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Java中的异常(Exception):什么是异常?异常产生的原因及常见的几种异常类型

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Java 中的异常(Exception)又称为例外,是一个在程序执行期间发生的事件,它中断正在执行的程序的正常指令流。为了能够及时有效地处理程序中的运行错误,必须使用异常类。

异常简介

在程序中,错误可能产生于程序员没有预料到的各种情况,或者超出程序员可控范围的环境,例如用户的坏数据、试图打开一个不存在的文件等。为了能够及时有效地处理程序中的运行错误,Java 专门引入了异常类。

例 1

为了更好地理解什么是异常,下面来看一段非常简单的 Java 程序。下面的示例代码实现了允许用户输入 1~3 以内的整数,其他情况提示输入错误。
package ch11;
import Java.util.Scanner;
public class TestO1
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("请输入您的选择:(1~3 之间的整数)");
        Scanner input=new Scanner(System.in);
        int num=input.nextInt();
        switch(num)
        {
            case 1:
                System.out.println("one");
                break;
            case 2:
                System.out.println("two");
                break;
            case 3:
                System.out.println("three");
                break;
            default:
                System.out.println("error");
                break;
        }
    }
}

正常情况下,用户会按照系统的提示输入 1~3 之间的数字。但是,如果用户没有按要求进行输入,例如输入了一个字母“a”,则程序在运行时将会发生异常,运行结果如下所示。
请输入您的选择:(1~3 之间的整数)
a
Exception in thread "main" java.util.InputMismatchException
at java.util.Scanner.throwFor(Unknown Source)
at java.util.Scanner.next(Unknown Source)
at java.util.Scanner.nextInt(Unknown Source)
at java.util.Scanner.nextInt(Unknown Source)
at text.text.main(text.java:11)

异常产生的原因及使用原则

在 Java 中一个异常的产生,主要有如下三种原因:
  1. Java 内部错误发生异常,Java 虚拟机产生的异常。
  2. 编写的程序代码中的错误所产生的异常,例如空指针异常、数组越界异常等。这种异常称为未检査的异常,一般需要在某些类中集中处理这些异常。
  3. 通过 throw 语句手动生成的异常,这种异常称为检査的异常,一般用来告知该方法的调用者一些必要的信息。

Java 通过面向对象的方法来处理异常。在一个方法的运行过程中,如果发生了异常,则这个方法会产生代表该异常的一个对象,并把它交给运行时的系统,运行时系统寻找相应的代码来处理这一异常。

我们把生成异常对象,并把它提交给运行时系统的过程称为拋出(throw)异常。运行时系统在方法的调用栈中查找,直到找到能够处理该类型异常的对象,这一个过程称为捕获(catch)异常

Java 异常强制用户考虑程序的强健性和安全性。异常处理不应用来控制程序的正常流程,其主要作用是捕获程序在运行时发生的异常并进行相应处理。编写代码处理某个方法可能出现的异常,可遵循如下三个原则:
  1. 在当前方法声明中使用 try catch 语句捕获异常。
  2. 一个方法被覆盖时,覆盖它的方法必须拋出相同的异常或异常的子类。
  3. 如果父类抛出多个异常,则覆盖方法必须拋出那些异常的一个子集,而不能拋出新异常。

异常类型

在 Java 中所有异常类型都是内置类 java.lang.Throwable 类的子类,即 Throwable 位于异常类层次结构的顶层。Throwable 类下有两个异常分支 Exception 和 Error,如图 1 所示。


图1 异常结构图

由图 2 可以知道,Throwable 类是所有异常和错误的超类,下面有 Error 和 Exception 两个子类分别表示错误和异常。其中异常类 Exception 又分为运行时异常非运行时异常,这两种异常有很大的区别,也称为不检查异常(Unchecked Exception)检查异常(Checked Exception)
  • Exception 类用于用户程序可能出现的异常情况,它也是用来创建自定义异常类型类的类。
  • Error 定义了在通常环境下不希望被程序捕获的异常。Error 类型的异常用于 Java 运行时由系统显示与运行时系统本身有关的错误。堆栈溢出是这种错误的一例。
  • 本章不讨论关于 Error 类型的异常处理,因为它们通常是灾难性的致命错误,不是程序可以控制的。本章接下来的内容将讨论 Exception 类型的异常处理。

运行时异常都是 RuntimeException 类及其子类异常,如 NullPointerException、IndexOutOfBoundsException 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。这些异常一般由程序逻辑错误引起,程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。

非运行时异常是指 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、ClassNotFoundException 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。表 1 列出了一些常见的异常类型及它们的作用。

表1 Java中常见的异常类型
异常类型 说明
Exception 异常层次结构的根类
RuntimeException 运行时异常,多数 java.lang 异常的根类
ArithmeticException 算术谱误异常,如以零做除数
ArraylndexOutOfBoundException 数组大小小于或大于实际的数组大小
NullPointerException 尝试访问 null 对象成员,空指针异常
ClassNotFoundException 不能加载所需的类
NumberF ormatException 数字转化格式异常,比如字符串到 float 型数字的转换无效
IOException I/O 异常的根类
F ileN otF oundException 找不到文件
EOFException 文件结束
InterruptedException 线程中断
IllegalArgumentException 方法接收到非法参数
ClassCastException 类型转换异常
SQLException 操作数据库异常