Java 异常详细介绍
Java 的异常（Exception）是指程序在运行过程中出现的不正常情况，通常是程序无法预料的错误。异常发生时，程序的执行会中断。Java 提供了强大的异常处理机制，以便开发者能够捕获和处理这些异常，保证程序的健壮性和稳定性。
异常的处理机制使得 Java 程序能够在出现问题时，避免整个应用程序崩溃，而是能够优雅地处理错误，或者向用户报告有用的错误信息。
1. 异常分类
Java 中的异常按照是否需要强制处理、异常发生的层次、是否可以恢复等因素，分为以下几类：
1.1 检查异常（Checked Exception）
检查异常是 Java 编译器强制要求处理的异常。如果代码中抛出了检查异常，必须显式地捕获该异常或通过 throws 关键字声明抛出。
- 例如：
IOException、SQLException、ClassNotFoundException等。 - 检查异常通常是由外部因素引起的，比如文件未找到、数据库连接失败等。
示例：
java
import java.io.*;
public class CheckedExceptionExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// FileInputStream 是一个会抛出检查异常的操作
FileInputStream file = new FileInputStream("file.txt");
int data = file.read();
file.close();
} catch (IOException e) {
// 必须捕获并处理检查异常
System.out.println("An error occurred while reading the file: " + e.getMessage());
}
}
}
1.2 运行时异常（Unchecked Exception）
运行时异常是 Java 中的 非检查异常，也叫 运行时异常，它是 RuntimeException 类的子类。运行时异常通常是由程序逻辑错误引起的，编译器不会强制要求处理这些异常。
- 例如：
NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException、ArithmeticException等。 - 运行时异常通常表示程序本身的错误，需要通过代码修改来修复。
示例：
java
public class UncheckedExceptionExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 可能会引发运行时异常：除数为零
int result = 10 / 0;
} catch (ArithmeticException e) {
// 捕获并处理运行时异常
System.out.println("Cannot divide by zero: " + e.getMessage());
}
}
}
1.3 错误（Error）
错误表示系统层面的问题，通常是不可恢复的。Error 类及其子类通常不应由程序进行捕获和处理。常见的错误包括 OutOfMemoryError、StackOverflowError 等。
- 这些错误通常是由于 JVM 本身的资源耗尽或异常状态引起的。
- 一般情况下，程序应该避免发生这些错误，但如果发生了，通常无法恢复。
示例：
java
public class ErrorExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 触发 StackOverflowError，递归调用
recursiveMethod();
} catch (StackOverflowError e) {
System.out.println("StackOverflowError occurred: " + e.getMessage());
}
}
public static void recursiveMethod() {
recursiveMethod();
}
}
2. 异常处理机制
Java 提供了异常处理机制，让程序能够优雅地处理异常，而不是直接终止。
2.1 try-catch-finally 语句
Java 的异常处理通过 try-catch-finally 语句来实现。try 块用于包含可能发生异常的代码；catch 块用于捕获异常并处理；finally 块包含无论是否发生异常都需要执行的代码。
java
try {
// 可能发生异常的代码
} catch (ExceptionType1 e1) {
// 处理 ExceptionType1 异常的代码
} catch (ExceptionType2 e2) {
// 处理 ExceptionType2 异常的代码
} finally {
// 不管是否发生异常，都会执行的代码（可选）
}
2.2 try-catch-finally 代码示例
java
public class TryCatchFinallyExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 可能发生异常的代码
int result = 10 / 0; // ArithmeticException
} catch (ArithmeticException e) {
// 捕获并处理异常
System.out.println("Error: " + e.getMessage());
} finally {
// 无论是否发生异常，都会执行
System.out.println("This block always executes.");
}
}
}
输出：
vbnet Error: / by zero This block always executes.
2.3 多重捕获（Multi-catch）
Java 7 及以上版本支持多重捕获，即在一个 catch 块中捕获多种类型的异常，简化代码结构。
java
public class MultiCatchExample {
public static void main(String[] args) {
try {
String str = null;
str.length(); // 会抛出 NullPointerException
} catch (NullPointerException | ArithmeticException e) {
// 捕获多种异常类型
System.out.println("An exception occurred: " + e.getMessage());
}
}
}
2.4 throw 和 throws 关键字
throw关键字：用于显式抛出一个异常对象。throws关键字：用于声明方法可能抛出的异常类型，提醒调用者处理这些异常。
throw 示例
java
public class ThrowExceptionExample {
public static void main(String[] args) {
try {
throw new IllegalArgumentException("Invalid argument");
} catch (IllegalArgumentException e) {
System.out.println("Caught exception: " + e.getMessage());
}
}
}
throws 示例
java
import java.io.*;
public class ThrowsExample {
public static void main(String[] args) {
try {
readFile("file.txt");
} catch (IOException e) {
System.out.println("An error occurred while reading the file.");
}
}
// 使用 throws 声明方法可能抛出的异常
public static void readFile(String fileName) throws IOException {
FileInputStream file = new FileInputStream(fileName);
int data = file.read();
file.close();
}
}
3. 常见异常类型
3.1 NullPointerException
NullPointerException 是当程序试图访问或操作 null 引用时抛出的异常。
示例：
java
public class NullPointerExceptionExample {
public static void main(String[] args) {
String str = null;
System.out.println(str.length()); // 会抛出 NullPointerException
}
}
3.2 ArrayIndexOutOfBoundsException
当程序试图访问数组中不存在的索引时，会抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException。
示例：
java
public class ArrayIndexOutOfBoundsExceptionExample {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {1, 2, 3};
System.out.println(arr[5]); // 会抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException
}
}
3.3 ArithmeticException
当程序出现数学运算错误时，会抛出 ArithmeticException，例如除以零。
示例：
java
public class ArithmeticExceptionExample {
public static void main(String[] args) {
int result = 10 / 0; // 会抛出 ArithmeticException
}
}
3.4 ClassNotFoundException
当程序试图加载一个不存在的类时，会抛出 ClassNotFoundException。
示例：
java
public class ClassNotFoundExceptionExample {
public static void main(String[] args) {
try {
Class.forName("NonExistentClass"); // 会抛出 ClassNotFoundException
} catch (ClassNotFoundException e) {
System.out.println("Class not found: " + e.getMessage());
}
}
}
3.5 IOException
IOException 是在输入/输出操作失败或中断时抛出的异常。
示例：
java
import java.io.*;
public class IOExceptionExample {
public static void main(String[] args) {
try {
FileReader reader = new FileReader("nonexistentfile.txt"); // 会抛出 FileNotFoundException
} catch (IOException e) {
System.out.println("IOException occurred: " + e.getMessage());
}
}
}
4. 自定义异常
Java 允许开发者自定义异常。通常有两种方式：
- 自定义检查异常：继承
Exception类。 - 自定义运行时异常：继承
RuntimeException类。
4.1 自定义检查异常
java
class CustomCheckedException extends Exception {
public CustomCheckedException(String message) {
super(message);
}
}
public class CustomCheckedExceptionExample {
public static void main(String[] args) {
try {
throw new CustomCheckedException("This is a custom checked exception");
} catch (CustomCheckedException e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
}
}
4.2 自定义运行时异常
java
class CustomUncheckedException extends RuntimeException {
public CustomUncheckedException(String message) {
super(message);
}
}
public class CustomUncheckedExceptionExample {
public static void main(String[] args) {
try {
throw new CustomUncheckedException("This is a custom unchecked exception");
} catch (CustomUncheckedException e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
}
}
5. 总结
- 检查异常（Checked Exceptions）：必须显式捕获或声明，例如
IOException、SQLException等。 - 运行时异常（Unchecked Exceptions）：不需要强制处理，通常由程序错误引起，例如
NullPointerException、ArithmeticException等。 - 错误（Errors）：通常是 JVM 层面的问题，不应由应用程序捕获和处理，例如
OutOfMemoryError、StackOverflowError等。 - 异常处理机制：通过
try-catch-finally语句处理异常。 - 自定义异常：可以根据需要自定义异常类，以满足业务需求。
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