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Java 如何处理异常情况

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Rayjun
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发布于: 2020 年 05 月 17 日
Java如何处理异常情况

程序总会出错，出错了就需要处理。Java 中提供了很完备的异常处理机制，可以根据自己需要进行定制。



本文基于 JDK1.8



Java 按照问题的严重程度进行分类，分成 Error和 Exception。Exception 又可以分成 CheckedException 和 RuntimeException。



Error 和 Exception 都继承了 Throwable。



异常类图结构



Error 和 Exception 的区别



一般来说， Error 是无法恢复的错误，通常会导致程序终止， Error 通常是虚拟机层面的错误。Exception 只要妥善处理，程序就可以继续正常运行。



一旦出现 Error，程序也就没有恢复的必要了，比如 OutOfMemoryError，说明是机器上的内存不够用了，这个时候任何处理都来不不及，只能停止服务。



对于 Exception 就需要看情况。上面说到 Exception 可以分为 CheckedException 和 RuntimeException。



在 Java 中，抛出一个异常很简单，通过 throw 关键字就可以，同时也需要方法后面通过关键字 throws 来表明这个方法会抛出那些异常。



public void throwException() throws Exception {
    throw new Exception();
}



在调用这个方法时，就要对这个方法有可能抛出的异常进行处理，有两种处理方法，即可以将异常 通过 try-catch 进行处理，也可以通过 throws 将异常抛向更上层。



//方法1：使用 try-catch 来处理异常
public void callFunction() {
    try {
        throwException();
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}
//方法2：使用 throws 将异常抛向上层
public void callFunction() throws Exception {
    throwException();
}



上面提到的异常就是CheckedException，需要通过 try-catch 或者 throws 进行处理，否则就无法通过编译。



下面的代码用于获取一个文件的输入流，在文件不存在的情况下，会抛出 FileNotFoundException。



FileInputStream fis = null;
try {
    fis = new FileInputStream("data.txt");
} catch (FileNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
}



这也是 CheckedException 的通用处理方式。



int i = 0;
int result = 10 / i;



很明显，上面的代码肯定会出现异常。



Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero



这类异常就是通常所说的　RuntimeException，这类的异常由 JVM 抛出，不需要通过 try-catch 等机制来处理。如果出现这类异常，说明程序的逻辑有问题，可以通过修改代码来防止这类异常发生。



int i = 0;
if (i != 0) {
    int result = 10 / i;
}



类似的 RuntimeException 还有 NullPointerException 以及 ArrayIndexOutOfBoundsException。



异常处理



通常，Error 和 RuntimeException 不需要进行处理。



需要进行处理的是 CheckedException，最常用的方式就是使用 try-catch。



下面的代码表示读取一个文件的内容，如果在读取的过程中发生异常，就会跳转到 catch 模块进行异常处理，而不执行 return 语句。



FileInputStream fis = null;
try {
    StringBuilder data = new StringBuilder();
    fis = new FileInputStream("data.txt");
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int length = 0;
    while ((length = fis.read(buffer)) != -1) {
        data.append(new String(buffer, 0, length));
    }
    return data.toString(); // 如果发生异常，那么这里的 return 语句不会执行
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
return null;



这是如何实现的呢？这个方法完整的字节码如下：



public java.lang.String readData();
    Code:
       0: aconst_null
       1: astore_1
       2: new           #5                  // class java/lang/StringBuilder
       5: dup
       6: invokespecial #6                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
       9: astore_2
      10: new           #7                  // class java/io/FileInputStream
      13: dup
      14: ldc           #8                  // String data.txt
      16: invokespecial #9                  // Method java/io/FileInputStream."<init>":(Ljava/lang/String;)V
      19: astore_1
      20: sipush        1024
      23: newarray       byte
      25: astore_3
      26: iconst_0
      27: istore        4
      29: aload_1
      30: aload_3
      31: invokevirtual #10                 // Method java/io/FileInputStream.read:([B)I
      34: dup
      35: istore        4
      37: iconst_m1
      38: if_icmpeq     60
      41: aload_2
      42: new           #11                 // class java/lang/String
      45: dup
      46: aload_3
      47: iconst_0
      48: iload         4
      50: invokespecial #12                 // Method java/lang/String."<init>":([BII)V
      53: invokevirtual #13                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      56: pop
      57: goto          29
      60: aload_2
      61: invokevirtual #14                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      64: areturn
      65: astore_2
      66: aload_2
      67: invokevirtual #16                 // Method java/io/IOException.printStackTrace:()V
      70: aconst_null
      71: areturn
    Exception table:
       from    to  target type
           2    64    65   Class java/io/IOException



看底部的 Exception table，这个也称之为异常表，其他的字节码可以先不用管。这个异常表就是 Java 处理异常的关键，其中 from 和 to 表示的 try-catch 包裹的代码范围，target 则表示异常处理的开始。



如果在 form 到 to 之间发生了异常，接会直接跳转到 target 的位置开始执行。



对于文件流，使用过后需要对其进行关闭，否则可能会出现内存泄漏等问题，所以上面的代码还不完善。try-catch-finally 则可以解决这个问题，finallly 中的代码无论是否出现异常都会执行，确保文件流会关闭。



FileInputStream fis = null;
try {
    StringBuilder data = new StringBuilder();
    fis = new FileInputStream("data.txt");
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int length = 0;
    while ((length = fis.read(buffer)) != -1) {
        data.append(new String(buffer, 0, length));
    }
    return data.toString();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    try {
        if (fis != null) {
            fis.close();
        }
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}



如何确保 finally 中的代码一定会执行呢？为了看的更清楚，我将 finally 中的异常改成了 Exception，并且删除了一些无关的字节码：



public java.lang.String readData();
Code:
    // ...
    71: invokevirtual #15                 // Method java/io/FileInputStream.close:()V
    74: goto          84
    77: astore        6
    79: aload         6
    81: invokevirtual #17                 // Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
    //....
    97: invokevirtual #15                 // Method java/io/FileInputStream.close:()V
    100: goto          134
    103: astore_2
    104: aload_2
    105: invokevirtual #17                 // Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
    //....
    118: invokevirtual #15                 // Method java/io/FileInputStream.close:()V
    121: goto          131
    124: astore        8
    126: aload         8
    128: invokevirtual #17                 // Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
    131: aload         7
    133: athrow
    134: aconst_null
    135: areturn
Exception table:
    from    to  target type
        66    74    77   Class java/lang/Exception
        2    66    87   Class java/io/IOException
        92   100   103   Class java/lang/Exception
        2    66   111   any
        87    92   111   any
        113   121   124   Class java/lang/Exception
        111   113   111   any



加了 finally 之后，发现异常表中增加了很多内容（any 先忽略），在 finally 中抛出的 Exception 出现了 3 次，再看上面的字节码，发现调用文件流的 close 方法也出现 3 次。



所以 finally的实现就不难理解，编译器会将 finally 中的代码拷贝到所有可能的路径上，包括正常执行的流程以及 catch 中的流程。



finally 中也有可能会抛出异常，如果 finally 中抛出异常会怎么样呢？



在 Java7 以前，finally 中的异常会覆盖前面所抛出的异常，这种情况当然不是我们所想看到的。在 Java7 以后，引入了 Suppressed 异常来解决这个问题，这个特性允许将一个异常附在另一个异常上面，因此抛出的异常中可以附带多个异常信息。



try-catch 除了可以用来处理异常之外，也可以专门用来处理资源关闭之类的问题。在一些情况下，catch 块也可以省略，直接使用 try-finally:



FileInputStream fis = null;
try {
    StringBuilder data = new StringBuilder();
    fis = new FileInputStream("data.txt");
} finally {
    if (fis != null) {
        fis.close();
    }
}



代码上面的每次都需要手动的去写 finally 中的代码，这样的样本代码其实毫无意义，无端增加了代码的复杂度。在 Java 7 以后，增加了 try-with-resources 语法糖，上面的代码可以这么写：



try(FileInputStream fis = new FileInputStream("data.txt");) {
    StringBuilder data = new StringBuilder();
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int length = 0;
    while ((length = fis.read(buffer)) != -1) {
        data.append(new String(buffer, 0, length));
    }
    return data.toString();
}



这样就可以少写很多的样本代码，需要注意的是，使用 try-with-resource 必须确保这个类实现了 AutoCloseable 接口。



Java 7 中还提供了一些其他的语法糖，比如使用 catch 来处理多种异常：



try {
  // ...
} catch (Exception1 | Exception2 e) {
  // ...
}



断言



Java 中还有一个特性叫断言，也可以用来进项异常情况的处理，使用很简单，如下：



int i = 1;
assert i > 0;



Java 默认是不打开断言的，也就是说即使你在代码中写上断言代码也是不起作用的，

如果要启用断言，要加上虚拟机参数 -ea 来启用断言。



使用断言有一个问题，如果断言的结果与预期不符合，那么整个程序就会终止运行。



断言适合在开发和测试阶段使用，用于快速发现以及定位问题，上线之后，可以将断言

禁用，这样就不用反复修改代码了。



日志



日志是 Java 中不可缺少的部分。在大型系统中，日志是最重要的排查工具。JDK 中自带了 java.util.logging.Logger，使用起来很方便：



public class LoggerTest {
    private static final Logger logger = Logger.getLogger(String.valueOf(LoggerTest.class));
    public static void main(String[] args) {
        logger.info("Logger");
    }
}



但这个框架在扩展性和性能上都不是很理想，所以出现了很多第三方的日志框架，比如 Log4j，Logback 等。



文/ Rayjun



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发布于: 2020 年 05 月 17 日阅读数: 82

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程序员，王小波死忠粉 2017.10.17 加入

非著名程序员，还在学习如何写代码，公众号同名

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