Java 異常處理

異常是程式中的一些錯誤，但並不是所有的錯誤都是異常，並且錯誤有時候是可以避免的。

比如說，你的代碼少了一個分號，那麼運行出來結果是提示是錯誤 java.lang.Error；如果你用System.out.println(11/0)，那麼你是因為你用0做了除數，會拋出 java.lang.ArithmeticException 的異常。

異常發生的原因有很多，通常包含以下幾大類：

  • 用戶輸入了非法數據。
  • 要打開的檔不存在。
  • 網路通信時連接中斷，或者JVM記憶體溢出。

這些異常有的是因為用戶錯誤引起，有的是程式錯誤引起的，還有其他一些是因為物理錯誤引起的。-

要理解Java異常處理是如何工作的，你需要掌握以下三種類型的異常：

  • 檢查性異常：最具代表的檢查性異常是用戶錯誤或問題引起的異常，這是程式員無法預見的。例如要打開一個不存在檔時，一個異常就發生了，這些異常在編譯時不能被簡單地忽略。
  • 運行時異常： 運行時異常是可能被程式員避免的異常。與檢查性異常相反，運行時異常可以在編譯時被忽略。
  • 錯誤： 錯誤不是異常，而是脫離程式員控制的問題。錯誤在代碼中通常被忽略。例如，當棧溢出時，一個錯誤就發生了，它們在編譯也檢查不到的。

Exception 類的層次

所有的異常類是從 java.lang.Exception 類繼承的子類。

Exception 類是 Throwable 類的子類。除了Exception類外，Throwable還有一個子類Error 。

Java 程式通常不捕獲錯誤。錯誤一般發生在嚴重故障時，它們在Java程式處理的範疇之外。

Error 用來指示運行時環境發生的錯誤。

例如，JVM 記憶體溢出。一般地，程式不會從錯誤中恢復。

異常類有兩個主要的子類：IOException 類和 RuntimeException 類。

在 Java 內置類中(接下來會說明)，有大部分常用檢查性和非檢查性異常。

Java 內置異常類

Java 語言定義了一些異常類在 java.lang 標準包中。

標準運行時異常類的子類是最常見的異常類。由於 java.lang 包是默認加載到所有的 Java 程式的，所以大部分從運行時異常類繼承而來的異常都可以直接使用。

Java 根據各個類庫也定義了一些其他的異常，下麵的表中列出了 Java 的非檢查性異常。

異常 描述
ArithmeticException 當出現異常的運算條件時，拋出此異常。例如，一個整數"除以零"時，拋出此類的一個實例。
ArrayIndexOutOfBoundsException 用非法索引訪問數組時拋出的異常。如果索引為負或大於等於數組大小，則該索引為非法索引。
ArrayStoreException 試圖將錯誤類型的對象存儲到一個對象數組時拋出的異常。
ClassCastException 當試圖將對象強制轉換為不是實例的子類時，拋出該異常。
IllegalArgumentException 拋出的異常表明向方法傳遞了一個不合法或不正確的參數。
IllegalMonitorStateException 拋出的異常表明某一線程已經試圖等待對象的監視器，或者試圖通知其他正在等待對象的監視器而本身沒有指定監視器的線程。
IllegalStateException 在非法或不適當的時間調用方法時產生的信號。換句話說，即 Java 環境或 Java 應用程式沒有處於請求操作所要求的適當狀態下。
IllegalThreadStateException 線程沒有處於請求操作所要求的適當狀態時拋出的異常。
IndexOutOfBoundsException 指示某排序索引（例如對數組、字串或向量的排序）超出範圍時拋出。
NegativeArraySizeException 如果應用程式試圖創建大小為負的數組，則拋出該異常。
NullPointerException 當應用程式試圖在需要對象的地方使用 null 時，拋出該異常
NumberFormatException 當應用程式試圖將字串轉換成一種數值類型，但該字串不能轉換為適當格式時，拋出該異常。
SecurityException 由安全管理器拋出的異常，指示存在安全侵犯。
StringIndexOutOfBoundsException 此異常由 String 方法拋出，指示索引或者為負，或者超出字串的大小。
UnsupportedOperationException 當不支持請求的操作時，拋出該異常。

下麵的表中列出了 Java 定義在 java.lang 包中的檢查性異常類。

異常 描述
ClassNotFoundException 應用程式試圖加載類時，找不到相應的類，拋出該異常。
CloneNotSupportedException 當調用 Object 類中的 clone 方法克隆對象，但該對象的類無法實現 Cloneable 介面時，拋出該異常。
IllegalAccessException 拒絕訪問一個類的時候，拋出該異常。
InstantiationException 當試圖使用 Class 類中的 newInstance 方法創建一個類的實例，而指定的類對象因為是一個介面或是一個抽象類而無法實例化時，拋出該異常。
InterruptedException 一個線程被另一個線程中斷，拋出該異常。
NoSuchFieldException 請求的變數不存在
NoSuchMethodException 請求的方法不存在

異常方法

下麵的列表是 Throwable 類的主要方法:

序號 方法及說明
1 public String getMessage()
返回關於發生的異常的詳細資訊。這個消息在Throwable 類的構造函數中初始化了。
2 public Throwable getCause()
返回一個Throwable 對象代表異常原因。
3 public String toString()
使用getMessage()的結果返回類的串級名字。
4 public void printStackTrace()
列印toString()結果和棧層次到System.err，即錯誤輸出流。
5 public StackTraceElement [] getStackTrace()
返回一個包含堆疊層次的數組。下標為0的元素代表棧頂，最後一個元素代表方法調用堆疊的棧底。
6 public Throwable fillInStackTrace()
用當前的調用棧層次填充Throwable 對象棧層次，添加到棧層次任何先前資訊中。

捕獲異常

使用 try 和 catch 關鍵字可以捕獲異常。try/catch 代碼塊放在異常可能發生的地方。

try/catch代碼塊中的代碼稱為保護代碼，使用 try/catch 的語法如下： 

try
{
   // 程式代碼
}catch(ExceptionName e1)
{
   //Catch 塊

}

Catch 語句包含要捕獲異常類型的聲明。當保護代碼塊中發生一個異常時，try 後面的 catch 塊就會被檢查。

如果發生的異常包含在 catch 塊中，異常會被傳遞到該 catch 塊，這和傳遞一個參數到方法是一樣。

實例

下麵的例子中聲明有兩個元素的一個數組，當代碼試圖訪問數組的第三個元素的時候就會拋出一個異常。

ExcepTest.java 檔代碼：

// 檔案名 : ExcepTest.java import java.io.*; public class ExcepTest{ public static void main(String args[]){ try{ int a[] = new int[2]; System.out.println("Access element three :" + a[3]); }catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){ System.out.println("Exception thrown :" + e); } System.out.println("Out of the block"); } }

以上代碼編譯運行輸出結果如下：

Exception thrown  :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
Out of the block

多重捕獲塊

一個 try 代碼塊後面跟隨多個 catch 代碼塊的情況就叫多重捕獲。

多重捕獲塊的語法如下所示：

try{ // 程式代碼 }catch(異常類型1 異常的變數名1){ // 程式代碼 }catch(異常類型2 異常的變數名2){ // 程式代碼 }catch(異常類型2 異常的變數名2){ // 程式代碼 }

上面的代碼段包含了 3 個 catch塊。

可以在 try 語句後面添加任意數量的 catch 塊。

如果保護代碼中發生異常，異常被拋給第一個 catch 塊。

如果拋出異常的數據類型與 ExceptionType1 匹配，它在這裏就會被捕獲。

如果不匹配，它會被傳遞給第二個 catch 塊。

如此，直到異常被捕獲或者通過所有的 catch 塊。

實例

該實例展示了怎麼使用多重 try/catch。

try { file = new FileInputStream(fileName); x = (byte) file.read(); } catch(FileNotFoundException f) { // Not valid! f.printStackTrace(); return -1; } catch(IOException i) { i.printStackTrace(); return -1; }

throws/throw 關鍵字：

如果一個方法沒有捕獲到一個檢查性異常，那麼該方法必須使用 throws 關鍵字來聲明。throws 關鍵字放在方法簽名的尾部。

也可以使用 throw 關鍵字拋出一個異常，無論它是新實例化的還是剛捕獲到的。

下麵方法的聲明拋出一個 RemoteException 異常：

import java.io.*; public class className { public void deposit(double amount) throws RemoteException { // Method implementation throw new RemoteException(); } //Remainder of class definition }

一個方法可以聲明拋出多個異常，多個異常之間用逗號隔開。

例如，下麵的方法聲明拋出 RemoteException 和 InsufficientFundsException：

import java.io.*; public class className { public void withdraw(double amount) throws RemoteException, InsufficientFundsException { // Method implementation } //Remainder of class definition }

finally關鍵字

finally 關鍵字用來創建在 try 代碼塊後面執行的代碼塊。

無論是否發生異常，finally 代碼塊中的代碼總會被執行。

在 finally 代碼塊中，可以運行清理類型等收尾善後性質的語句。

finally 代碼塊出現在 catch 代碼塊最後，語法如下：

try{ // 程式代碼 }catch(異常類型1 異常的變數名1){ // 程式代碼 }catch(異常類型2 異常的變數名2){ // 程式代碼 }finally{ // 程式代碼 }

實例

ExcepTest.java 檔代碼：

public class ExcepTest{ public static void main(String args[]){ int a[] = new int[2]; try{ System.out.println("Access element three :" + a[3]); }catch(ArrayIndexOutOfBoundsException e){ System.out.println("Exception thrown :" + e); } finally{ a[0] = 6; System.out.println("First element value: " +a[0]); System.out.println("The finally statement is executed"); } } }

以上實例編譯運行結果如下：

Exception thrown  :java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
First element value: 6
The finally statement is executed

注意下麵事項：

  • catch 不能獨立於 try 存在。
  • 在 try/catch 後面添加 finally 塊並非強制性要求的。
  • try 代碼後不能既沒 catch 塊也沒 finally 塊。
  • try, catch, finally 塊之間不能添加任何代碼。

聲明自定義異常

在 Java 中你可以自定義異常。編寫自己的異常類時需要記住下麵的幾點。

  • 所有異常都必須是 Throwable 的子類。
  • 如果希望寫一個檢查性異常類，則需要繼承 Exception 類。
  • 如果你想寫一個運行時異常類，那麼需要繼承 RuntimeException 類。

可以像下麵這樣定義自己的異常類：

class MyException extends Exception{ }

只繼承Exception 類來創建的異常類是檢查性異常類。

下麵的 InsufficientFundsException 類是用戶定義的異常類，它繼承自 Exception。

一個異常類和其他任何類一樣，包含有變數和方法。

實例

以下實例是一個銀行帳戶的模擬，通過銀行卡的號碼完成識別，可以進行存錢和取錢的操作。

InsufficientFundsException.java 檔代碼：

// 檔案名InsufficientFundsException.java import java.io.*; //自定義異常類，繼承Exception類 public class InsufficientFundsException extends Exception { //此處的amount用來儲存當出現異常（取出錢多於餘額時）所缺乏的錢 private double amount; public InsufficientFundsException(double amount) { this.amount = amount; } public double getAmount() { return amount; } }

為了展示如何使用我們自定義的異常類，

在下面的 CheckingAccount 類中包含一個 withdraw() 方法拋出一個 InsufficientFundsException 異常。

CheckingAccount.java 檔代碼：

// 檔案名稱 CheckingAccount.java import java.io.*; //此類模擬銀行帳戶 public class CheckingAccount { //balance為餘額，number為卡號 private double balance; private int number; public CheckingAccount(int number) { this.number = number; } //方法：存錢 public void deposit(double amount) { balance += amount; } //方法：取錢 public void withdraw(double amount) throws InsufficientFundsException { if(amount <= balance) { balance -= amount; } else { double needs = amount - balance; throw new InsufficientFundsException(needs); } } //方法：返回餘額 public double getBalance() { return balance; } //方法：返回卡號 public int getNumber() { return number; } }

下麵的 BankDemo 程式示範了如何調用 CheckingAccount 類的 deposit() 和 withdraw() 方法。

BankDemo.java 檔代碼：

//檔案名稱 BankDemo.java public class BankDemo { public static void main(String [] args) { CheckingAccount c = new CheckingAccount(101); System.out.println("Depositing $500..."); c.deposit(500.00); try { System.out.println("\nWithdrawing $100..."); c.withdraw(100.00); System.out.println("\nWithdrawing $600..."); c.withdraw(600.00); }catch(InsufficientFundsException e) { System.out.println("Sorry, but you are short $" + e.getAmount()); e.printStackTrace(); } } }

編譯上面三個檔，並運行程式 BankDemo，得到結果如下所示： 

Depositing $500...

Withdrawing $100...

Withdrawing $600...
Sorry, but you are short $200.0
InsufficientFundsException
        at CheckingAccount.withdraw(CheckingAccount.java:25)
        at BankDemo.main(BankDemo.java:13)

通用異常

在Java中定義了兩種類型的異常和錯誤。

  • JVM(Java虛擬機) 異常：由 JVM 拋出的異常或錯誤。例如：NullPointerException 類，ArrayIndexOutOfBoundsException 類，ClassCastException 類。
  • 程式級異常：由程式或者API程式拋出的異常。例如 IllegalArgumentException 類，IllegalStateException 類。