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Java编程思想学习录(连载之:异常)

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Thinking in java系列博文目录:
Java编程思想学习录(连载之:一切都是对象)
Java编程思想学习录(连载之:初始化与清理)
Java编程思想学习录(连载之:内部类)
Java编程思想学习录(连载之:异常)

本篇文章将讲述关于异常的相关知识


基本概念
  • Java使用异常来提供一致性的错误报告模型;且可集中错误处理;且任务代码与异常代码分割开来,易于理解和维护
  • 虽然异常处理理论有终止模型恢复模型两种,但恢复模型很难优雅地做到,∴并不实用,实际中大家都是转向使用终止模型代码
  • 一个异常抛出后发生的两件事:① 使用new在堆上创建异常对象;② 异常处理机制开始接管流程(当前的执行流程被终止)
  • 标准异常类均有两个ctor:① default ctor; ② 带字符串参数的ctor
  • Throwable是异常类型的根类
  • catch异常时,try中抛出的是子类异常,但catch的是基类异常也是OK,但若catch子类异常和基类异常的子句同时存在时,应将基类catch子句放在后面避免“屏蔽”现象发生

抛出异常 + 捕获异常
  • 抛出异常(throw):
if( t==null )
  throw new NullPointerException(); // 异常对象用new创建于堆上
  • 捕获异常(try+catch):
try {
  ...
} catch( Type1 id1 ) { 
  // 处理Type1类型的异常代码
} catch( Type2 id2 ) {
  // 处理Type2类型的异常代码
}
  1. 虽然上面的id1和id2在处理异常代码中可能用不到,但不能少,必须定义
  2. 异常发生时,异常机制搜寻参数与异常类型相匹配的第一个catch子句并进入

创建自定义异常

创建不带参数ctor的自定义异常类:

// 自定义异常类(default ctor)
class SimpleException extends Exception {}
------------------------------------------------------------

// 客户端代码
public class UseException {
  public void fun throws SimpleException {
    System.out.println( "Throw SimpleExcetion from fun" );
    throw new SimpleException();
  }

  public static void main( String[] args ) {
    UseException user = new UseException();
    try {
      user.fun(); 
    } catch( SimpleException e ) {
      System.out.println("Caught it !");
    }
  }
}
------------------------------------------------------------
// 输出
Throw SimpleExcetion from fun
Caught it !

创建带参数ctor的自定义异常类

// 自定义异常类(有参ctor)
class MyException extends  Exception {
  public MyException() { }
  public MyException( String msg ) { super(msg); }
}
------------------------------------------------------------

// 客户端代码
public class UseException {

  pubilc static void f() throws MyException {
    System.out.println( "Throwing MyException from f()" )
    throw new MyException();
  }
  public static void g() throws MyException {
    System.out.println( "Throwing MyException from g()" )
    throw new MyException("Originated in g()");
  }

  publib static void main( String[] args ) {
    try {
      f();
    } catch( MyException e ) {
      e.printStackTrace( System.out );
    }

    try {
      g();
    } catch( MyException e ) {
      e.printStackTrace( System.out );
    }
  }

}
------------------------------------------------------------

// 输出
Throwing MyException from f()
MyException
      at ...
      at ...
Throwing MyException from g()
MyException: Originated in g() // 此即创建异常类型时传入的String参数
      at ...
      at ...

捕获所有异常
try {
  ...
} catch( Exception e ) { // 填写异常的基类,该catch子句一般置于末尾
  ...
}

Exception类型所持有的方法:

  • String getMessage()
  • String getLocalizedMessage()
  • String toString()
  • void printStackTrace()
  • void printStackTrace( PrintStream )
  • void printStackTrace( javo.io.PrintWriter )

注意:从下往上每个方法都比前一个提供了更多的异常信息!


栈轨迹

printStackTrace()方法所提供的栈轨迹信息可以通过getStackTrace()方法来Get,举例:

try {
  throw new Exception();
} catch( Exception e ) {
  for( StackTraceElement ste : e.getStackTrace() )
    System.out.println( ste.getMethodName() );
}

这里使用getMethodName()方法来给出异常栈轨迹所经过的方法名!


重抛异常
try {
  ...
} catch( Exception e ) {
  throw e;   // 重新抛出一个异常!
}

若只是简单地将异常重新抛出,则而后用printStackTrace()显示的将是原异常抛出点的调用栈信息,而非重新抛出点的信息,欲更正该信息,可以使用fillInStackTrace()方法:

try {
  ...
} catch( Exception e ) {
  throw (Exception)e.fillInStackTrace(); // 该行就成了异常的新发生地!
}

异常链

异常链:在捕获一个异常后抛出另一个异常,并希望将原始的异常信息保存下来!

解决办法:

  1. 在异常的ctor中加入cause参数
  2. 使用initCause()方法

注意:Throwable子类中,仅三种基本的异常类提供了待cause参数的ctor(Error、Exception、RuntimeException),其余情况只能靠initCause()方法,举例:

class DynamicFieldsException extends Exception { }

public Object setField( String id, Object value ) throws DynamicFieldsException {

  if( value == null ) {
    DynamicFieldsException dfe = new DynamicFieldsException();
    dfe.initCause( new NullPointerException() ); 
    throw dfe;
  }

  Object result = null;
  try {
    result = getField(id);
  } catch( NoSuchFieldException e ) {
    throw new RuntimeException( e );
  }

}

Java标准异常

Java标准异常类体系

  • 看这个图需要明确:程序员一般关心Exception基类型的异常
  • 由图中可知,Error、RuntimeException都叫做“Unchecked Exception”,即不检查异常,程序员也无需写异常处理的代码,这种自动捕获
  • 若诸如RuntimeException这种Unchecked异常没有被捕获而直达main(),则程序在退出前将自动调用异常的printStackTrace()方法

使用finally进行清理
try {
  ...
} catch(...) {
  ...
} finally { // finally子句总是会被执行!!!
  ...
}

使用时机:

  • 当需要把内存之外的资源(如:文件句柄、网络连接、某个外部世界的开关)恢复到初始状态时!
try {
  ...
} catch(...) {
  ...
} finally { // finally子句总是会被执行!!!
  sw.off(); // 最后总是需要关掉某个开关!
}
  • 在return中使用finally
public static void func( int i ) {

  try {
    if( i==1 )
      return;
    if( i==2 )
      return;
  } finally {
    print( "Performing cleanup!" ); // 即使上面有很多return,但该句肯定被执行
  }

}

finally存在的缺憾:两种情况下的finally使用会导致异常丢失!

  • 前一个异常还未处理就抛出下一个异常
// 异常类
class VeryImportantException extends Exception {
  poublic String toString() {
    return "A verfy important exception!";
  }
}

class HoHumException extends Exception {
  public String toString() {
    return "A trivial exception!";
  }
}
------------------------------------------------------------------
// 使用异常的客户端
public class LostMessage {
  void f() throws VeryImportantException {
    throw new VeryImportantException();
  }

  void dispose() throws HoHumException {
    throw new HoHumException();
  }

  public static void main( String[] args ) {
    try {
      LostMessage lm = new LostMessage();
      try {
        lm.f();
      } finally {
        lm.dispose(); // 最后只会该异常生效,lm.f()抛出的异常丢了!
      }
    } catch( Exception e ) {
      System.out.println(e);
    }
  }
}
-----------------------------------------------------------------
// 输出
A trivial exception!
  • finally子句中的return
public static void main( String[] args ) {
  try {
    throw new RuntimeException();
  } finally {
    return; // 这将会掩盖所有的异常抛出
  }
}

继承基类、实现接口时的异常限制
// 异常类
class A extends Exception { }
class A1 extends A { }
class A2 extends A { }
class A1_1 extends A1 { }

class B extends Exception { }
class B1 extends B { }
-------------------------------------------------
// 用了异常类的基类
abstract class Base {
  public Base() throws A { }
  public void event() throws A { }                   // (1)
  public abstract void atBat throws A1, A2;
  public void walk() { }
}
-------------------------------------------------
// 用了异常类的接口
interface Interf {
  public void event() throws B1;
  public void rainHard() throws B1;
}
-------------------------------------------------
// 继承基类并实现接口的客户端类
public class Ext extends Base implements Interf {

  public Ext() throws B1, A { }            // (2)
  public Ext( String s ) throws A1, A {}   // (2)
  public void walk() throws A1_1 { }       // (3) 编译错误!
  public void rainHard() throws B1 {}      // (4)
  public void event() { }                  // (5)
  public void atBat() throws A1_1 { }      // (6)

  public static void main( String[] args ) {

    try {
      Ext ext = new Ext();
      ext.atBat();
    } catch( A1_1 e ) {
      ...
    } catch( B1 e ) {
      ...
    } catch( A e ) {
      ...
    }

    try {
      Base base = new Ext();
      ext.atBat();
    } catch( A2 e ) { // 这里的catch必须按照Base中函数的异常抛出来写
      ...
    } catch( A1 e ) {
      ...
    } catch( B1 e ) {
      ...
    } catch( A ) {
      ...
    }

  }
}

上面的例子可以总结如下:【注意对应数字标号】

  • (1) 基类的构造器或者方法声明了抛出异常,但实际上没有,这里相当于为继承类写了一个异常抛出规范,子类实现时安装这个规范来抛异常
  • (2) 从这两个ctor看出:异常限制对ctor不生效,子类ctor可以抛出任何异常而不管基类ctor所抛出的异常
  • (3) 基类函数没抛异常,派生类重写时不能瞎抛!
  • (4) 完全遵守基类的抛出,正常情况
  • (5) 基类函数抛了异常,派生类重写时不抛也是OK的
  • (6) 派生类重写基类函数时抛的异常可以是基类函数抛出异常的子类型

构造器中异常如何书写

对于在构造阶段可能会抛出异常并要求清理的类,安全的方式是使用嵌套的try子句:即在创建需要清理的对象之后,立即进入一个try-finally块,举例:

特别需要注意的是下面的例子里在ctor中对文件句柄的close应放置的合理位置!

// 需要清理的对象类
class InputFile {
  private BufferedReader in;

  InputFile( String fname ) throws Exception {  // 构造函数!
    try {
      in = new BufferedReader( new FileReader(fname) );
      // 这里放置可能抛出异常的其他代码
    } catch( FileNotFoundException e ) { // 若上面的FileReader异常,将会抛FileNotFoundException,走到这里,该分支无需in.close()的
      System.out.println( "Could not open " + fname );
      throw e;
    } catch( Exception e ) {
      // 走到这里其实说明in对象已经构建成功,这里是必须in.close()的
      try {
        in.close();   // 注意此处关闭动作单独用try进行保障
      } catch( IOException e2 ) {
        System.out.println("in.close() unsuccessful");
      }
      throw e;
    } finally {
      // 注意in.close() 不要在此处关闭,因为try中假如BufferedReader构造失败,此时in对象未生成成功,是无需close()一说的!
    }
  }

  String getLine() {
    String s;
    try {
      s = in.readLine();
    } catch( IOException e ) {
      System.out.println( "readLine() unsuccessful!" );
      s = "failed";
    }
    return s;
  }

  void cleanup() {  // 提供手动的关闭文件句柄的操作函数
    try {
      in.close();
    } catch( IOException e ) {
      System.out.println( "in.close() failed !" );
    }
  }

}
----------------------------------------------------
// 客户端代码
public class Cleanup {

  public static void main( String[] args ) {

    try {
      InputFile in = new InputFile( "Cleanup.java" );
      try { // 上面InputFile构造完成以后立即进入该try-finally子句!
        String s = "";
        int i = 1;
        while( (s = in.getLine()) != null )
          System.out.println(""+ i++ + ": " + s);
      } catch( Exception e ) {
        e.printStackTrace( System.out );
      } finally {  // 该finally一定确保in能正常cleanup()!
        in.cleanup();
      } 
    } catch( Exception e ) {
      System.out.println( "InputFile ctor failed!" );
    }

  } // end main()
}
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