异常处理机制

“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。

  1. public class Demo {
  2.     public static void main(String[] args) {
  3.         System.out.println(10/0);
  4.     }
  5. }

这段代码在运行的时候抛出的异常信息如下所示：

  1. Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
  2.     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。”

异常处理机制 - 图1

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：

  1. 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。

异常处理机制 - 图2

建议你要么使用 try-catch 进行捕获：

  1. try {
  2.     Class clz = Class.forName("com.itwanger.s41.Demo1");
  3. } catch (ClassNotFoundException e) {
  4.     e.printStackTrace();
  5. }

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：

  1. public class Demo1 {
  2.     public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
  3.         Class clz = Class.forName("com.itwanger.s41.Demo1");
  4.     }
  5. }

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：

  1. public class Demo2 {
  2.     private String mHost;
  3.     private int mPort;
  4.     private Socket mSocket;
  5.     private final Object mLock = new Object();
  7.     public void run() {
  8.     }
  10.     private void initSocket() {
  11.         while (true) {
  12.             try {
  13.                 Socket socket = new Socket(mHost, mPort);
  14.                 synchronized (mLock) {
  15.                     mSocket = socket;
  16.                 }
  17.                 break;
  18.             } catch (IOException e) {
  19.                 e.printStackTrace();
  20.             }
  21.         }
  22.     }
  23. }

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。”