6.0 第6章 异常 6.1 初识异常

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第6章 异常

之前我们介绍的基本类型、类、接口、枚举都是在表示和操作数据，操作的过程中可能有很多出错的情况，出错的原因可能是多方面的，有的是不可控的内部原因，比如内存不够了、磁盘满了，有的是不可控的外部原因，比如网络连接有问题，更多的可能是程序的编写错误，比如引用变量未初始化就直接调用实例方法。

这些非正常情况在Java中统一被认为是异常，Java使用异常机制来统一处理。本章就来详细讨论Java中的异常机制，首先介绍异常的初步概念，以及异常类本身，然后主要介绍异常的处理。

6.1 初识异常

我们先来看两个具体的异常：NullPointerException和NumberFormatException。

6.1.1 NullPointerException（空指针异常）

我们来看段代码：

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public class ExceptionTest {
    public static void main(String[] args) {
        String s = null;
        s.indexOf("a");
        System.out.println("end");
    }
}

变量s没有初始化就调用其实例方法indexOf，运行，屏幕输出为：

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Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
    at ExceptionTest.main(ExceptionTest.java:5)

输出是告诉我们：在ExceptionTest类的main函数中，代码第5行，出现了空指针异常（java.lang.NullPointerException）。

但，具体发生了什么呢？当执行s.indexOf(“a”)的时候，Java虚拟机发现s的值为null，没有办法继续执行了，这时就启用异常处理机制，首先创建一个异常对象，这里是类NullPointerException的对象，然后查找看谁能处理这个异常，在示例代码中，没有代码能处理这个异常，因此Java启用默认处理机制，即打印异常栈信息到屏幕，并退出程序。

在介绍函数调用原理的时候，我们介绍过栈，异常栈信息就包括了从异常发生点到最上层调用者的轨迹，还包括行号，可以说，这个栈信息是分析异常最为重要的信息。

Java的默认异常处理机制是退出程序，异常发生点后的代码都不会执行，所以示例代码中的System.out.println(“end”)不会执行。

6.1.2 NumberFormatException（数字格式异常）

我们再来看一个例子，代码如下：

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public class ExceptionTest {
    public static void main(String[] args) {
        if(args.length<1){
            System.out.println("请输入数字");
            return;
        }
        int num = Integer.parseInt(args[0]);
        System.out.println(num);
    }
}

args表示命令行参数，这段代码要求参数为一个数字，它通过Integer.parseInt将参数转换为一个整数，并输出这个整数。参数是用户输入的，我们没有办法强制用户输入什么，如果用户输入的是数字，比如123，屏幕会输出123，但如果用户输的不是数字而是字母，比如abc，屏幕会输出：

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Exception in thread "main" java.lang.NumberFormatException: For input string: "abc"
    at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)
    at java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:492)
    at java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:527)
    at ExceptionTest.main(ExceptionTest.java:7)

出现了异常NumberFormatException。这个异常是怎么产生的呢？根据异常栈信息，我们看相关代码。NumberFormatException类65行附近代码如下：

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64 static NumberFormatException forInputString(String s) {
65      return new NumberFormatException("For input string: \"" + s + "\"");
66 }

Integer类492行附近代码如下：

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490 digit = Character.digit(s.charAt(i++), radix);
491 if (digit < 0) {
492      throw NumberFormatException.forInputString(s);
493 }
494 if (result < multmin) {
495      throw NumberFormatException.forInputString(s);
496 }

将这两处合为一行，主要代码就是：

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throw new NumberFormatException(...)

new NumberFormatException是容易理解的，含义是创建了一个类的对象，只是这个类是一个异常类。throw是什么意思呢？就是抛出异常，它会触发Java的异常处理机制。在之前的空指针异常中，我们没有看到throw的代码，可以认为throw是由Java虚拟机自己实现的。

throw关键字可以与return关键字进行对比。return代表正常退出，throw代表异常退出；return的返回位置是确定的，就是上一级调用者，而throw后执行哪行代码则经常是不确定的，由异常处理机制动态确定。

异常处理机制会从当前函数开始查找看谁“捕获”了这个异常，当前函数没有就查看上一层，直到主函数，如果主函数也没有，就使用默认机制，即输出异常栈信息并退出，这正是我们在屏幕输出中看到的。

对于屏幕输出中的异常栈信息，程序员是可以理解的，但普通用户无法理解，也不知道该怎么办，我们需要给用户一个更为友好的信息，告诉用户，他应该输入的是数字，要做到这一点，需要自己“捕获”异常。“捕获”是指使用try/catch关键字，如代码清单6-1所示。

代码清单6-1 捕获异常示例代码
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public class ExceptionTest {
    public static void main(String[] args) {
        if(args.length<1){
            System.out.println("请输入数字");
            return;
        }
        try{
            int num = Integer.parseInt(args[0]);
            System.out.println(num);
        }catch(NumberFormatException e){
            System.err.println("参数" + args[0] + "不是有效的数字，请输入数字");
        }
    }
}

上述代码使用try/catch捕获并处理了异常，try后面的花括号{}内包含可能抛出异常的代码，括号后的catch语句包含能捕获的异常和处理代码，catch后面括号内是异常信息，包括异常类型和变量名，这里是NumberFormatException e，通过它可以获取更多异常信息，花括号{}内是处理代码，这里输出了一个更为友好的提示信息。

捕获异常后，程序就不会异常退出了，但try语句内异常点之后的其他代码就不会执行了，执行完catch内的语句后，程序会继续执行catch花括号外的代码。

至此，我们就对异常有了一个初步的了解。异常是相对于return的一种退出机制，可以由系统触发，也可以由程序通过throw语句触发，异常可以通过try/catch语句进行捕获并处理，如果没有捕获，则会导致程序退出并输出异常栈信息。异常有不同的类型，接下来，我们来认识一下。