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第7章 异常处理

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1. 异常概述与异常体系结构

1.1 异常的定义

• 异常：程序执行过程中发生的不正常情况。
• 错误类型：
  • Error：JVM无法解决的严重问题，如StackOverflowError、OutOfMemoryError。
  • Exception：可以通过代码处理的异常，如空指针、数组越界等。

1.2 异常分类

• 运行时异常（RuntimeException）：编译器不强制处理，通常是逻辑错误，如NullPointerException、ArithmeticException。
• 编译时异常（Checked Exception）：编译器强制处理，通常是外部因素导致的异常，如IOException、ClassNotFoundException。

异常类型对比表

特性	运行时异常（RuntimeException）	编译时异常（Checked Exception）
继承关系	继承RuntimeException	直接继承Exception
处理要求	不强制处理	必须显式处理
产生原因	代码逻辑错误	外部资源问题
典型示例	NullPointerException, ClassCastException	IOException, SQLException
最佳处理方式	修复代码逻辑	try-catch或throws声明

1.3 异常体系结构

Throwable
├── Error
│   ├── StackOverflowError
│   └── OutOfMemoryError
└── Exception├── RuntimeException│   ├── NullPointerException│   ├── ArithmeticException│   └── ArrayIndexOutOfBoundsException└── IOException├── FileNotFoundException└── EOFException

树状图

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2. 常见异常

2.1 常见运行时异常

异常类型	描述	示例代码
NullPointerException	空指针异常	String str = null; System.out.println(str.length());
ArrayIndexOutOfBoundsException	数组越界异常	int[] arr = new int[3]; System.out.println(arr[3]);
ArithmeticException	算术异常（如除零）	int a = 10 / 0;
ClassCastException	类型转换异常	Object obj = new Date(); String str = (String) obj;

2.2 常见编译时异常

异常类型	描述	示例代码
IOException	输入输出异常	FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt");
FileNotFoundException	文件未找到异常	FileInputStream fis = new FileInputStream("nonexistent.txt");
ClassNotFoundException	类未找到异常	Class.forName("com.example.NonExistentClass");

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3. 异常处理机制

异常处理机制流程图

3.1 try-catch-finally

3.1.1 语法

try {// 可能抛出异常的代码
} catch (ExceptionType1 e) {// 处理ExceptionType1类型的异常
} catch (ExceptionType2 e) {// 处理ExceptionType2类型的异常
} finally {// 无论是否发生异常，都会执行的代码
}

3.1.2 执行流程

1. try块：执行可能抛出异常的代码。
2. catch块：捕获并处理异常。
3. finally块：无论是否发生异常，都会执行。

3.1.3 示例

public class ExceptionTest {public static void main(String[] args) {try {int a = 10 / 0; // 抛出ArithmeticException} catch (ArithmeticException e) {System.out.println("捕获到异常：" + e.getMessage());} finally {System.out.println("finally块执行");}}
}

3.2 throws

3.2.1 语法

public void method() throws ExceptionType {// 可能抛出异常的代码
}

3.2.2 示例

public class ThrowsTest {public static void main(String[] args) {try {readFile();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void readFile() throws IOException {FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt");int b = fis.read();while (b != -1) {System.out.print((char) b);b = fis.read();}fis.close();}
}

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4. 手动抛出异常

4.1 语法

throw new ExceptionType("异常信息");

4.2 示例

public class ThrowTest {public static void main(String[] args) {try {throw new IOException("手动抛出异常");} catch (IOException e) {System.out.println("捕获到异常：" + e.getMessage());}}
}

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5. 用户自定义异常类

5.1 自定义异常类

• 继承：通常继承RuntimeException或Exception。
• 构造器：提供多个构造器，方便传递异常信息。

5.2 示例

class MyException extends Exception {private int idnumber;public MyException(String message, int id) {super(message);this.idnumber = id;}public int getId() {return idnumber;}
}public class MyExpTest {public static void main(String[] args) {try {regist(-1); // 抛出MyException} catch (MyException e) {System.out.println("登记失败，出错种类：" + e.getId());}}public static void regist(int num) throws MyException {if (num < 0) {throw new MyException("人数为负值，不合理", 3);} else {System.out.println("登记人数：" + num);}}
}

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5.3 异常处理关键字

关键字	描述
try	捕获异常
catch	处理异常
finally	无论是否发生异常，都会执行
throw	手动抛出异常
throws	声明方法可能抛出的异常

5.4 异常处理关键字对比表

关键字	作用域	使用场景	示例代码片段
try	代码块	包裹可能抛出异常的代码	try { ... }
catch	紧随try块	捕获并处理特定类型异常	catch (IOException e) { ... }
finally	最后执行块	释放资源/清理操作	finally { fis.close(); }
throw	方法内部	主动抛出异常对象	throw new Exception("msg");
throws	方法声明处	声明可能抛出的异常类型	void read() throws IOException

5.5 异常处理流程

try {// 可能抛出异常的代码
} catch (Exception e) {// 处理异常
} finally {// 无论是否发生异常，都会执行
}

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6. 异常处理最佳实践

6.1 处理策略对比

场景	try-catch处理	throws声明
当前方法能处理异常	✅ 优先使用	❌ 不适用
需要资源释放	✅ 必须配合finally使用	❌ 无法保证资源释放
方法不具备处理能力	❌ 不应捕获	✅ 声明throws
框架底层代码	❌ 避免过度捕获	✅ 向上传递

6.2 自定义异常设计原则

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7. 综合应用示例

7.1 文件读取标准模板

public class FileProcessor {public void processFile(String path) {FileInputStream fis = null;try {fis = new FileInputStream(path);// 处理文件内容...} catch (FileNotFoundException e) {System.out.println("文件未找到: " + e.getMessage());} catch (IOException e) {System.out.println("IO异常: " + e.getLocalizedMessage());} finally {if (fis != null) {try {fis.close();} catch (IOException e) {System.out.println("关闭流失败: " + e.getMessage());}}}}
}

7.2 异常转译模式

public class Service {public void businessOperation() throws BusinessException {try {// 调用DAO层方法new Dao().dataAccess();} catch (SQLException e) {// 将底层异常转换为业务异常throw new BusinessException("业务操作失败", e);}}
}class BusinessException extends Exception {public BusinessException(String msg, Throwable cause) {super(msg, cause);}
}

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8. 异常处理性能优化

8.1 异常使用禁忌表

错误用法	问题描述	改进方案
空的catch块	异常被静默吞噬	至少记录日志
捕获Throwable	可能捕获Error导致程序无法终止	明确捕获具体异常类型
频繁抛出异常控制流程	性能低下（比普通返回慢100倍）	使用状态码或返回值控制流程
忽略资源关闭	导致资源泄漏	使用try-with-resources语法

8.2 try-with-resources示例（Java7+）

public class ResourceExample {public static void main(String[] args) {try (FileInputStream fis = new FileInputStream("test.txt");BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(fis))) {String line;while ((line = br.readLine()) != null) {System.out.println(line);}} catch (IOException e) {System.out.println("自动关闭资源，异常信息: " + e.getMessage());}}
}