第九章 异常处理

异常情况会改变正常的流程，导致恶劣的后果，为了减少损失，应该事先充分预料所有可能出现的异常，然后采取以下措施：

首先考虑避免异常，彻底杜绝异常的发生；如果不能完全避免，则尽可能地减少异常的发生的几率。

如果有些异常不可避免，那么应该预先准备好处理异常的措施，从而降低或弥补异常造成的损失，或者恢复正常的流程。

对于某个系统遇到的异常，有些异常单靠系统本身就能处理，有些异常需要系统本身及其它系统共同处理。

对于某个系统遇到的异常，系统本身应该尽可能地处理异常，实在没办法处理，才求助于其它系统处理。

Java系统提供了一套完善的异常处理机制。正确的运用这套机制，有助于提高程序的健壮性。所谓健壮性是指程序在多数情况下能够正常运行，返回预期的结果，如果偶尔遇到异常情况，程序也能采取周到的解救措施。

9.1 Java异常处理机制概述

在处理异常中要考虑的两个问题：

如何表示异常情况

如何控制处理异常的流程

9.1.1 Java异常处理机制的优点

传统的异常处理方式尽管是有效的，但存在以下缺点：

表示异常情况的能力有限，单靠方法的返回值难以表达异常情况包含的所有信息。

异常流程的代码和正常流程的代码混合在一起，影响程序的可读性，容易增加程序结构的复杂性。

随着系统规模的不断扩大，这种处理方式已经成为创建大型可维护项目的障碍。

Java语言按照面向对象的思想来处理异常，使得程序具有更好的可维护性。Java异常处理机制具有以下优点：

把各种不同类型的异常情况进行分类，用Java类表示异常情况，这种类被称为异常类。把异常情况标识成异常类，可以充分发挥类的可扩展性和可重用的优势。

异常流程的代码和正常流程的代码分离，提高了程序的可读性。简化了程序的结构。

可以灵活地处理异常，如果当前方法有能力处理异常，就捕获并处理它，否则只需抛出异常，由方法调用者来处理。

9.1.2 Java虚拟机的方法调用栈

Java虚拟机使用方法调用栈来跟踪每个线程种一系列的方法调用过程。该堆栈中保存了每个调用方法的本地信息(比如方法的局部变量)。每个线程都有独立的方法调用栈。对于方法Java应用程序的主线程，堆栈底部是程序的入口方法main()，当一个方法被调用时，Java虚拟机把描述该方法的栈结构置入栈顶部，位于栈顶的方法为正在执行的方法。

如果方法中的代码块可能抛出异常，有两种处理方法：

在当前方法中通过try-catch语句捕获并处理异常。

在方法的声明处通过throws语句声明抛出异常。

当一个方法正常执行完毕后，Java虚拟机会从调用栈中弹出该方法的栈结构。然后继续处理前一个方法，如果在执行方法的过程中抛出异常，Java虚拟机必须找到能够捕获该异常的catch代码块。(首先查看当前方法中是否存在这样的catch代码块，如果存在就执行该语句，否则，Java虚拟机会从调用栈中弹出该方法，继续到前一个方法中寻找合适的catch代码块。)

当Java虚拟机追溯到调用栈的最底部，如果仍然没有找到处理该异常的代码块，将按照以下步骤执行：

调用异常对象的printStackTrace()方法，打印来自方法调用栈的异常信息。

如果该线程不是主线程，那么终止这个线程，其它线程继续正常运行。如果该线程是主线程(即方法调用栈的最底部是main()方法)，那么整个应用程序会被终止。

9.1.3 异常处理对性能的影响

一般来说，在Java程序中使用try-catch语句不会对应用的性能造成很大的影响。仅当异常发生时，Java虚拟机需要进行额外的操作，来定位处理异常的代码块，此时会对性能产生负面影响。如果抛出异常的代码块和捕获异常的代码块位于同一个方法中，那么这种影响要小一些；如果Java虚拟机必须搜索方法的调用栈来寻找异常处理代码块，对性能的影响就比较大了。

所以，应该确保仅仅在程序中可能出现异常的地方使用try-catch语句，此外，应该使异常处理代码块位于适当的层次。如果当前方法具备某种处理异常的能力，就尽量自行处理，不要把自己可以处理的异常推给方法的调用者去处理。

9.2 运用Java异常处理机制

9.2.1 try-catch语句

在Java语言中，用try-catch语句进行异常处理：

try{

可能会出现异常情况的代码

}catch (SQLException e){

处理操作数据库出现的异常

}catch(IOException e){

处理操作输入输出流出现的异常

}

9.2.2 finally语句：任何情况下必须执行的代码

finally代码块能够保证特定的操作总是会执行。它的形式如下：

public void work() throws LeaveEarlyException{

try{

开门

工作8小时

}catch(DiseaseException e){

throw new LeaveEarlyException();

}finally{

关门

}

}

不管try代码块中是否出现异常，都会执行finally代码块。

这种处理方式在某些情况下是可行的，但不值得推荐，因为它有两个缺点：

把与try代码块相关的操作孤立开来，使程序结构松散，可读性差。

影响程序的健壮性。

9.2.3 throws子句：声明可能会出现的异常

如果一个方法可能会出现异常，但没有能力处理这种异常，可以在方法的声明处用throws子句来声明抛出异常。

一个方法可能出现多种异常，throws子句允许声明抛出多个异常，例如：

public void method() throws SQLException, IOException{... ...}

异常声明是接口的一部分，在JavaDoc文档中应描述方法可能抛出的异常。

9.2.4 throw语句：抛出异常

throw语句用于抛出异常，有throw语句抛出的对象必须是java.lang.Throwable类或者其子类的实例。

9.2.5 异常处理语句的语法规则

try代码块后面可以有零个或多个catch代码块，还可以有零个或至多一个finally代码块。如果catck代码块和finally代码块同时存在，finally代码块必须在catch代码块后面。

try代码块后面可以只跟finally代码块。

在try代码块中定义的变量的作用域为try代码块，在catch代码块和finally代码块中不能访问该变量。

当try代码块后面有多个catch代码块时，Java虚拟机会把实际抛出异常对象依次和各个catch代码块声明的异常类型匹配，如果异常对象为某个异常类型或其子类的实例，就执行这个代码块，不会再执行其它的catch代码块。

为了简化编程，从JDK7开始，允许在一个catch子句中同时捕获多个不同类型的异常，用|符合进行分隔。

如果一个方法可能出现受检查异常，要么用try-catch语句捕获，要么用throws子句声明将它抛出，否则会导致编译错误。

判断一个方法可能会出现异常的依据如下：

方法中有throw语句。

调用了其它方法，其它方法用throws子句声明抛出某种异常。

针对前一条语法规则，从JDK7开始，如果在catch子句中捕获的异常被声明为final类型，那么当catch子句中继续抛出该异常时，可以不用在定义方法时用throws子句声明将它抛出。

throw语句后面不允许紧跟其它语句，因为这些语句永远不会被执行。

9.2.6 异常流程的运行过程

finally语句不被执行的唯一情况是：先执行了用于终止程序的System.exit()方法。java.lang.System类的静态方法exit()用于终止当前Java虚拟机进程，Java虚拟机所执行的Java程序也会随之停止。exit()方法的定义如下：

public static void exit(int status)

return 语句用于退出本方法。在执行try或catch代码块中的return语句时，加入有finally代码块，会先执行finally代码块。

funally代码块虽然在return语句之前被执行，但finally代码块不能通过重新该变量赋值的方式来改变return语句的返回值。

建议不要在finally代码块中使用return语句，因为他会导致以下两种潜在的错误：

覆盖try或catch代码块中的return语句。

丢失异常。

9.2.7 跟踪丢失的异常

在JDK7中，Throwable接口中增加了两个已经提供的默认实现的方法

public final void addSuppressed(Throwable exception)

public final Throwable[] getSuppressed()

以上add方法把差点丢失的异常保存起来，get方法返回所保存下来的差点丢失的异常。

9.3 Java异常类

Java中，所有异常类的祖先类为java.lang.Throwable类。它的实例表示具体的异常类型，可以使用throw语句抛出。Throwable类提供了访问异常信息的一些方法，常用的方法如下：

getMessage()：返回String类型的异常信息

printStackTrace()：打印跟踪方法调用栈而获得的详细异常信息。

Throwable类有两个直接子类：

Error类：表示单靠程序本身无法恢复的严重错误，比如内存空间不足，或者Java虚拟机的方法调用栈溢出。在大多数情况下，遇到这种错误时，建议让程序终止。

Exception类：表示程序本身可以处理的异常，当程序运行时出现这类异常，应该尽可能地处理异常，并且使程序恢复运行，而不应该随意终止程序。

JDK中定义了一些具体的异常：

IOException：操作输入流和输出流是可能出现的异常。

ArithmeticException：数学异常。如把整数除以0，就会出现这种异常。

NullPointerException：空指针异常。当引用变量为null时，试图访问对象的属性或方法，就会出现这种异常。

IndexOutOfBoundsException：下标越界异常。它的子类ArrayIndexOutOfBoundsException表示数组下标越界异常。

ClassCastException：类型转换异常。

IllegalArgumentException：非法参数异常，可用来检查方法的参数是否合法。

9.3.1 运行时异常

RuntimeException类及其子类都被称为运行时异常，这种异常的特点是Java编译器不会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常时，即使没有使用try-catch语句捕获它，也没有用throws子句声明抛出它，也会编译通过。

由于程序代码不会处理运行时异常，因此当程序在运行时出现了这种异常时，就会导致程序异常终止。

9.3.2 受检查时异常

除了RuntimeException及其子类以为，其它的Exception类及其子类都属于受检查异常。这种异常的特点是Java虚拟机会检查它，也就是说，当程序中可能出现这种异常时，要么使用try-catch语句捕获它，要么使用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。

9.3.3 区分运行时异常和受检查异常

受检查异常表示程序可以处理的异常，如果抛出异常的方法本身不能处理它，那么方法的调用者应该可以处理它，从而使程序恢复运行，不至于终止程序。

运行时异常表示无法让程序恢复运行的异常，导致这种异常的原因通常是执行了错误操作。一旦出现了错误操作，建议终止程序，因此Java虚拟机不检查这种错误。

9.4 用户定义异常

在特定的问题领域，可以通过扩展Exception类或RuntimeException类来创建自定义的异常，异常类包含和异常相关的信息。

9.4.1 异常转译和异常链

9.4.2 处理多样化异常

9.5 异常处理原则

9.5.1 异常只能用于非正常情况

这种处理方式有以下缺点：

滥用异常流程会降低程序的性能

用异常类来表示正常情况，违背了异常处理机制的初衷。

模糊了程序代码的意图，影响可读性。

容易掩饰程序代码中的错误，增加调试的复杂性。

9.5.2 为异常提供说明文档

9.5.3 尽可能地避免异常

许多运行时异常是由于程序代码中的错误引起的，只有修改了程序代码的错误，或者改进了程序的实现方式，就能避免这种错误。

提供状态测试方法。有些异常是由于当对象处于某种状态下，不适合某种操作造成的。

9.5.4 保持异常的原子性

异常的原子性是指当异常发生后，各个对象的状态能够恢复到异常发生前的初始状态。而不至于停留在某个不合理的中间状态。对象的状态是否合理，是由特定问题领域的业务决定的。

保持异常的原子性有以下办法：

先检查方法的参数是否有效，确保当异常发生时还没有改变对象的初始状态。

编写一段恢复代码，由它来解释操作过程中发生的失败，并且使对象状态回滚到初始状态。

在对象的临时副本上进行操作，当操作成功后，把临时副本中的内容复制到原来的对象中。

9.5.5 避免庞大的try代码块

9.5.6 在catch子句中指定具体的异常类型。

9.5.7 不要在catch代码块中忽略被捕获的异常

9.6 记录日志

输出日志的作用：

监视代码中的变量的变化情况，把数据周期性的记录到文件中供其它应用进行统计分析工作。

跟踪代码运行时轨迹，作为日后审计的依据。

承担集成开发环境中的调试器的作用，向文件或控制台打印代码的调试信息。

可以直接使用Java类库中的java.util.logging日志操作包。这个包中主要有4个类：

Logger类：负责生成日志，并能够对日志信息进行分级别筛选，通俗地讲，就是决定什么级别的日志信息应该被输出，什么级别的日志应该被忽略。

Handler类：负责输出日志信息，它有两个子类：ConcoleHandler类(把日志输出到DOS命令行控制台)、和FileHandler类(把日志输出到文件中)

Formatter类：指定日志信息的输出格式。它有两个子类：SimpleFormatter类(常用的日志格式)和XMLFormatter类(表示基于XML的日志格式)

Level类：表示日志的各种级别，它的静态常量表示不同的日志级别。

9.6.1 创建Logger对象及设置日志级别

首先通过Logger类的getLogger(String name)方法获得一个Logger对象

Logger myLogger = Logger.getLogger("myLogger");

在默认情况下，Logger类只输出SEVERE,WARNING, INFO这前三个级别。可以通过Logger类的setLevel()方法设置日志级别。

logger.setLevel("Level.FINE"); // 把日志级别设为FINE

logger.setLevel("Level.WARNING"); // 把日志级别设为WARNING

logger.setLevel("Level.ALL") // 开启所有日志级别

logger.setLevel("Level.OFF") // 关闭所有日志级别

9.6.2 生成日志

Logger类的severe(), warn(), info()方法等分别生成各级级别的日志。

9.6.3 把日志输出到文件

默认情况下，Logger类把日志输出到DOS控制台

9.6.4 设置日志的输出格式

9.7 使用断言

格式：

assert 条件表达式

assert 条件表达式：包含错误信息的表达式

当表达式的值为false时，就会抛出一个AssertError，第二种形式中，第二个表达式会被转换成错误消息的字符串。

当程序运行时，断言在默认情况下是关闭的。