程序很難做到完美，不免有各種各樣的異常。比如程序本身有bug，比如程序打印時(shí)打印機(jī)沒(méi)有紙了，比如內(nèi)存不足。為了解決這些異常，我們需要知道異常發(fā)生的原因。對(duì)于一些常見(jiàn)的異常，我們還可以提供一定的應(yīng)對(duì)預(yù)案。C語(yǔ)言中的異常處理是簡(jiǎn)單的通過(guò)函數(shù)返回值來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但返回值代表的含義往往是由慣例決定的。程序員需要查詢大量的資料，才可能找到一個(gè)模糊的原因。面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，比如C++, Java, Python往往有更加復(fù)雜的異常處理機(jī)制。這里討論Java中的異常處理機(jī)制。

Java異常處理

異常處理

Java的異常處理機(jī)制很大一部分來(lái)自C++。它允許程序員跳過(guò)暫時(shí)無(wú)法處理的問(wèn)題，以繼續(xù)后續(xù)的開發(fā)，或者讓程序根據(jù)異常做出更加聰明的處理。

Java使用一些特殊的對(duì)象來(lái)代表異常狀況，這樣對(duì)象稱為異常對(duì)象。當(dāng)異常狀況發(fā)生時(shí)，Java會(huì)根據(jù)預(yù)先的設(shè)定，拋出(throw)代表當(dāng)前狀況的對(duì)象。所謂的拋出是一種特殊的返回方式。該線程會(huì)暫停，逐層退出方法調(diào)用，直到遇到異常處理器(Exception Handler)。異常處理器可以捕捉(catch)的異常對(duì)象，并根據(jù)對(duì)象來(lái)決定下一步的行動(dòng)，比如:

提醒用戶
處理異常
繼續(xù)程序
退出程序
......

異常處理器看起來(lái)如下，它由try, catch, finally以及隨后的程序塊組成。finally不是必須的。

try {

 ...;

}

catch() {

 ...;

}

catch() {

 ...;

}

finally {

 ...;

}

這個(gè)異常處理器監(jiān)視try后面的程序塊。catch的括號(hào)有一個(gè)參數(shù)，代表所要捕捉的異常的類型。catch會(huì)捕捉相應(yīng)的類型及其衍生類。try后面的程序塊包含了針對(duì)該異常類型所要進(jìn)行的操作。try所監(jiān)視的程序塊可能拋出不止一種類型的異常，所以一個(gè)異常處理器可以有多個(gè)catch模塊。finally后面的程序塊是無(wú)論是否發(fā)生異常，都要執(zhí)行的程序。

我們?cè)趖ry中放入可能出錯(cuò)，需要監(jiān)視的程序，在catch中設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)異常的方案。

 下面是一段使用到異常處理的部分Java程序。try部分的程序是從一個(gè)文件中讀取文本行。在讀取文件的過(guò)程中，可能會(huì)有IOException發(fā)生:

BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"));
try {
  StringBuilder sb = new StringBuilder();
  String line = br.readLine();

  while (line != null) {
    sb.append(line);
    sb.append("\n");
    line = br.readLine();
  }
  String everything = sb.toString();
} 
catch(IOException e) {
  e.printStackTrace();
  System.out.println("IO problem");
}
finally {
  br.close();
}

如果我們捕捉到IOException類對(duì)象e的時(shí)，可以對(duì)該對(duì)象操作。比如調(diào)用對(duì)象的printStackTrace()，打印當(dāng)前棧的狀況。此外，我們還向中端打印了提示"IO problem"。

無(wú)論是否有異常，程序最終會(huì)進(jìn)入finally塊中。我們?cè)趂inally塊中關(guān)閉文件，清空文件描述符所占據(jù)的資源。

 異常的類型

Java中的異常類都繼承自Trowable類。一個(gè)Throwable類的對(duì)象都可以拋出(throw)。

橙色: unchecked; 藍(lán)色: checked

Throwable對(duì)象可以分為兩組。一組是unchecked異常，異常處理機(jī)制往往不用于這組異常，包括:

1.Error類通常是指Java的內(nèi)部錯(cuò)誤以及如資源耗盡的錯(cuò)誤。當(dāng)Error(及其衍生類)發(fā)生時(shí)，我們不能在編程層面上解決Error，所以應(yīng)該直接退出程序。

2.Exception類有特殊的一個(gè)衍生類RuntimeException。RuntimeException(及其衍生類)是Java程序自身造成的，也就是說(shuō)，由于程序員在編程時(shí)犯錯(cuò)。RuntimeException完全可以通過(guò)修正Java程序避免。比如將一個(gè)類型的對(duì)象轉(zhuǎn)換成沒(méi)有繼承關(guān)系的另一個(gè)類型，即ClassCastException。這類異常應(yīng)該并且可以避免。

剩下的是checked異常。這些類是由編程與環(huán)境互動(dòng)造成程序在運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)。比如讀取文件時(shí)，由于文件本身有錯(cuò)誤，發(fā)生IOException。再比如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器臨時(shí)更改URL指向，造成MalformedURLException。文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是在Java環(huán)境之外的，并不是程序員所能控制的。如果程序員可以預(yù)期異常，可以利用異常處理機(jī)制來(lái)制定應(yīng)對(duì)預(yù)案。比如文件出問(wèn)題時(shí)，提醒系統(tǒng)管理員。再比如在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，提醒用戶，并等待網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器恢復(fù)。異常處理機(jī)制主要是用于處理這樣的異常。

拋出異常

在上面的程序中，異常來(lái)自于我們對(duì)Java IO API的調(diào)用。我們也可以在自己的程序中拋出異常，比如下面的battery類，有充電和使用方法:

public class Test
{
  public static void main(String[] args)
  {
    Battery aBattery = new Battery();
    aBattery.chargeBattery(0.5);
    aBattery.useBattery(-0.5);
  }
}

class Battery 
{
  /**
   * increase battery
   */
  public void chargeBattery(double p)
  {
    // power <= 1
    if (this.power + p < 1.) {
      this.power = this.power + p;
    }
    else {
      this.power = 1.;
    }
  }

  /**
   * consume battery
   */
  public boolean useBattery(double p)
  {
    try {
      test(p);
    }
    catch(Exception e) {
      System.out.println("catch Exception");
      System.out.println(e.getMessage());
      p = 0.0;
    }

    if (this.power >= p) {
      this.power = this.power - p;
      return true;
    }
    else {
      this.power = 0.0;
      return false;
    }
  }

  /**
   * test usage
   */
  private void test(double p) throws Exception // I just throw, don't handle
  {
    if (p < 0) {
      Exception e = new Exception("p must be positive");
      throw e;
    }
  }

  private double power = 0.0; // percentage of battery
}

useBattery()表示使用電池操作。useBattery()方法中有一個(gè)參數(shù)，表示使用的電量。我們使用test()方法測(cè)試該參數(shù)。如果該參數(shù)為負(fù)數(shù)，那么我們認(rèn)為有異常，并拋出。

在test中，當(dāng)有異常發(fā)生時(shí)(p < 0)，我們創(chuàng)建一個(gè)Exception對(duì)象e，并用一個(gè)字符串作為參數(shù)。字符串中包含有異常相關(guān)的信息，該參數(shù)不是必需的。使用throw將該Exception對(duì)象拋出。

我們?cè)趗seBattery()中有異常處理器。由于test()方法不直接處理它產(chǎn)生的異常，而是將該異常拋給上層的useBattery()，所以在test()的定義中，我們需要throws Exception來(lái)說(shuō)明。

(假設(shè)異常處理器并不是位于useBattery()中，而是在更上層的main()方法中，我們也要在useBattery()的定義中增加throws Exception。)

 在catch中，我們使用getMessage()方法提取其異常中包含的信息。上述程序的運(yùn)行結(jié)果如下:

catch Exception
p must be positive

異常處理器中，我們會(huì)捕捉任意Exception類或者其衍生類異常。這往往不利于我們識(shí)別問(wèn)題，特別是一段程序可能拋出多種異常時(shí)。我們可以提供一個(gè)更加具體的類來(lái)捕捉。

 自定義異常

我們可以通過(guò)繼承來(lái)創(chuàng)建新的異常類。在繼承時(shí)，我們往往需要重寫構(gòu)造方法。異常有兩個(gè)構(gòu)造方法，一個(gè)沒(méi)有參數(shù)，一個(gè)有一個(gè)String參數(shù)。比如:

class BatteryUsageException extends Exception
{
  public BatteryUsageException() {}
  public BatteryUsageException(String msg) {
    super(msg);
  }
}

我們可以在衍生類中提供更多異常相關(guān)的方法和信息。

 在自定義異常時(shí)，要小心選擇所繼承的基類。一個(gè)更具體的類要包含更多的異常信息，比如IOException相對(duì)于Exception。

 總結(jié)

異常處理是在解決問(wèn)題，同時(shí)也是在制造問(wèn)題。大型項(xiàng)目中，過(guò)多、過(guò)細(xì)的異常處理往往會(huì)導(dǎo)致程序變得一團(tuán)糟。異常處理的設(shè)計(jì)并不簡(jiǎn)單，并需要謹(jǐn)慎使用。

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