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破壁Java - 异常处理

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2021/09/01 Share

Java 的异常

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:

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// 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:

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// 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:

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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:

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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:

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:

  1. RuntimeException以及它的子类;
  2. 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

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:

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// 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:

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// 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:

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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:

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// 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:

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// 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:

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// 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:

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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。

抛出异常

当某个方法抛出了异常时,如果当前方法没有捕获异常,异常就会被抛到上层调用方法,直到遇到某个try … catch被捕获为止:

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public class Main {
public static void main(String[] args) {
try {
process1();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}

static void process1() {
process2();
}

static void process2() {
Integer.parseInt(null); // 会抛出NumberFormatException
}
}

NullPointerException

在所有的RuntimeException异常中,Java程序员最熟悉的恐怕就是NullPointerException了。

NullPointerException即空指针异常,俗称NPE。如果一个对象为null,调用其方法或访问其字段就会产生NullPointerException,这个异常通常是由JVM抛出的,例如:

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public class Main {
public static void main(String[] args) {
String s = null;
System.out.println(s.toLowerCase());
}
}

如果遇到NullPointerException,我们应该如何处理?首先,必须明确,NullPointerException是一种代码逻辑错误,遇到NullPointerException,遵循原则是早暴露,早修复,严禁使用catch来隐藏这种编码错误。

小结

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。

参考资料




CATALOG
  1. 1. Java 的异常
  2. 2. 捕获异常
  3. 3. 抛出异常
  4. 4. NullPointerException
  5. 5. 小结
  6. 6. 参考资料