内容


Java 异常处理及其应用

Comments

Java 异常处理引出

假设您要编写一个 Java 程序,该程序读入用户输入的一行文本,并在终端显示该文本。

程序如下:

1 import java.io.*;
2 public class EchoInput {
3      public static void main(String args[]){
4          System.out.println("Enter text to echo:");
5          InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
6          BufferedReader inputReader = new BufferedReader(isr);
7          String inputLine = inputReader.readLine();
8          System.out.println("Read:" + inputLine);
9   }
10 }

分析上面的代码,在 EchoInput 类中,第 3 行声明了 main 方法;第 4 行提示用户输入文本;第 5、6 行设置 BufferedReader 对像连接到 InputStreamReader,而 InputStreamReader 又连接到标准输入流 System.in;第 7 行读入一行文本;第 8 行用标准输出流 System.out 显示出该文本。

表面看来上面的程序没有问题,但实际上,EchoInput 类完全可能出现问题。要在调用第 7 行的 readLine 方法时正确读取输入,这几种假设都必须成立:假定键盘有效,键盘能与计算机正常通信;假定键盘数据可从操作系统传输到 Java 虚拟机,又从 Java 虚拟机传输 inputReader。

大多数情况下上述假设都成立,但不尽然。为此,Java 采用异常方法,以应对可能出现的错误,并采取步骤进行更正。在本例中,若试图编译以上代码,将看到以下信息:

Exception in thread "main" java.lang.Error: Unresolved compilation problem:
    Unhandled exception type IOException
    at EchoInput.main(EchoInput.java:7)

从中可以看到,第 7 行调用 readLine 方法可能出错:若果真如此,则产生 IOException 来记录故障。编译器错误是在告诉您,需要更改代码来解决这个潜在的问题。在 JDK API 文档中,可以看到同样的信息。我们可以看到 readLine 方法,如图 1 所示。

图 1. BufferedReader 类的 readLine 方法的 JDK API 文档
图 1. BufferedReader 类的 readLine 方法的 JDK API 文档
图 1. BufferedReader 类的 readLine 方法的 JDK API 文档

由图 1 可知,readLine 方法有时产生 IOException。如何处理潜在的故障?编译器需要“捕获”或“声明”IOException。

“捕获 (catch)”指当 readLine 方法产生错误时截获该错误,并处理和记录该问题。而“声明 (declare)”指错误可能引发 IOException,并通知调用该方法的任何代码:可能产生异常。

若要捕获异常,必须添加一个特殊的“处理代码块”,来接收和处理 IOException。于是程序改为如下:

1 import java.io.*;
2 public class EchoInputHandle {
3      public static void main(String args[]){
4          System.out.println("Enter text to echo:");
5          InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
6          BufferedReader inputReader = new BufferedReader(isr);
7          try{
8              String inputLine = inputReader.readLine();
9              System.out.println("Read:" + inputLine);
10          }
11          catch(IOException exc){
12              System.out.println(“Exception encountered: ” + exc);
13          }
14      }
15 }

新添的代码块包含关键字 try 和 catch(第 7,10,11,13 行),表示要读取输入。若成功,则正常运行。若读取输入时错误,则捕获问题(由 IOException 对象表示),并采取相应措施。在本例,采用的处理方式是输出异常。

若不准备捕获 IOException,仅声明异常,则要特别指定 main 方法可能出错,而且特别说明可能产生 IOException。于是程序改为如下:

1 import java.io.*;
2 public class EchoInputDeclare {
3      public static void main(String args[]) throws IOException{
4          System.out.println("Enter text to echo:");
5          InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
6          BufferedReader inputReader = new BufferedReader(isr);
7          String inputLine = inputReader.readLine();
8          System.out.println("Read:" + inputLine);
9   }
10 }

从上面的这个简单的例子中,我们可以看出异常处理在 Java 代码开发中不能被忽视。

Java 异常以及异常处理

可将 Java 异常看作是一类消息,它传送一些系统问题、故障及未按规定执行的动作的相关信息。异常包含信息,以将信息从应用程序的一部分发送到另一部分。

编译语言为何要处理异常?为何不在异常出现位置随时处理具体故障?因为有时候我们需要在系统中交流错误消息,以便按照统一的方式处理问题,有时是因为有若干处理问题的可能方式,但您不知道使用哪一种,此时,可将处理异常的任务委托给调用方法的代码。调用者通常更能了解问题来源的上下文,能更好的确定恢复方式。

图 2 是一个通用消息架构。

图 2. 通用消息架构
图 2. 通用消息架构
图 2. 通用消息架构

从上图可以看出,必定在运行的 Java 应用程序的一些类或对象中产生异常。出现故障时,“发送者”将产生异常对象。异常可能代表 Java 代码出现的问题,也可能是 JVM 的相应错误,或基础硬件或操作系统的错误。

异常本身表示消息,指发送者传给接收者的数据“负荷”。首先,异常基于类的类型来传输有用信息。很多情况下,基于异常的类既能识别故障本因并能更正问题。其次,异常还带有可能有用的数据(如属性)。

在处理异常时,消息必须有接收者;否则将无法处理产生异常的底层问题。

在上例中,异常“产生者”是读取文本行的 BufferedReader。在故障出现时,将在 readLine 方法中构建 IOException 对象。异常“接收者”是代码本身。EchoInputHandle 应用程序的 try-catch 结构中的 catch 块是异常的接收者,它以字符串形式输出异常,将问题记录下来。

Java 异常类的层次结构

在我们从总体上了解异常后,我们应该了解如何在 Java 应用程序中使用异常,即需要了解 Java 类的层次结构。图 3 是 Java 类的层次结构图。

图 3. Java 类的层次结构
图 3. Java 类的层次结构
图 3. Java 类的层次结构

在 Java 中,所有的异常都有一个共同的祖先 Throwable(可抛出)。Throwable 指定代码中可用异常传播机制通过 Java 应用程序传输的任何问题的共性。

Throwable 有两个重要的子类:Exception(异常)和 Error(错误),二者都是 Java 异常处理的重要子类,各自都包含大量子类。

Exception(异常)是应用程序中可能的可预测、可恢复问题。一般大多数异常表示中度到轻度的问题。异常一般是在特定环境下产生的,通常出现在代码的特定方法和操作中。在 EchoInput 类中,当试图调用 readLine 方法时,可能出现 IOException 异常。

Error(错误)表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的操作无关,而表示代码运行时 JVM(Java 虚拟机)出现的问题。例如,当 JVM 不再有继续执行操作所需的内存资源时,将出现 OutOfMemoryError。

Exception 类有一个重要的子类 RuntimeException。RuntimeException 类及其子类表示“JVM 常用操作”引发的错误。例如,若试图使用空值对象引用、除数为零或数组越界,则分别引发运行时异常(NullPointerException、ArithmeticException)和 ArrayIndexOutOfBoundException。

Java 异常的处理

在 Java 应用程序中,对异常的处理有两种方式:处理异常和声明异常。

处理异常:try、catch 和 finally

若要捕获异常,则必须在代码中添加异常处理器块。这种 Java 结构可能包含 3 个部分,

都有 Java 关键字。下面的例子中使用了 try-catch-finally 代码结构。

1 import java.io.*;
2 public class EchoInputTryCatchFinally {
3      public static void main(String args[]){
4          System.out.println("Enter text to echo:");
5          InputStreamReader isr = new InputStreamReader(System.in);
6          BufferedReader inputReader = new BufferedReader(isr);
7          try{
8              String inputLine = inputReader.readLine();
9              System.out.println("Read:" + inputLine);     
10          }
11          catch(IOException exc){
12              System.out.println("Exception encountered: " + exc);
13          }
14          finally{
15             System.out.println("End. ");
16      }
17 }
18}

其中:

  • try 块:将一个或者多个语句放入 try 时,则表示这些语句可能抛出异常。编译器知道可能要发生异常,于是用一个特殊结构评估块内所有语句。
  • catch 块:当问题出现时,一种选择是定义代码块来处理问题,catch 块的目的便在于此。catch 块是 try 块所产生异常的接收者。基本原理是:一旦生成异常,则 try 块的执行中止,JVM 将查找相应的 JVM。
  • finally 块:还可以定义 finally 块,无论运行 try 块代码的结果如何,该块里面的代码一定运行。在常见的所有环境中,finally 块都将运行。无论 try 块是否运行完,无论是否产生异常,也无论是否在 catch 块中得到处理,finally 块都将执行。

try-catch-finally 规则:

  1. 必须在 try 之后添加 catch 或 finally 块。try 块后可同时接 catch 和 finally 块,但至少有一个块。
  2. 必须遵循块顺序:若代码同时使用 catch 和 finally 块,则必须将 catch 块放在 try 块之后。
  3. catch 块与相应的异常类的类型相关。
  4. 一个 try 块可能有多个 catch 块。若如此,则执行第一个匹配块。
  5. 可嵌套 try-catch-finally 结构。
  6. 在 try-catch-finally 结构中,可重新抛出异常。
  7. 除了下列情况,总将执行 finally 做为结束:JVM 过早终止(调用 System.exit(int));在 finally 块中抛出一个未处理的异常;计算机断电、失火、或遭遇病毒攻击。

声明异常

若要声明异常,则必须将其添加到方法签名块的结束位置。下面是一个实例:

public void errorProneMethod(int input) throws java.io.IOException {
    //Code for the method,including one or more method
    //calls that may produce an IOException
}

这样,声明的异常将传给方法调用者,而且也通知了编译器:该方法的任何调用者必须遵守处理或声明规则。声明异常的规则如下:

  • 必须声明方法可抛出的任何可检测异常(checked exception)。
  • 非检测性异常(unchecked exception)不是必须的,可声明,也可不声明。
  • 调用方法必须遵循任何可检测异常的处理和声明规则。若覆盖一个方法,则不能声明与覆盖方法不同的异常。声明的任何异常必须是被覆盖方法所声明异常的同类或子类。

Java 异常处理的分类

Java 异常可分为可检测异常,非检测异常和自定义异常。

可检测异常

可检测异常经编译器验证,对于声明抛出异常的任何方法,编译器将强制执行处理或声明规则,例如:sqlExecption 这个异常就是一个检测异常。你连接 JDBC 时,不捕捉这个异常,编译器就通不过,不允许编译。

非检测异常

非检测异常不遵循处理或声明规则。在产生此类异常时,不一定非要采取任何适当操作,编译器不会检查是否已解决了这样一个异常。例如:一个数组为 3 个长度,当你使用下标为3时,就会产生数组下标越界异常。这个异常 JVM 不会进行检测,要靠程序员来判断。有两个主要类定义非检测异常:RuntimeException 和 Error。

Error 子类属于非检测异常,因为无法预知它们的产生时间。若 Java 应用程序内存不足,则随时可能出现 OutOfMemoryError;起因一般不是应用程序的特殊调用,而是 JVM 自身的问题。另外,Error 一般表示应用程序无法解决的严重问题。

RuntimeException 类也属于非检测异常,因为普通 JVM 操作引发的运行时异常随时可能发生,此类异常一般是由特定操作引发。但这些操作在 Java 应用程序中会频繁出现。因此,它们不受编译器检查与处理或声明规则的限制。

自定义异常

自定义异常是为了表示应用程序的一些错误类型,为代码可能发生的一个或多个问题提供新含义。可以显示代码多个位置之间的错误的相似性,也可以区分代码运行时可能出现的相似问题的一个或者多个错误,或给出应用程序中一组错误的特定含义。例如,对队列进行操作时,有可能出现两种情况:空队列时试图删除一个元素;满队列时试图添加一个元素。则需要自定义两个异常来处理这两种情况。

Java 异常处理的原则和忌讳

Java 异常处理的原则

  1. 尽可能的处理异常

    要尽可能的处理异常,如果条件确实不允许,无法在自己的代码中完成处理,就考虑声明异常。如果人为避免在代码中处理异常,仅作声明,则是一种错误和依赖的实践。

  2. 具体问题具体解决

    异常的部分优点在于能为不同类型的问题提供不同的处理操作。有效异常处理的关键是识别特定故障场景,并开发解决此场景的特定相应行为。为了充分利用异常处理能力,需要为特定类型的问题构建特定的处理器块。

  3. 记录可能影响应用程序运行的异常

    至少要采取一些永久的方式,记录下可能影响应用程序操作的异常。理想情况下,当然是在第一时间解决引发异常的基本问题。不过,无论采用哪种处理操作,一般总应记录下潜在的关键问题。别看这个操作很简单,但它可以帮助您用很少的时间来跟踪应用程序中复杂问题的起因。

  4. 根据情形将异常转化为业务上下文

    若要通知一个应用程序特有的问题,有必要将应用程序转换为不同形式。若用业务特定状态表示异常,则代码更易维护。从某种意义上讲,无论何时将异常传到不同上下文(即另一技术层),都应将异常转换为对新上下文有意义的形式。

Java 异常处理的忌讳

  1. 一般不要忽略异常

    在异常处理块中,一项最危险的举动是“不加通告”地处理异常。如下例所示:

    1   try{
    2       Class.forName("business.domain.Customer");
    3   }
    4   catch (ClassNotFoundException exc){}

    经常能够在代码块中看到类似的代码块。有人总喜欢在编写代码时简单快速地编写空处理器块,并“自我安慰地”宣称准备在“后期”添加恢复代码,但这个“后期”变成了“无期”。

    这种做法有什么坏处?如果异常对应用程序的其他部分确实没有任何负面影响,这未尝不可。但事实往往并非如此,异常会扰乱应用程序的状态。此时,这样的代码无异于掩耳盗铃。

    这种做法若影响较轻,则应用程序可能出现怪异行为。例如,应用程序设置的一个值不见了, 或 GUI 失效。若问题严重,则应用程序可能会出现重大问题,因为异常未记录原始故障点,难以处理,如重复的 NullPointerExceptions。

    如果采取措施,记录了捕获的异常,则不可能遇到这个问题。实际上,除非确认异常对代码其余部分绝无影响,至少也要作记录。进一步讲,永远不要忽略问题;否则,风险很大,在后期会引发难以预料的后果。

  2. 不要使用覆盖式异常处理块

    另一个危险的处理是覆盖式处理器(blanket handler)。该代码的基本结构如下:

    1   try{
    2     // …
    3   }
    4   catch(Exception e){
    5     // …
    6   }

    使用覆盖式异常处理块有两个前提之一:

    1. 代码中只有一类问题。

    这可能正确,但即便如此,也不应使用覆盖式异常处理,捕获更具体的异常形式有利物弊。

    2. 单个恢复操作始终适用。

    这几乎绝对错误。几乎没有哪个方法能放之四海而皆准,能应对出现的任何问题。

    分析下这样编写代码将发生的情况。只要方法不断抛出预期的异常集,则一切正常。但是,如果抛出了未预料到的异常,则无法看到要采取的操作。当覆盖式处理器对新异常类执行千篇一律的任务时,只能间接看到异常的处理结果。如果代码没有打印或记录语句,则根本看不到结果。

    更糟糕的是,当代码发生变化时,覆盖式处理器将继续作用于所有新异常类型,并以相同方式处理所有类型。

  3. 一般不要把特定的异常转化为更通用的异常

    将特定的异常转换为更通用异常时一种错误做法。一般而言,这将取消异常起初抛出时产生的上下文,在将异常传到系统的其他位置时,将更难处理。见下例:

    1   try{
    2     // Error-prone code
    3   }
    4   catch(IOException e){
    5      String msg = "If you didn ’ t have a problem before,you do now!";
    6      throw new Exception(msg);
    7   }

    因为没有原始异常的信息,所以处理器块无法确定问题的起因,也不知道如何更正问题。

  4. 不要处理能够避免的异常

    对于有些异常类型,实际上根本不必处理。通常运行时异常属于此类范畴。在处理空指针或者数据索引等问题时,不必求助于异常处理。

Java 异常处理的应用实例

在定义银行类时,若取钱数大于余额时需要做异常处理。

定义一个异常类 insufficientFundsException。取钱(withdrawal)方法中可能产生异常,条件是余额小于取额。

处理异常在调用 withdrawal 的时候,因此 withdrawal 方法要声明抛出异常,由上一级方法调用。

异常类:

class InsufficientFundsExceptionextends Exception{
   private Bank  excepbank;      // 银行对象
   private double excepAmount;   // 要取的钱
   InsufficientFundsException(Bank ba, double  dAmount)
    {  excepbank=ba;
       excepAmount=dAmount;
   }
   public String excepMessage(){
   	  String  str="The balance is"+excepbank.balance
       + "\n"+"The withdrawal was"+excepAmount;
   	  return str; 	
   }
}// 异常类

银行类:

class Bank{
   double balance;// 存款数
   Bank(double  balance){this.balance=balance;}
   public void deposite(double dAmount){
   	 if(dAmount>0.0) balance+=dAmount;
   }
   public void withdrawal(double dAmount)
               throws  InsufficientFundsException{
   	 if (balance<dAmount)     throw new
          InsufficientFundsException(this, dAmount);
      balance=balance-dAmount;
   }
   public void showBalance(){
      System.out.println("The balance is "+(int)balance);
   }
}

前端调用:

public class ExceptionDemo{
   public static void main(String args[]){
   	 try{
   	    Bank ba=new Bank(50);
          ba.withdrawal(100);
          System.out.println("Withdrawal successful!");
      }catch(InsufficientFundsException e) { 
          System.out.println(e.toString());
          System.out.println(e.excepMessage());
      }
   }
}

总结

Java 异常处理是使用 Java 语言进行软件开发和测试脚本开发中非常重要的一个方面。对异常处理的重视会是您开发出的代码更健壮,更稳定。本文系统的阐述了 Java 异常处理的原理和方法。能帮助读者更加清楚的理解 Java 异常处理机制,在开发代码时更加灵活的使用它。


相关主题

  • 技巧:当不能抛出异常时”(developerWorks,2010 年 4 月):当需要覆盖的方法没有提供够用的 throws 子句时,Elliotte Rusty Harold 考虑实现一个接口,或者继承一个类。本文探索当既不能处理、也不能抛出 checked 异常时,有哪些选择。
  • 服务器诊所:编写出色的异常 -- 改进错误处理风格”(developerWorks,2003 年 9 月):许多开发人员对待异常系统就好像在运用一种浪漫语言一样:熟悉其中的词语,但却不清楚要以此说明什么。Cameron 对此提出了实用的建议,指出系统应该抛出什么和捕获什么。
  • developerWorks Java 技术专区:数百篇关于 Java 编程各个方面的文章。

评论

添加或订阅评论,请先登录注册

static.content.url=http://www.ibm.com/developerworks/js/artrating/
SITE_ID=10
Zone=Java technology
ArticleID=549927
ArticleTitle=Java 异常处理及其应用
publish-date=09302010