教妹学 Java 第 41 讲:异常处理机制

沉默王二

共 5935字,需浏览 12分钟

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2021-07-04 15:00

“二哥,今天就要学习异常了吗?”三妹问。

“是的。只有正确地处理好异常,才能保证程序的可靠性,所以异常的学习还是很有必要的。”我说。

“那到底什么是异常呢?”三妹问。

“异常是指中断程序正常执行的一个不确定的事件。当异常发生时,程序的正常执行流程就会被打断。一般情况下,程序都会有很多条语句,如果没有异常处理机制,前面的语句一旦出现了异常,后面的语句就没办法继续执行了。”

“有了异常处理机制后,程序在发生异常的时候就不会中断,我们可以对异常进行捕获,然后改变程序执行的流程。”

“除此之外,异常处理机制可以保证我们向用户提供友好的提示信息,而不是程序原生的异常信息——用户根本理解不了。”

“不过,站在开发者的角度,我们更希望看到原生的异常信息,因为这有助于我们更快地找到 bug 的根源,反而被过度包装的异常信息会干扰我们的视线。”

“Java 语言在一开始就提供了相对完善的异常处理机制,这种机制大大降低了编写可靠程序的门槛,这也是 Java 之所以能够流行的原因之一。”

“那导致程序抛出异常的原因有哪些呢?”三妹问。

比如说:

  • 程序在试图打开一个不存在的文件;
  • 程序遇到了网络连接问题;
  • 用户输入了糟糕的数据;
  • 程序在处理算术问题时没有考虑除数为 0 的情况;

等等等等。

挑个最简单的原因来说吧。

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(10/0);
    }
}

这段代码在运行的时候抛出的异常信息如下所示:

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
 at com.itwanger.s41.Demo.main(Demo.java:8)

“你看,三妹,这个原生的异常信息对用户来说,显然是不太容易理解的,但对于我们开发者来说,简直不要太直白了——很容易就能定位到异常发生的根源。”

“哦,我知道了。下一个问题,我经常看到一些文章里提到 Exception 和 Error,二哥你能帮我解释一下它们之间的区别吗?”三妹问。

“这是一个好问题呀,三妹!”

从单词的释义上来看,error 为错误,exception 为异常,错误的等级明显比异常要高一些。

从程序的角度来看,也的确如此。

Error 的出现,意味着程序出现了严重的问题,而这些问题不应该再交给 Java 的异常处理机制来处理,程序应该直接崩溃掉,比如说 OutOfMemoryError,内存溢出了,这就意味着程序在运行时申请的内存大于系统能够提供的内存,导致出现的错误,这种错误的出现,对于程序来说是致命的。

Exception 的出现,意味着程序出现了一些在可控范围内的问题,我们应当采取措施进行挽救。

比如说之前提到的 ArithmeticException,很明显是因为除数出现了 0 的情况,我们可以选择捕获异常,然后提示用户不应该进行除 0 操作,当然了,更好的做法是直接对除数进行判断,如果是 0 就不进行除法运算,而是告诉用户换一个非 0 的数进行运算。

“三妹,还能想到其他的问题吗?”

“嗯,不用想,二哥,我已经提前做好预习工作了。”三妹自信地说,“异常又可以分为 checked 和 unchecked,它们之间又有什么区别呢?”

“哇,三妹,果然又是一个好问题呢。”

checked 异常(检查型异常)在源代码里必须显式地捕获或者抛出,否则编译器会提示你进行相应的操作;而 unchecked 异常(非检查型异常)就是所谓的运行时异常,通常是可以通过编码进行规避的,并不需要显式地捕获或者抛出。

“我先画一幅思维导图给你感受一下。”

首先,Exception 和 Error 都继承了 Throwable 类。换句话说,只有 Throwable 类(或者子类)的对象才能使用 throw 关键字抛出,或者作为 catch 的参数类型。

面试中经常问到的一个问题是,NoClassDefFoundError 和 ClassNotFoundException 有什么区别?

“三妹你知道吗?”

“不知道,二哥,你解释下呗。”

它们都是由于系统运行时找不到要加载的类导致的,但是触发的原因不一样。

  • NoClassDefFoundError:程序在编译时可以找到所依赖的类,但是在运行时找不到指定的类文件,导致抛出该错误;原因可能是 jar 包缺失或者调用了初始化失败的类。
  • ClassNotFoundException:当动态加载 Class 对象的时候找不到对应的类时抛出该异常;原因可能是要加载的类不存在或者类名写错了。

其次,像 IOException、ClassNotFoundException、SQLException 都属于 checked 异常;像 RuntimeException 以及子类 ArithmeticException、ClassCastException、ArrayIndexOutOfBoundsException、NullPointerException,都属于 unchecked 异常。

unchecked 异常可以不在程序中显示处理,就像之前提到的 ArithmeticException 就是的;但 checked 异常必须显式处理。

比如说下面这行代码:

Class clz = Class.forName("com.itwanger.s41.Demo1");

如果没做处理,比如说在 Intellij IDEA 环境下,就会提示你这行代码可能会抛出 java.lang.ClassNotFoundException

建议你要么使用 try-catch 进行捕获:

try {
    Class clz = Class.forName("com.itwanger.s41.Demo1");
catch (ClassNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
}

注意打印异常堆栈信息的 printStackTrace() 方法,该方法会将异常的堆栈信息打印到标准的控制台下,如果是测试环境,这样的写法还 OK,如果是生产环境,这样的写法是不可取的,必须使用日志框架把异常的堆栈信息输出到日志系统中,否则可能没办法跟踪。

要么在方法签名上使用 throws 关键字抛出:

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Class clz = Class.forName("com.itwanger.s41.Demo1");
    }
}

这样做的好处是不需要对异常进行捕获处理,只需要交给 Java 虚拟机来处理即可;坏处就是没法针对这种情况做相应的处理。

“二哥,针对 checked 异常,我在知乎上看到一个帖子,说 Java 中的 checked 很没有必要,这种异常在编译期要么 try-catch,要么 throws,但又不一定会出现异常,你觉得这样的设计有意义吗?”三妹提出了一个很尖锐的问题。

“哇,这种问题问的好。”我不由得对三妹心生敬佩。

“的确,checked 异常在业界是有争论的,它假设我们捕获了异常,并且针对这种情况作了相应的处理,但有些时候,根本就没法处理。”我说,“就拿上面提到的 ClassNotFoundException 异常来说,我们假设对其进行了 try-catch,可真的出现了 ClassNotFoundException 异常后,我们也没多少的可操作性,再 Class.forName() 一次?”

另外,checked 异常也不兼容函数式编程,后面如果你写 Lambda/Stream 代码的时候,就会体验到这种苦涩。

当然了,checked 异常并不是一无是处,尤其是在遇到 IO 或者网络异常的时候,比如说进行 Socket 链接,我大致写了一段:

public class Demo2 {
    private String mHost;
    private int mPort;
    private Socket mSocket;
    private final Object mLock = new Object();

    public void run() {
    }

    private void initSocket() {
        while (true) {
            try {
                Socket socket = new Socket(mHost, mPort);
                synchronized (mLock) {
                    mSocket = socket;
                }
                break;
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

当发生 IOException 的时候,socket 就重新尝试连接,否则就 break 跳出循环。意味着如果 IOException 不是 checked 异常,这种写法就略显突兀,因为 IOException 没办法像 ArithmeticException 那样用一个 if 语句判断除数是否为 0 去规避。

或者说,强制性的 checked 异常可以让我们在编程的时候去思考,遇到这种异常的时候该怎么更优雅的去处理。显然,Socket 编程中,肯定是会遇到 IOException 的,假如 IOException 是非检查型异常,就意味着开发者也可以不考虑,直接跳过,交给 Java 虚拟机来处理,但我觉得这样做肯定更不合适。

“好了,三妹,关于异常处理机制这节就先讲到这里吧。”我松了一口气,对三妹说。

“好的,二哥,你去休息吧。”

“对了,三妹,我定个姑婆婆的外卖吧,晚上我们喝粥。”

“好呀,我要两个豆沙包。”


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