Java异常处理：深入理解与应用实践

引言

在Java编程中，异常处理是一个至关重要的部分。它允许程序在遇到错误时不会直接崩溃，而是可以优雅地处理错误情况。本文将深入探讨Java异常的各个方面，包括异常的抛出、捕获、分类、实现原理，以及Java 7引入的Suppressed异常和try-with-resources语法糖。

1. 异常概述

异常处理主要由两个部分组成：抛出异常和捕获异常。这两个部分共同实现了程序控制流的非正常转移。

1.1 抛出异常

抛出异常可以是显式的，也可以是隐式的。显式抛出异常通常是由程序员在代码中使用throw关键字主动抛出异常实例。隐式抛出异常则是由Java虚拟机在执行过程中遇到无法继续执行的状态时自动抛出，例如ArrayIndexOutOfBoundsException。

示例：显式抛出异常

public void checkValue(int value) {
    if (value < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("Value must be non-negative");
    }
}

1.2 捕获异常

捕获异常涉及到三个代码块：

• try代码块：标记需要进行异常监控的代码。
• catch代码块：跟在try代码块之后，用来捕获try代码块中触发的指定类型的异常。一个try代码块可以后跟多个catch代码块，以捕获不同类型的异常。
• finally代码块：跟在try或catch代码块之后，用来声明一段必定会运行的代码。它的设计初衷是为了避免跳过某些关键的清理代码，如已打开的系统资源。

示例：捕获并处理异常

try {
    int result = divide(10, 0);
} catch (ArithmeticException e) {
    System.out.println("Arithmetic error: " + e.getMessage());
} finally {
    System.out.println("This will always be executed.");
}

2. 异常分类

所有异常都是Throwable类或其子类的实例。Throwable有两个直接子类：Error和Exception。

2.1 Error

Error涵盖程序不应该捕获的异常。当程序触发Error时，其执行状态已经无法恢复，需要终止线程甚至终止虚拟机。

2.2 Exception

Exception涵盖程序可能需要捕获并处理的异常。它可以进一步分为受检异常和非受检异常。受检异常需要显式捕获或声明，而非受检异常则是RuntimeException。

3. 实现原理

异常实例的构造非常昂贵，因为在构造异常实例时，Java虚拟机需要生成该异常的栈轨迹。在编译生成的字节码中，每个方法都附带一个异常表，异常表中的条目代表一个异常处理器。

当程序触发异常时，Java虚拟机会遍历异常表中的所有条目，寻找匹配的异常处理器。如果遍历完所有异常表条目仍未匹配到异常处理器，那么它会弹出当前方法的栈帧，并在调用者中重复上述操作。

4. Java 7的Suppressed异常和try-with-resources

Java 7引入了Suppressed异常来解决异常处理问题。这个新特性允许开发人员将一个异常附于另一个异常之上，从而抛出的异常可以附带多个异常的信息。

Java 7还引入了try-with-resources语法糖，它自动使用Suppressed异常，并简化了资源打开和关闭的代码。如果一个类实现了AutoCloseable接口，那么可以在try关键字后声明并实例化这个类，编译器将自动添加对应的close操作。

示例：使用try-with-resources

try (Resource resource = new Resource()) {
    resource.doSomething();
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

5. 常见问题

5.1 使用异常捕获的代码为什么比较耗费性能?

因为构造异常的实例比较耗性能。站在JVM的角度，JVM在构造异常实例时需要生成该异常的栈轨迹。这个操作会逐一访问当前线程的栈帧，并且记录下各种调试信息，包括栈帧所指向方法的名字，方法所在的类名、文件名，以及在代码中的第几行触发该异常等信息。

5.2 finally是怎么实现无论异常与否都能被执行的?

这个事情是由编译器来实现的，现在的做法是这样的，编译器在编译Java代码时，会复制finally代码块的内容，然后分别放在try-catch代码块所有的正常执行路径及异常执行路径的出口中。

5.3 Exception 和 Error 区别

Exception和Error都是继承了Throwable类，在Java中只有Throwable类型的实例才可以被抛出（throw）或者捕获，它是异常处理机制的基本组成类型。

Exception和Error体现了Java平台设计者对不同异常情况的分类，Exception是程序正常运行中，可以预料的意外情况，可能并且应该捕获，进行相应的处理。

Error是指正常情况下，不大可能出现的情况，绝大部分的Error都会导致程序处于非正常状态，不可恢复状态。既然是非正常情况，所以不便于也不需要捕获，常见的如OutOfMemoryError之类的都是Error的子类。

Exception又分为可检查（checked）异常和不检查（unchecked）异常，可检查异常在源码里必须显式地进行捕获处理，这里是编译期检查的一部分。不检查异常就是所谓的运行时异常，类似NullPointerException, ArrayIndexOutOfBoundsExceptin之类的，通常是可以编码避免的逻辑错误，具体根据需要来判断是否需要捕获，并不会在编译期强制要求。

5.4 ClassNotFoundException 和 NoClassDefFoundError 区别

需要注意到的是一个是Exception一个是Error。

Java支持使用Class.forName方法来动态加载类，任意一个类的类名如果被作为参数传递给这个方法都将导致该类被加载到JVM内存中，如果这个类在类路径中没有被找到，那么此时就会在运行时抛出ClassNotFountException异常。

如果JVM或者ClassLoader实例尝试加载（可能通过正常的方法调用，也可能是使用new来创建新的对象）类的时候找不到类的定义。要查找的类在编译的时候是存在的，运行的时候却找不到类，这个时候就会导致NoClassDefFoundError。造成该问题的原因可能是打包过程中漏掉了部分类，或者jar包出现了损毁或者篡改。解决这个问题的方法是查找那些在开发期间存在于类路径但运行期间却不在类路径下的类。

结论

异常处理是Java编程中的一个重要部分。理解异常的抛出、捕获、分类和实现原理，以及如何利用Java 7的新特性来简化异常处理和资源管理，对于开发健壮的Java应用程序至关重要。通过本文的介绍，你应该对Java异常有了更深入的理解，这将有助于你在实际开发中更有效地处理异常。

原文地址：https://blog.csdn.net/fulai00/article/details/143509206

免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！