异常处理机制

机制概述

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。

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。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。

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，一个方法必须捕捉，或者声明抛出方法之外，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。

能够捕捉异常的方法，需要提供相符类型的异常处理器，设计逻辑如下图：

从方法中抛出的任何异常都必须使用 throws 子句，捕捉异常通过 try-catch 语句或者 try-catch-finally 语句实现。

异常处理设计

抛出异常

任何 Java 代码都可以抛出异常，如：自己编写的代码、来自 Java 开发环境包中代码，或者 Java 运行时系统。无论是哪一种情况，都可以通过 Java 的 throw 语句抛出异常。从方法中抛出的任何异常都必须使用 throws 子句。throws 语句用在方法定义时声明该方法要抛出的异常类型，如果抛出的是 Exception 异常类型，则该方法被声明为抛出所有的异常。多个异常可使用逗号分割。

方法名后的throws Exception1,Exception2,...,ExceptionN 为声明要抛出的异常列表。当方法抛出异常列表的异常时，方法将不对这些类型及其子类类型的异常作处理，而抛向调用该方法的方法去处理。使用 throws 关键字将异常抛给调用者后，可以继续向上抛出，但最终要有能够处理该异常的调用者。

Throws 抛出异常的规则：

1. 如果是不可查异常（unchecked exception），即Error、RuntimeException或它们的子类，那么可以不使用 throws 关键字来声明要抛出的异常，编译仍能顺利通过，但在运行时会被系统抛出。
2. 必须声明方法可抛出的任何可查异常（checked exception）。即如果一个方法可能出现受可查异常，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。
3. 仅当抛出了异常，该方法的调用者才必须处理或者重新抛出该异常。当方法的调用者无力处理该异常的时候，应该继续抛出，而不是囫囵吞枣。
4. 调用方法必须遵循任何可查异常的处理和声明规则。若覆盖一个方法，则不能声明与覆盖方法不同的异常。声明的任何异常必须是被覆盖方法所声明异常的同类或子类。

捕获异常

在 Java 中，异常通过 try-catch 语句捕获。关键词 try 后的大括号将可能发生异常的代码包起来，称为监控区域。Java 方法在运行过程中出现异常，则创建异常对象。将异常抛出监控区域之外，由 Java 运行时系统试图寻找匹配的 catch 子句以捕获异常。若有匹配的 catch 子句，则运行其异常处理代码，try-catch 语句结束。匹配的原则是：如果抛出的异常对象属于 catch 子句的异常类，或者属于该异常类的子类，则认为生成的异常对象与 catch 块捕获的异常类型相匹配。

try-catch 语句还可以包括第三部分，就是 finally 子句。它表示无论是否出现异常，都应当执行的内容。

异常处理语句的语法规则：

1. 必须在 try 之后添加 catch 或 finally 块。try 块后可同时接 catch 和 finally 块，但至少有一个块。
2. 必须遵循块顺序：若代码同时使用 catch 和 finally 块，则必须将 catch 块放在 try 块之后。
3. catch 块与相应的异常类的类型相关。
4. 一个 try 块可能有多个 catch 块。若如此，则执行第一个匹配块。即 Java 虚拟机会把实际抛出的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 catch 代码块，不会再执行其他的 catch 代码块。
5. 可嵌套 try-catch-finally 结构。
6. 在 try-catch-finally 结构中，可重新抛出异常。
7. 除了下列情况，总将执行 finally 做为结束：JVM 过早终止（调用System.exit(int)）；在 finally 块中抛出一个未处理的异常；计算机断电、失火、或遭遇病毒攻击。

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。

Java 常见异常

类型	异常	说明
RuntimeException	java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException	数组索引越界异常。当对数组的索引值为负数或大于等于数组大小时抛出。
	java.lang.ArithmeticException	算术条件异常。譬如：整数除零等。
	java.lang.NullPointerException	空指针异常。当应用试图在要求使用对象的地方使用了null时，抛出该异常。譬如：调用null对象的实例方法、访问null对象的属性、计算null对象的长度、使用throw语句抛出null等等
	java.lang.ClassNotFoundException	找不到类异常。当应用试图根据字符串形式的类名构造类，而在遍历CLASSPAH之后找不到对应名称的class文件时，抛出该异常。
	java.lang.NegativeArraySizeException	数组长度为负异常
	java.lang.ArrayStoreException	数组中包含不兼容的值抛出的异常
	java.lang.SecurityException	安全性异常
	java.lang.IllegalArgumentException	非法参数异常
IOException	IOException	操作输入流和输出流时可能出现的异常。
	EOFException	文件已结束异常
	FileNotFoundException	文件未找到异常
其他	ClassCastException	类型转换异常类
	ArrayStoreException	数组中包含不兼容的值抛出的异常
	SQLException	操作数据库异常类
	NoSuchFieldException	字段未找到异常
	NoSuchMethodException	方法未找到抛出的异常
	NumberFormatException	字符串转换为数字抛出的异常
	StringIndexOutOfBoundsException	字符串索引超出范围抛出的异常
	IllegalAccessException	不允许访问某类异常
	InstantiationException	当应用程序试图使用Class类中的newInstance()方法创建一个类的实例，而指定的类对象无法被实例化时，抛出该异常

自定义异常

用户自定义异常类，只需继承 Exception 类即可。在程序中使用自定义异常类，可分为以下几个步骤：

1. 创建自定义异常类。
2. 在方法中通过 throw 关键字抛出异常对象。
3. 如果在当前抛出异常的方法中处理异常，可以使用 try-catch 语句捕获并处理；否则在方法的声明处通过 throws 关键字指明要抛出给方法调用者的异常，继续进行下一步操作。
4. 在出现异常方法的调用者中捕获并处理异常。