碼的特定方法和操作中。在 EchoInput 類中，當(dāng)試圖調(diào)用 readLine 方法時，可能出現(xiàn) IOException 異常。 Error（錯誤）表示運(yùn)行應(yīng)用程序中較嚴(yán)重問題。大多數(shù)錯誤與代碼編寫者執(zhí)行的操作無關(guān)，而表示代碼運(yùn)行時 JVM（Java 虛擬機(jī)）出現(xiàn)的問題。例如，當(dāng) JVM 不再有繼續(xù)執(zhí)行操作所需的內(nèi)存資源時，將出現(xiàn) OutOfMemoryError。 Exception 類有一個重要的子類 RuntimeException。RuntimeException 類及其子類表示“JVM 常用操作”引發(fā)的錯誤。例如，若試圖使用空值對象引用、除數(shù)為零或數(shù)組越界，則分別引發(fā)運(yùn)行時異常（NullPointerException、ArithmeticException）和 ArrayIndexOutOfBoundException。

Java 異常的處理

在 Java 應(yīng)用程序中，對異常的處理有兩種方式：處理異常和聲明異常。

處理異常：try、catch 和 finally

若要捕獲異常，則必須在代碼中添加異常處理器塊。這種 Java 結(jié)構(gòu)可能包含 3 個部分，都有 Java 關(guān)鍵字。下面的例子中使用了 try-catch-finally 代碼結(jié)構(gòu)。

1 import java.io.*;
2 public class EchoInputTryCatchFinally {
3      public static void main(String args[]){
4          System.out.println("Enter text to echo:");
5          InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
6          BufferedReader inputReader = new BufferedReader(isr);
7          try{
8              String inputLine = inputReader.readLine();
9              System.out.println("Read:" + inputLine);     
10          }
11          catch(IOException exc){
12              System.out.println("Exception encountered: " + exc);
13          }
14          finally{
15             System.out.println("End. ");
16      }
17 }
18}

其中：

try 塊：將一個或者多個語句放入 try 時，則表示這些語句可能拋出異常。編譯器知道可能要發(fā)生異常，于是用一個特殊結(jié)構(gòu)評估塊內(nèi)所有語句。
catch 塊：當(dāng)問題出現(xiàn)時，一種選擇是定義代碼塊來處理問題，catch 塊的目的便在于此。catch 塊是 try 塊所產(chǎn)生異常的接收者。基本原理是：一旦生成異常，則 try 塊的執(zhí)行中止，JVM 將查找相應(yīng)的 JVM。
finally 塊：還可以定義 finally 塊，無論運(yùn)行 try 塊代碼的結(jié)果如何，該塊里面的代碼一定運(yùn)行。在常見的所有環(huán)境中，finally 塊都將運(yùn)行。無論 try 塊是否運(yùn)行完，無論是否產(chǎn)生異常，也無論是否在 catch 塊中得到處理，finally 塊都將執(zhí)行。 try-catch-finally 規(guī)則：
1. 必須在 try 之后添加 catch 或 finally 塊。try 塊后可同時接 catch 和 finally 塊，但至少有一個塊。
2. 必須遵循塊順序：若代碼同時使用 catch 和 finally 塊，則必須將 catch 塊放在 try 塊之后。
3. catch 塊與相應(yīng)的異常類的類型相關(guān)。
4. 一個 try 塊可能有多個 catch 塊。若如此，則執(zhí)行第一個匹配塊。
5. 可嵌套 try-catch-finally 結(jié)構(gòu)。
6. 在 try-catch-finally 結(jié)構(gòu)中，可重新拋出異常。
7. 除了下列情況，總將執(zhí)行 finally 做為結(jié)束：JVM 過早終止（調(diào)用 System.exit(int)）；在 finally 塊中拋出一個未處理的異常；計算機(jī)斷電、失火、或遭遇病毒攻擊。
  聲明異常
  
  若要聲明異常，則必須將其添加到方法簽名塊的結(jié)束位置。下面是一個實例：

public void errorProneMethod(int input) throws java.io.IOException {
    //Code for the method,including one or more method
    //calls that may produce an IOException
}

這樣，聲明的異常將傳給方法調(diào)用者，而且也通知了編譯器：該方法的任何調(diào)用者必須遵守處理或聲明規(guī)則。聲明異常的規(guī)則如下：

必須聲明方法可拋出的任何可檢測異常（checked exception）。
非檢測性異常（unchecked exception）不是必須的，可聲明，也可不聲明。
調(diào)用方法必須遵循任何可檢測異常的處理和聲明規(guī)則。若覆蓋一個方法，則不能聲明與覆蓋方法不同的異常。聲明的任何異常必須是被覆蓋方法所聲明異常的同類或子類。

Java 異常處理的分類

Java 異?？煞譃榭蓹z測異常，非檢測異常和自定義異常。

可檢測異常

可檢測異常經(jīng)編譯器驗證，對于聲明拋出異常的任何方法，編譯器將強(qiáng)制執(zhí)行處理或聲明規(guī)則，例如：sqlExecption 這個異常就是一個檢測異常。你連接 JDBC 時，不捕捉這個異常，編譯器就通不過，不允許編譯。

非檢測異常

非檢測異常不遵循處理或聲明規(guī)則。在產(chǎn)生此類異常時，不一定非要采取任何適當(dāng)操作，編譯器不會檢查是否已解決了這樣一個異常。例如：一個數(shù)組為 3 個長度，當(dāng)你使用下標(biāo)為３時，就會產(chǎn)生數(shù)組下標(biāo)越界異常。這個異常 JVM 不會進(jìn)行檢測，要靠程序員來判斷。有兩個主要類定義非檢測異常：RuntimeException 和 Error。 Error 子類屬于非檢測異常，因為無法預(yù)知它們的產(chǎn)生時間。若 Java 應(yīng)用程序內(nèi)存不足，則隨時可能出現(xiàn) OutOfMemoryError；起因一般不是應(yīng)用程序的特殊調(diào)用，而是 JVM 自身的問題。另外，Error 一般表示應(yīng)用程序無法解決的嚴(yán)重問題。 RuntimeException 類也屬于非檢測異常，因為普通 JVM 操作引發(fā)的運(yùn)行時異常隨時可能發(fā)生，此類異常一般是由特定操作引發(fā)。但這些操作在 Java 應(yīng)用程序中會頻繁出現(xiàn)。因此，它們不受編譯器檢查與處理或聲明規(guī)則的限制。

自定義異常

自定義異常是為了表示應(yīng)用程序的一些錯誤類型，為代碼可能發(fā)生的一個或多個問題提供新含義?？梢燥@示代碼多個位置之間的錯誤的相似性，也可以區(qū)分代碼運(yùn)行時可能出現(xiàn)的相似問題的一個或者多個錯誤，或給出應(yīng)用程序中一組錯誤的特定含義。例如，對隊列進(jìn)行操作時，有可能出現(xiàn)兩種情況：空隊列時試圖刪除一個元素；滿隊列時試圖添加一個元素。則需要自定義兩個異常來處理這兩種情況。

Java 異常處理的原則和忌諱

Java 異常處理的原則

盡可能的處理異常要盡可能的處理異常，如果條件確實不允許，無法在自己的代碼中完成處理，就考慮聲明異常。如果人為避免在代碼中處理異常，僅作聲明，則是一種錯誤和依賴的實踐。具體問題具體解決異常的部分優(yōu)點在于能為不同類型的問題提供不同的處理操作。有效異常處理的關(guān)鍵是識別特定故障場景，并開發(fā)解決此場景的特定相應(yīng)行為。為了充分利用異常處理能力，需要為特定類型的問題構(gòu)建特定的處理器塊。記錄可能影響應(yīng)用程序運(yùn)行的異常至少要采取一些永久的方式，記錄下可能影響應(yīng)用程序操作的異常。理想情況下，當(dāng)然是在第一時間解決引發(fā)異常的基本問題。不過，無論采用哪種處理操作，一般總應(yīng)記錄下潛在的關(guān)鍵問題。別看這個操作很簡單，但它可以幫助您用很少的時間來跟蹤應(yīng)用程序中復(fù)雜問題的起因。根據(jù)情形將異常轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)上下文若要通知一個應(yīng)用程序特有的問題，有必要將應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換為不同形式。若用業(yè)務(wù)特定狀態(tài)表示異常，則代碼更易維護(hù)。從某種意義上講，無論何時將異常傳到不同上下文（即另一技術(shù)層），都應(yīng)將異常轉(zhuǎn)換為對新上下文有意義的形式。

Java 異常處理的忌諱

一般不要忽略異常在異常處理塊中，一項最危險的舉動是“不加通告”地處理異常。如下例所示：

1   try{
2       Class.forName("business.domain.Customer");
3   }
4   catch (ClassNotFoundException exc){}

經(jīng)常能夠在代碼塊中看到類似的代碼塊。有人總喜歡在編寫代碼時簡單快速地編寫空處理器塊，并“自我安慰地”宣稱準(zhǔn)備在“后期”添加恢復(fù)代碼，但這個“后期”變成了“無期”。這種做法有什么壞處？如果異常對應(yīng)用程序的其他部分確實沒有任何負(fù)面影響，這未嘗不可。但事實往往并非如此，異常會擾亂應(yīng)用程序的狀態(tài)。此時，這樣的代碼無異于掩耳盜鈴。這種做法若影響較輕，則應(yīng)用程序可能出現(xiàn)怪異行為。例如，應(yīng)用程序設(shè)置的一個值不見了，或 GUI 失效。若問題嚴(yán)重，則應(yīng)用程序可能會出現(xiàn)重大問題，因為異常未記錄原始故障點，難以處理，如重復(fù)的 NullPointerExceptions。如果采取措施，記錄了捕獲的異常，則不可能遇到這個問題。實際上，除非確認(rèn)異常對代碼其余部分絕無影響，至少也要作記錄。進(jìn)一步講，永遠(yuǎn)不要忽略問題；否則，風(fēng)險很大，在后期會引發(fā)難以預(yù)料的后果。

不要使用覆蓋式異常處理塊另一個危險的處理是覆蓋式處理器（blanket handler）。該代碼的基本結(jié)構(gòu)如下：

1   try{
2     // …
3   }
4   catch(Exception e){
5     // …
6   }

使用覆蓋式異常處理塊有兩個前提之一：

代碼中只有一類問題。這可能正確，但即便如此，也不應(yīng)使用覆蓋式異常處理，捕獲更具體的異常形式有利物弊。
單個恢復(fù)操作始終適用。這幾乎絕對錯誤。幾乎沒有哪個方法能放之四海而皆準(zhǔn)，能應(yīng)對出現(xiàn)的任何問題。分析下這樣編寫代碼將發(fā)生的情況。只要方法不斷拋出預(yù)期的異常集，則一切正常。但是，如果拋出了未預(yù)料到的異常，則無法看到要采取的操作。當(dāng)覆蓋式處理器對新異常類執(zhí)行千篇一律的任務(wù)時，只能間接看到異常的處理結(jié)果。如果代碼沒有打印或記錄語句，則根本看不到結(jié)果。更糟糕的是，當(dāng)代碼發(fā)生變化時，覆蓋式處理器將繼續(xù)作用于所有新異常類型，并以相同方式處理所有類型。
一般不要把特定的異常轉(zhuǎn)化為更通用的異常將特定的異常轉(zhuǎn)換為更通用異常時一種錯誤做法。一般而言，這將取消異常起初拋出時產(chǎn)生的上下文，在將異常傳到系統(tǒng)的其他位置時，將更難處理。見下例：

1   try{
2     // Error-prone code
3   }
4   catch(IOException e){
5      String msg = "If you didn ’ t have a problem before,you do now!";
6      throw new Exception(msg);
7   }

因為沒有原始異常的信息，所以處理器塊無法確定問題的起因，也不知道如何更正問題。

不要處理能夠避免的異常對于有些異常類型，實際上根本不必處理。通常運(yùn)行時異常屬于此類范疇。在處理空指針或者數(shù)據(jù)索引等問題時，不必求助于異常處理。

Java 異常處理的應(yīng)用實例

在定義銀行類時，若取錢數(shù)大于余額時需要做異常處理。定義一個異常類 insufficientFundsException。取錢（withdrawal）方法中可能產(chǎn)生異常，條件是余額小于取額。處理異常在調(diào)用 withdrawal 的時候，因此 withdrawal 方法要聲明拋出異常，由上一級方法調(diào)用。異常類：

class InsufficientFundsExceptionextends Exception{
   private Bank  excepbank;      // 銀行對象
   private double excepAmount;   // 要取的錢
   InsufficientFundsException(Bank ba, double  dAmount)
    {  excepbank=ba;
       excepAmount=dAmount;
   }
   public String excepMessage(){
      String  str="The balance is"+excepbank.balance
       + "\n"+"The withdrawal was"+excepAmount;
      return str;   
   }
}// 異常類

銀行類：

class Bank{
   double balance;// 存款數(shù)
   Bank(double  balance){this.balance=balance;}
   public void deposite(double dAmount){
     if(dAmount>0.0) balance+=dAmount;
   }
   public void withdrawal(double dAmount)
               throws  InsufficientFundsException{
     if (balance<dAmount)     throw new
          InsufficientFundsException(this, dAmount);
      balance=balance-dAmount;
   }
   public void showBalance(){
      System.out.println("The balance is "+(int)balance);
   }
}

前端調(diào)用：

public class ExceptionDemo{
   public static void main(String args[]){
     try{
        Bank ba=new Bank(50);
          ba.withdrawal(100);
          System.out.println("Withdrawal successful!");
      }catch(InsufficientFundsException e) { 
          System.out.println(e.toString());
          System.out.println(e.excepMessage());
      }
   }
}

總結(jié)

Java 異常處理是使用 Java 語言進(jìn)行軟件開發(fā)和測試腳本開發(fā)中非常重要的一個方面。對異常處理的重視會是您開發(fā)出的代碼更健壯，更穩(wěn)定。本文系統(tǒng)的闡述了 Java 異常處理的原理和方法。能幫助讀者更加清楚的理解 Java 異常處理機(jī)制，在開發(fā)代碼時更加靈活的使用它。

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異常處理

Java 異常處理及其應(yīng)用