教妹學(xué) Java 第 41 講：異常處理機(jī)制

“二哥，今天就要學(xué)習(xí)異常了嗎？”三妹問(wèn)。

“是的。只有正確地處理好異常，才能保證程序的可靠性，所以異常的學(xué)習(xí)還是很有必要的?！蔽艺f(shuō)。

“那到底什么是異常呢？”三妹問(wèn)。

“異常是指中斷程序正常執(zhí)行的一個(gè)不確定的事件。當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，程序的正常執(zhí)行流程就會(huì)被打斷。一般情況下，程序都會(huì)有很多條語(yǔ)句，如果沒(méi)有異常處理機(jī)制，前面的語(yǔ)句一旦出現(xiàn)了異常，后面的語(yǔ)句就沒(méi)辦法繼續(xù)執(zhí)行了?！?/p>

“有了異常處理機(jī)制后，程序在發(fā)生異常的時(shí)候就不會(huì)中斷，我們可以對(duì)異常進(jìn)行捕獲，然后改變程序執(zhí)行的流程?！?/p>

“除此之外，異常處理機(jī)制可以保證我們向用戶(hù)提供友好的提示信息，而不是程序原生的異常信息——用戶(hù)根本理解不了?！?/p>

“不過(guò)，站在開(kāi)發(fā)者的角度，我們更希望看到原生的異常信息，因?yàn)檫@有助于我們更快地找到 bug 的根源，反而被過(guò)度包裝的異常信息會(huì)干擾我們的視線?！?/p>

“Java 語(yǔ)言在一開(kāi)始就提供了相對(duì)完善的異常處理機(jī)制，這種機(jī)制大大降低了編寫(xiě)可靠程序的門(mén)檻，這也是 Java 之所以能夠流行的原因之一?！?/p>

“那導(dǎo)致程序拋出異常的原因有哪些呢？”三妹問(wèn)。

比如說(shuō)：

• 程序在試圖打開(kāi)一個(gè)不存在的文件；
• 程序遇到了網(wǎng)絡(luò)連接問(wèn)題；
• 用戶(hù)輸入了糟糕的數(shù)據(jù)；
• 程序在處理算術(shù)問(wèn)題時(shí)沒(méi)有考慮除數(shù)為 0 的情況；

等等等等。

挑個(gè)最簡(jiǎn)單的原因來(lái)說(shuō)吧。

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

這段代碼在運(yùn)行的時(shí)候拋出的異常信息如下所示：

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

“你看，三妹，這個(gè)原生的異常信息對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，顯然是不太容易理解的，但對(duì)于我們開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)直不要太直白了——很容易就能定位到異常發(fā)生的根源。”

“哦，我知道了。下一個(gè)問(wèn)題，我經(jīng)?？吹揭恍┪恼吕锾岬?Exception 和 Error，二哥你能幫我解釋一下它們之間的區(qū)別嗎？”三妹問(wèn)。

“這是一個(gè)好問(wèn)題呀，三妹！”

從單詞的釋義上來(lái)看，error 為錯(cuò)誤，exception 為異常，錯(cuò)誤的等級(jí)明顯比異常要高一些。

從程序的角度來(lái)看，也的確如此。

Error 的出現(xiàn)，意味著程序出現(xiàn)了嚴(yán)重的問(wèn)題，而這些問(wèn)題不應(yīng)該再交給 Java 的異常處理機(jī)制來(lái)處理，程序應(yīng)該直接崩潰掉，比如說(shuō) OutOfMemoryError，內(nèi)存溢出了，這就意味著程序在運(yùn)行時(shí)申請(qǐng)的內(nèi)存大于系統(tǒng)能夠提供的內(nèi)存，導(dǎo)致出現(xiàn)的錯(cuò)誤，這種錯(cuò)誤的出現(xiàn)，對(duì)于程序來(lái)說(shuō)是致命的。

Exception 的出現(xiàn)，意味著程序出現(xiàn)了一些在可控范圍內(nèi)的問(wèn)題，我們應(yīng)當(dāng)采取措施進(jìn)行挽救。

比如說(shuō)之前提到的 ArithmeticException，很明顯是因?yàn)槌龜?shù)出現(xiàn)了 0 的情況，我們可以選擇捕獲異常，然后提示用戶(hù)不應(yīng)該進(jìn)行除 0 操作，當(dāng)然了，更好的做法是直接對(duì)除數(shù)進(jìn)行判斷，如果是 0 就不進(jìn)行除法運(yùn)算，而是告訴用戶(hù)換一個(gè)非 0 的數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。

“三妹，還能想到其他的問(wèn)題嗎？”

“嗯，不用想，二哥，我已經(jīng)提前做好預(yù)習(xí)工作了。”三妹自信地說(shuō)，“異常又可以分為 checked 和 unchecked，它們之間又有什么區(qū)別呢？”

“哇，三妹，果然又是一個(gè)好問(wèn)題呢?！?/p>

checked 異常（檢查型異常）在源代碼里必須顯式地捕獲或者拋出，否則編譯器會(huì)提示你進(jìn)行相應(yīng)的操作；而 unchecked 異常（非檢查型異常）就是所謂的運(yùn)行時(shí)異常，通常是可以通過(guò)編碼進(jìn)行規(guī)避的，并不需要顯式地捕獲或者拋出。

“我先畫(huà)一幅思維導(dǎo)圖給你感受一下?！?/p>

首先，Exception 和 Error 都繼承了 Throwable 類(lèi)。換句話說(shuō)，只有 Throwable 類(lèi)（或者子類(lèi)）的對(duì)象才能使用 throw 關(guān)鍵字拋出，或者作為 catch 的參數(shù)類(lèi)型。

面試中經(jīng)常問(wèn)到的一個(gè)問(wèn)題是，NoClassDefFoundError 和 ClassNotFoundException 有什么區(qū)別？

“三妹你知道嗎？”

“不知道，二哥，你解釋下唄?！?/p>

它們都是由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)找不到要加載的類(lèi)導(dǎo)致的，但是觸發(fā)的原因不一樣。

• NoClassDefFoundError：程序在編譯時(shí)可以找到所依賴(lài)的類(lèi)，但是在運(yùn)行時(shí)找不到指定的類(lèi)文件，導(dǎo)致拋出該錯(cuò)誤；原因可能是 jar 包缺失或者調(diào)用了初始化失敗的類(lèi)。
• ClassNotFoundException：當(dāng)動(dòng)態(tài)加載 Class 對(duì)象的時(shí)候找不到對(duì)應(yīng)的類(lèi)時(shí)拋出該異常；原因可能是要加載的類(lèi)不存在或者類(lèi)名寫(xiě)錯(cuò)了。

其次，像 IOException、ClassNotFoundException、SQLException 都屬于 checked 異常；像 RuntimeException 以及子類(lèi) ArithmeticException、ClassCastException、ArrayIndexOutOfBoundsException、NullPointerException，都屬于 unchecked 異常。

unchecked 異?？梢圆辉诔绦蛑酗@示處理，就像之前提到的 ArithmeticException 就是的；但 checked 異常必須顯式處理。

比如說(shuō)下面這行代碼：

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

如果沒(méi)做處理，比如說(shuō)在 Intellij IDEA 環(huán)境下，就會(huì)提示你這行代碼可能會(huì)拋出 java.lang.ClassNotFoundException。

建議你要么使用 try-catch 進(jìn)行捕獲：

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

注意打印異常堆棧信息的 printStackTrace() 方法，該方法會(huì)將異常的堆棧信息打印到標(biāo)準(zhǔn)的控制臺(tái)下，如果是測(cè)試環(huán)境，這樣的寫(xiě)法還 OK，如果是生產(chǎn)環(huán)境，這樣的寫(xiě)法是不可取的，必須使用日志框架把異常的堆棧信息輸出到日志系統(tǒng)中，否則可能沒(méi)辦法跟蹤。

要么在方法簽名上使用 throws 關(guān)鍵字拋出：

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

這樣做的好處是不需要對(duì)異常進(jìn)行捕獲處理，只需要交給 Java 虛擬機(jī)來(lái)處理即可；壞處就是沒(méi)法針對(duì)這種情況做相應(yīng)的處理。

“二哥，針對(duì) checked 異常，我在知乎上看到一個(gè)帖子，說(shuō) Java 中的 checked 很沒(méi)有必要，這種異常在編譯期要么 try-catch，要么 throws，但又不一定會(huì)出現(xiàn)異常，你覺(jué)得這樣的設(shè)計(jì)有意義嗎？”三妹提出了一個(gè)很尖銳的問(wèn)題。

“哇，這種問(wèn)題問(wèn)的好?！蔽也挥傻脤?duì)三妹心生敬佩。

“的確，checked 異常在業(yè)界是有爭(zhēng)論的，它假設(shè)我們捕獲了異常，并且針對(duì)這種情況作了相應(yīng)的處理，但有些時(shí)候，根本就沒(méi)法處理?！蔽艺f(shuō)，“就拿上面提到的 ClassNotFoundException 異常來(lái)說(shuō)，我們假設(shè)對(duì)其進(jìn)行了 try-catch，可真的出現(xiàn)了 ClassNotFoundException 異常后，我們也沒(méi)多少的可操作性，再 Class.forName() 一次？”

另外，checked 異常也不兼容函數(shù)式編程，后面如果你寫(xiě) Lambda/Stream 代碼的時(shí)候，就會(huì)體驗(yàn)到這種苦澀。

當(dāng)然了，checked 異常并不是一無(wú)是處，尤其是在遇到 IO 或者網(wǎng)絡(luò)異常的時(shí)候，比如說(shuō)進(jìn)行 Socket 鏈接，我大致寫(xiě)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();
            }
        }
    }
}

當(dāng)發(fā)生 IOException 的時(shí)候，socket 就重新嘗試連接，否則就 break 跳出循環(huán)。意味著如果 IOException 不是 checked 異常，這種寫(xiě)法就略顯突兀，因?yàn)?IOException 沒(méi)辦法像 ArithmeticException 那樣用一個(gè) if 語(yǔ)句判斷除數(shù)是否為 0 去規(guī)避。

或者說(shuō)，強(qiáng)制性的 checked 異常可以讓我們?cè)诰幊痰臅r(shí)候去思考，遇到這種異常的時(shí)候該怎么更優(yōu)雅的去處理。顯然，Socket 編程中，肯定是會(huì)遇到 IOException 的，假如 IOException 是非檢查型異常，就意味著開(kāi)發(fā)者也可以不考慮，直接跳過(guò)，交給 Java 虛擬機(jī)來(lái)處理，但我覺(jué)得這樣做肯定更不合適。

“好了，三妹，關(guān)于異常處理機(jī)制這節(jié)就先講到這里吧。”我松了一口氣，對(duì)三妹說(shuō)。

“好的，二哥，你去休息吧?！?/p>

“對(duì)了，三妹，我定個(gè)姑婆婆的外賣(mài)吧，晚上我們喝粥?！?/p>

“好呀，我要兩個(gè)豆沙包?！?/p>

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