Java异常

异常表示程序执行中发生的错误事件，它们可以是由程序自身的逻辑错误引起，也可以是由外部因素（如用户输入、硬件故障或系统资源限制）引起。

在Java中，异常是一个类的实例，这些类继承自java.lang.Throwable类。

Java的异常处理机制允许程序在遇到异常时进行适当的处理，从而保证程序的稳定性和可靠性。

异常的类型

通常我们说的Java异常包括了Throwable类的两个子类:：Error(错误) 和 Exception(异常)

Error

Error是异常处理的一个分类，它代表了一些严重的错误条件，通常是由虚拟机本身或者系统环境引起的，而不是程序的逻辑错误。

Error类和它的子类通常表示程序无法恢复的错误，这意味着遇到这些错误时，程序通常会终止运行。

Error错误是由虚拟机的控制的，在编写代码时无法抛出Error类型的异常。

我们不需要在程序中捕获这些错误。如果捕获了Error，程序也不会继续执行。

常见的Error子类的例子

OutOfMemoryError

当程序试图分配的内存超过了虚拟机允许的最大内存时，将抛出OutOfMemoryError。

public class OutOfMemoryExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 尝试创建一个非常大的数组，可能会耗尽所有的可用内存
        int[] largeArray = new int[1000000000];
    }
}

如果虚拟机没有足够的内存来分配这个数组，将会抛出OutOfMemoryError。

StackOverflowError

当程序的调用栈深度超过虚拟机限制时，将抛出StackOverflowError。

public class StackOverflowExample {
    public static void main(String[] args) {
        stackOverflow();
    }
    public static void stackOverflow() {
        stackOverflow(); // 递归调用可能导致栈溢出
    }
}

在这个例子中，stackOverflow方法递归调用自身，没有退出点，这将导致调用栈不断增长，最终抛出StackOverflowError。

NoClassDefFoundError

当虚拟机因为某些原因无法找到类定义时，将抛出NoClassDefFoundError。

public class NoClassDefFoundExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 假设ClassNotFoundException类在运行时没有被加载到JVM中
        new ClassNotFoundException("Test");
    }
}

如果ClassNotFoundException类没有被正确加载，将会在尝试创建对象时抛出NoClassDefFoundError。

AbstractMethodError

当应用程序试图调用一个抽象方法时，如果该方法的具体实现没有被加载到JVM中，将抛出AbstractMethodError。

查看代码

public interface MyInterface {
    void abstractMethod();
}
public class MyClass implements MyInterface {
    // 没有实现抽象方法
}
public class AbstractMethodExample {
    public static void main(String[] args) {
        MyClass myClass = new MyClass();
        myClass.abstractMethod(); // 尝试调用未实现的抽象方法
    }
}

如果MyClass没有实现abstractMethod，而是在运行时尝试调用它，将抛出AbstractMethodError。

IllegalAccessError

当程序试图访问一个不允许访问的类或成员时，将抛出IllegalAccessError。

查看代码

public class IllegalAccessExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 假设privateClass是一个私有类，无法在当前类中被访问
        privateClass pc = new privateClass();
    }
}
class privateClass {
    privateClass() {
        // 私有构造器
    }
}

如果privateClass是一个私有类，并且在非私有类中尝试创建它的实例，将抛出IllegalAccessError。

我们通常不会捕获这些错误，因为它们通常表示程序无法继续运行的严重问题。

正确的做法是确保程序的设计不会导致这些错误的发生，或者在程序运行时提供足够的信息来诊断和解决这些问题。

Exception

Exception类及其子类用于表示程序执行中发生的各种异常情况，这些异常情况可能是由程序自身的逻辑错误引起的，也可能是由外部环境引起的。

异常可以分为两大类：

1. 运行时异常（RuntimeException）：这些异常发生在程序运行时，通常是由程序逻辑错误引起的。运行时异常不需要显式地捕获或声明，除非程序需要在这些异常发生时进行特定的处理。例如，空指针异常（NullPointerException）、数组越界异常（ArrayIndexOutOfBoundsException）和类型转换异常（ClassCastException）等。
2. 检查型异常（Checked Exception）：这些异常必须在代码中显式地捕获或者通过方法签名声明抛出。它们通常是由外部因素引起的，如文件操作异常（FileNotFoundException）、输入输出异常（IOException）等。

运行时异常

空指针异常 (NullPointerException)

当你尝试使用一个null的对象引用进行操作时，就会抛出空指针异常。

public class NullPointerExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        String text = null;
        int length = text.length(); // 这里会抛出NullPointerException
    }
}

数组越界异常 (ArrayIndexOutOfBoundsException)

当你尝试访问数组的一个不存在的索引时，就会抛出数组越界异常。

public class ArrayIndexOutOfBoundsExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1, 2, 3};
        int index = 3;
        int value = array[index]; // 这里会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException
    }
}

类型转换异常 (ClassCastException)

当你尝试将对象强制转换为不是实例的类时，就会抛出类型转换异常。

public class ClassCastExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = "Hello, World!";
        String str = (String) obj; // 这里会抛出ClassCastException
    }
}

检查型异常

文件未找到异常 (FileNotFoundException)

当尝试打开或读取一个不存在的文件时，就会抛出文件未找到异常。

查看代码

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class FileNotFoundExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileReader reader = new FileReader("non_existent_file.txt");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

输入输出异常 (IOException)

这是在执行输入/输出操作时可能发生的通用检查型异常。

查看代码

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
public class IOExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            String line = reader.readLine();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

自定义异常

可以通过扩展Exception类或其子类来创建自定义异常。

public class CustomException extends Exception {
    public CustomException(String message) {
        super(message);
    }
}

在处理异常时，应该遵循最小化异常捕获范围的原则，只捕获和处理程序能够处理的异常。无法处理的异常应该向上抛出或声明抛出。

异常的处理

在Java中，异常的处理通常通过try, catch, finally, 和 throw语句来实现。

try 块

try 块用于包围可能会抛出异常的代码。如果在这个块中的代码抛出了异常，那么立即停止执行这个块的剩余代码，并搜索匹配的 catch 块。

try {
    // 可能会抛出异常的代码
} catch (ExceptionType1 e) {
    // 当 ExceptionType1 异常发生时执行的代码
} catch (ExceptionType2 e) {
    // 当 ExceptionType2 异常发生时执行的代码
} finally {
    // 无论是否发生异常，都会执行的代码
}

catch 块

catch 块用于捕获并处理在 try 块中抛出的异常。一个 catch 块可以捕获多个类型的异常，但是每个 catch 块只能处理一个类型的异常。

catch (ExceptionType e) {
    // 处理 ExceptionType 异常的代码
}

finally 块

finally 块用于执行清理工作，无论是否发生异常，finally 块中的代码都会被执行。

即使在try或catch块中有return语句，finally块仍然会在方法返回之前执行。

如果操作系统或 JVM 在try或catch块执行期间发生故障，那么finally块可能不会执行。

finally 块通常用于关闭资源，如文件、网络连接等。

finally {
    // 清理代码，无论是否发生异常都会执行
}

throw 语句

throw 语句用于显式地抛出一个异常。这通常用于在程序中创建自定义的异常情况。

throw new ExceptionType("Exception message");

try-with-resources

Java 7引入了try-with-resources语句，它可以自动管理资源，确保资源在使用后能够被正确关闭，即使在发生异常的情况下也是如此。这个语句适用于实现了AutoCloseable或Closeable接口的资源。

try (Resource res = new Resource()) {
    // 使用资源
} catch (Exception e) {
    // 处理异常
}