什么是异常

程序运行的时候，经常会发生各种错误。例如，当你尝试把 0 作为除数，Java 程序是处理的不了结果的，因为违反了运算规则，出现异常。本章我们讨论如何在 Java 程序中处理各种异常情况。

异常概述

异常发生的原因很多，有些是用户造成的（例如输入除数的时候，输入了 0），或者读取某个文件的时候，文件已经被删除了，这样的情况下，Java 程序都不能正常得到结果，会发生错误。

还有一些错误是随机出现，并且永远不可能避免的。比如：

• 网络突然断了，连接不到远程服务器；
• 内存耗尽，程序崩溃了；
• 用户点“打印”，但根本没有打印机；
• ……

所以，一个健壮的程序必须处理各种各样的错误。

所谓错误，就是程序调用某个函数的时候，如果失败了，就表示出错。而如何知道调用失败的原因呢？我们可以约定错误码（每个错误码对应一个具体的错误信息）。

例如，处理一个文件，如果返回 0，表示成功，返回其他整数，表示约定的错误码：

int code = processFile("C:\\test.txt");
if (code == 0) {
    // ok:
} else {
    // error:
    switch (code) {
    case 1:
        // file not found:
    case 2:
        // no read permission:
    default:
        // unknown error:
    }
}

因为使用 int 类型的错误码，想要处理就非常麻烦。这种方式常见于底层 C 函数。

Java 中的异常

如果全靠自己手工处理异常，得增加很多工作量，并且各个项目之间的异常处理都不一样，没有一个标准。

为此，Java 内置了一套异常处理机制，总是使用异常来表示错误，这些错误会作为异常抛出。

异常是一种 class，它本身带有类型信息，表明阻止正常进行程序的错误或情况，如果异常没有被处理，程序就会非正常终止。

异常的继承关系如下：

                     ┌───────────┐
                     │  Object   │
                     └───────────┘
                           ▲
                           │
                     ┌───────────┐
                     │ Throwable │
                     └───────────┘
                           ▲
                 ┌─────────┴─────────┐
                 │                   │
           ┌───────────┐       ┌───────────┐
           │   Error   │       │ Exception │
           └───────────┘       └───────────┘
                 ▲                   ▲
         ┌───────┘              ┌────┴──────────┐
         │                      │               │
┌─────────────────┐    ┌─────────────────┐┌───────────┐
│OutOfMemoryError │... │RuntimeException ││IOException│...
└─────────────────┘    └─────────────────┘└───────────┘
                                ▲
                    ┌───────────┴─────────────┐
                    │                         │
         ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────────────┐
         │NullPointerException │ │IllegalArgumentException │...
         └─────────────────────┘ └─────────────────────────┘

异常的种类

为了方便，我们可以人为地将异常分为三种类型：系统错误 Error、运行时异常 RuntimeException 和 非运行时异常 Exception。

Error

系统错误（ system error）是由 Java 虚拟机抛出的，用 Error 类表示。

Error 类描述的是内部系统错误，这样的错误很少发生。如果发生，除了通知用户以及尽量稳妥地终止程序外，几乎什么也不能做，例如：

• OutOfMemoryError：内存耗尽
• NoClassDefFoundError：无法加载某个 Class
• StackOverflowError：栈溢出
• LinkageError：一个类对另一个类有某种依赖性，但是在编译前者后，后者进行了修改，变得不兼容
• virtualMachineError：Java 虚拟机崩溃，或者运行所必需的资源已经耗尽

RuntimeException

运行时异常描述的是程序设计错误，通常是在程序运行时，由 Java 虚拟机抛出的，例如：

• NullPointerException：对某个 null 的对象调用方法或字段。例如变量还未初始化就使用
• IndexOutOfBoundsException：数组索引越界
• InputMismatchException：比如你希望用户输入整数，但是用户输入了小数，在转换为数字的时候就会有异常。
• ArithmeticException：一个整数除以 0。注意，浮点数的算术运算不抛出异常，因为浮点数不是很精确，难以真正的表示 0。
• IllegalArgumentException：传递给方法的参数非法或不合适

Exception

这里指的 Exception 不包含 RuntimeException，它描述的是由程序和外部环境所引起的错误，例如：

• ClassNotFoundException：试图使用一个不存在的类。例如，如果试图使用命令 java 来运行一个不存在的类，或者程序要调用三个类文件而只能找到两个，都会发生这种异常
• IOException：同输入/输出相关的操作，例如，无效的输入、读文件时超过文件尾、打开一个不存在的文件等。IOException 的子类的例子有 InterruptedIOException. EOFException（EOF 是 End of File 的缩写）和 FileNotFoundException

什么异常应该被处理

• Error、RuntimeException，以及他们的子类都是免检异常（unchecked Exception），也就是可以不处理的
• 除了免检异常，其他异常都是必检异常（checked Exception），必须使用 try-catch 块处理，或者在方法头进行声明（下一节会讲）。

大部分情况下，免检异常（RuntimeException 及其子类）都是由于逻辑错误造成的，例如：

• NullPointerException：对某个 null 的对象调用方法或字段。例如变量还未初始化就使用，这是逻辑错误；
• IndexOutOfBoundsException：数组索引越界，例如一个数组只有 10 个元素，但程序访问其第 11 个元素，这也是代码有问题；
• ArithmeticException：一个整数除以 0，基本的四则运算规则都违背了，应该判断除数是否为 0；
• …………

综上，免检异常可能在程序的任何一个地方出现。为避免过多地使用异常处理代码， Java 语言不强制要求编写代码捕获或声明免检异常。

但是必检异常，通常就不是程序问题了，而是外部的问题，例如：

• IOException：要操作的文件不见了，或者没权限等等
• SocketException：读取网络失败，比如网络突然断了掉线了

必检异常，通常是我们可以处理的。例如网络异常，我们可以捕捉到异常，然后告知用户是网络异常；或者 IOException，比如你在重命名一个正在打开的文件，也会有提示。

注意：编译器对 RuntimeException 及其子类不做强制捕获要求，但不是指应用程序本身不应该捕获并处理 RuntimeException。是否需要捕获，具体问题具体分析。

小结

本文我们介绍了如下内容：

• 什么是异常
• Java 中的异常体系
• 异常的分类
• 什么异常应该被处理

异常也是 Java 中很基本的概念，并且在工作中会经常需要和处理异常，请读者好好掌握。