概念介绍

异常是发生在程序执行过程中阻碍程序正常执行的错误事件,当一个程序出现错误时,可能的情况有如下3种:

语法错误

代码的格式错了,某个字母输错了

运行时错误

空指针异常,数组越界,除数为零等

逻辑错误

运行结果与预想的结果不一样,这是一种很难调试的错误

Java中的异常处理机制主要处理运行时错误。

异常分类

下图是一张经典的Java异常类层次结构图,对各种异常做出了较为清晰的分类

Java异常类层次结构图

从上图中可以看到,所有的异常都继承自一个共同的父类Throwable,而Throwable有两个重要的子类:Exception(异常)和Error(错误)

下面对这两个重要的子类进行介绍

Error(错误)

是程序无法处理的错误,表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的操作无关,而表示代码运行时 JVM(Java 虚拟机)出现的问题。例如,Java虚拟机运行错误(Virtual MachineError),当 JVM 不再有继续执行操作所需的内存资源时,将出现 OutOfMemoryError。这些异常发生时,Java虚拟机(JVM)一般会选择线程终止。

这些错误表示故障发生于虚拟机自身、或者发生在虚拟机试图执行应用时,如Java虚拟机运行错误(Virtual MachineError)、类定义错误(NoClassDefFoundError)等。这些错误是不可查的,因为它们在应用程序的控制和处理能力之 外,而且绝大多数是程序运行时不允许出现的状况。对于设计合理的应用程序来说,即使确实发生了错误,本质上也不应该试图去处理它所引起的异常状况。在 Java中,错误通过Error的子类描述。

Exception(异常)

是程序本身可以处理的异常。主要包含RuntimeException等运行时异常和IOException,SQLException等非运行时异常。

运行时异常包括:都是RuntimeException类及其子类异常,如NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)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。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的,程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。

运行时异常的特点是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,即使没有用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。

非运行时异常(编译异常)包括: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、SQLException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。

从编译器是否要求强制处理的角度分类,异常类别又可分为:

可查异常

正确的程序在运行中,很容易出现的、情理可容的异常状况。可查异常虽然是异常状况,但在一定程度上它的发生是可以预计的,而且一旦发生这种异常状况,就必须采取某种方式进行处理。

除了RuntimeException及其子类以外,其他的Exception类及其子类都属于可查异常。这种异常的特点是Java编译器会检查它,也就是说,当程序中可能出现这类异常,要么用try-catch语句捕获它,要么用throws子句声明抛出它,否则编译不会通过。

不可查异常

包括运行时异常(RuntimeException与其子类)和错误(Error)。

异常处理机制

在 Java 应用程序中,异常处理机制为:抛出异常,捕捉异常。

抛出异常

当一个方法出现错误引发异常时,方法创建异常对象并交付运行时系统,异常对象中包含了异常类型和异常出现时的程序状态等异常信息。运行时系统负责寻找处置异常的代码并执行。

注意:对于运行时异常、错误或可查异常,Java技术所要求的异常处理方式有所不同。

由于运行时异常的不可查性,为了更合理、更容易地实现应用程序,Java规定,运行时异常将由Java运行时系统自动抛出,允许应用程序忽略运行时异常。

对于方法运行中可能出现的Error,当运行方法不欲捕捉时,Java允许该方法不做任何抛出声明。因为,大多数Error异常属于永远不能被允许发生的状况,也属于合理的应用程序不该捕捉的异常。

对于所有的可查异常,Java规定:一个方法必须捕捉,或者声明抛出方法之外。也就是说,当一个方法选择不捕捉可查异常时,它必须声明将抛出异常。

捕获异常

在方法抛出异常之后,运行时系统将转为寻找合适的异常处理器(exception handler)。潜在的异常处理器是异常发生时依次存留在调用栈中的方法的集合。当异常处理器所能处理的异常类型与方法抛出的异常类型相符时,即为合适 的异常处理器。运行时系统从发生异常的方法开始,依次回查调用栈中的方法,直至找到含有合适异常处理器的方法并执行。当运行时系统遍历调用栈而未找到合适 的异常处理器,则运行时系统终止。同时,意味着Java程序的终止。

通常使用关键字try、catch、finally来捕获异常

语法形式如下:

try {

// 可能会发生异常的程序代码

} catch (Type1 id1) {

// 捕获并处理try抛出的异常类型Type1

} catch (Type2 id2) {

// 捕获并处理try抛出的异常类型Type2

} finally {

// 无论是否发生异常,都将执行的语句块

}

小结:

try 块:用于捕获异常。其后可接零个或多个catch块,如果没有catch块,则必须跟一个finally块。

catch 块:用于处理try捕获到的异常。

finally 块:无论是否捕获或处理异常,finally块里的语句都会被执行。当在try块或catch块中遇到return语句时,finally语句块将在方法返回之前被执行。在以下4种特殊情况下,finally块不会被执行:

1)在finally语句块中发生了异常。

2)在前面的代码中用了System.exit()退出程序。

3)程序所在的线程死亡。

4)关闭CPU。

try、catch、finally语句块的执行顺序:

1)当try没有捕获到异常时:try语句块中的语句逐一被执行,程序将跳过catch语句块,执行finally语句块和其后的语句;

2)当try捕获到异常,catch语句块里没有处理此异常的情况:当try语句块里的某条语句出现异常时,而没有处理此异常的catch语句块时,此异常将会抛给JVM处理,finally语句块里的语句还是会被执行,但finally语句块后的语句不会被执行;

3)当try捕获到异常,catch语句块里有处理此异常的情况:在try语句块中是按照顺序来执行的,当执行到某一条语句出现异常时,程序将跳到catch语句块,并与catch语句块逐一匹配,找到与之对应的处理程序,其他的catch语句块将不会被执行,而try语句块中,出现异常之后的语句也不会被执行,catch语句块执行完后,执行finally语句块里的语句,最后执行finally语句块后的语句;

流程如下图所示:

try、catch、finally语句块的执行顺序

面试常考问题总结

1.描述Java 7 ARM(Automatic Resource Management,自动资源管理)特征和多个catch块的使用

如果一个try块中有多个异常要被捕获,catch块中的代码会变丑陋的同时还要用多余的代码来记录异常。有鉴于此,Java 7的一个新特征是:一个catch子句中可以捕获多个异常。示例代码如下:

catch(IOException | SQLException | Exception ex){

logger.error(ex);

throw new MyException(ex.getMessage());

}

大多数情况下,当忘记关闭资源或因资源耗尽出现运行时异常时,我们只是用finally子句来关闭资源。这些异常很难调试,我们需要深入到资源使用的每一步来确定是否已关闭。因此,Java 7用try-with-resources进行了改进:在try子句中能创建一个资源对象,当程序的执行完try-catch之后,运行环境自动关闭资源。下面是这方面改进的示例代码:

try (MyResource mr = new MyResource()) {

System.out.println("MyResource created in try-with-resources");

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

2.在Java中throw与throws关键字之间的区别?

throws用于在方法签名中声明此方法可能抛出的异常,而throw关键字则是中断程序的执行并移交异常对象到运行时进行处理。

3.被检查的异常和不受检查的异常有什么区别?

被检查的异常应该用try-catch块代码处理,或者在main方法中用throws关键字让JRE了解程序可能抛出哪些异常。不受检查的异常在程序中不要求被处理或用throws语句告知。

Exception是所有被检查异常的基类,然而,RuntimeException是所有不受检查异常的基类。

被检查的异常适用于那些不是因程序引起的错误情况,比如:读取文件时文件不存在引发的FileNotFoundException。然而,不被检查的异常通常都是由于糟糕的编程引起的,比如:在对象引用时没有确保对象非空而引起的NullPointerException。

4.Java中final,finally,finalize的区别?

final和finally在Java中是关键字,而finalize则是一个方法。

final关键字使得类变量不可变,避免类被其它类继承或方法被重写。

finally跟try-catch块一起使用,即使是出现了异常,其子句总会被执行,通常,finally子句用来关闭相关资源。

finalize方法中的对象被销毁之前会被垃圾回收。

5.下面是一些代码相关的问题,需要回答该代码有没有问题?该怎么修改?

A.下面这段代码有什么问题呢?

import java.io.FileNotFoundException;

import java.io.IOException;

public class TestException {

public static void main(String[] args) {

try {

testExceptions();

} catch (FileNotFoundException | IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

public static void testExceptions() throws IOException,

FileNotFoundException {

}

}

上面代码的主要问题在于FileNotFoundException是IOException的子类,编译会报错:The exception FileNotFoundException is already caught by the alternative IOException.

有两种办法可以解决这个问题

用两个catch子句来处理这两个异常

try {

testExceptions();

}catch(FileNotFoundException e){

e.printStackTrace();

}catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

在catch子句中移除FileNotFoundException,只用IOException

try {

testExceptions();

}catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

B.下面这段代码又有什么问题呢?

import java.io.FileNotFoundException;

import java.io.IOException;

import javax.xml.bind.JAXBException;

public class TestException1 {

public static void main(String[] args) {

try {

go();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

} catch (FileNotFoundException e) {

e.printStackTrace();

} catch (JAXBException e) {

e.printStackTrace();

}

}

public static void go() throws IOException, JAXBException, FileNotFoundException{

}

}

上面代码的问题同样在于FileNotFoundException是IOException的子类,所以,FileNotFoundException的catch子句将被隐藏。编译时会报错:Unreachable catch block for FileNotFoundException.

解决方案:

改变catch子句的顺序来修复程序

try {

go();

} catch (FileNotFoundException e) {

e.printStackTrace();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

} catch (JAXBException e) {

e.printStackTrace();

}

C.下面的代码同样存在问题。

import java.io.IOException;

import javax.xml.bind.JAXBException;

public class TestException2 {

public static void main(String[] args) {

try {

foo();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}catch(JAXBException e){

e.printStackTrace();

}catch(NullPointerException e){

e.printStackTrace();

}catch(Exception e){

e.printStackTrace();

}

}

public static void foo() throws IOException{

}

}

这段代码同样不能编译,因为JAXBException是个受检查的异常,而foo方法应该抛出此异常供调用方法捕获。你将会得到:Unreachable catch block for JAXBException这样的错误信息。这个异常不可能从try子句中抛出。为解决这个错误,只能将JAXBException从catch子句中移除。

也要注意到,NullPointerException的异常捕获是有效的,因为它是个不被检查的异常。

D.下面的代码存在什么问题呢?

public class TestException3 {

public static void main(String[] args) {

try{

bar();

}catch(NullPointerException e){

e.printStackTrace();

}catch(Exception e){

e.printStackTrace();

}

foo();

}

public static void bar(){

}

public static void foo() throws NullPointerException{

}

}

这代码是个幌子,根本没问题,能被正确编译。我们能捕获到一般异常或者是不被检查的异常,即使在throws语句中没被提及。

同样,如果程序中的一个方法foo()在throws中声明了不被检查的异常,程序中也不一定要处理这个异常。

E.下面这段代码同样存在瑕疵。

import java.io.IOException;

public class TestException4 {

public void start() throws IOException{

}

public void foo() throws NullPointerException{ }

}

class TestException5 extends TestException4{

public void start() throws Exception{ }

public void foo() throws RuntimeException{

}

}

这段代码不能被编译,因为父类中start的方法签名与子类中的start方法签名不相同。为纠正这错误,我们可以修改子类的方法签名使之与超类相同,我们也可以像下面代码那样移除子类中throws关键字。

@Override

public void start(){

}

F.下面的代码存在什么问题呢?

import java.io.IOException;

import javax.xml.bind.JAXBException;

public class TestException6 {

public static void main(String[] args) {

try {

foo();

} catch (IOException | JAXBException e) {

e = new Exception("");

e.printStackTrace();

}catch(Exception e){

e = new Exception("");

e.printStackTrace();

}

}

public static void foo() throws IOException, JAXBException{

}

}

这段代码同样不能编译,因为在多个catch子句中的异常对象是不可变的,我们不能改变其值。你会得到这样的:The parameter e of a multi-catch block cannot be assigned编译时错误信息。我们需要删掉将e赋值给新异常对象这句来修正错误。

参考资料

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