异常 - 异常捕获与处理

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2023-12-01

本节介绍如何使用三个异常处理程序组件（try、catch 和 finally）来编写异常处理程序。然后，介绍了 Java SE 7中引入的 try-with-resources 语句。 try-with-resources 语句特别适合于使用Closeable的资源（例如流）的情况。

本节的最后一部分将通过一个示例来分析在各种情况下发生的情况。

以下示例定义并实现了一个名为ListOfNumbers的类。构造时，ListOfNumbers 创建一个ArrayList，其中包含10个序列值为0到9的整数元素。ListOfNumbers类还定义了一个名为writeList的方法，该方法将数列表写入一个名为OutFile.txt的文本文件中。此示例使用在java.io中定义的输出类，这些类包含在基本I/O中。

// Note: This class will not compile yet.
import java.io.*;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
public class ListOfNumbers {
    private List<Integer> list;
    private static final int SIZE = 10;
    public ListOfNumbers () {
        list = new ArrayList<Integer>(SIZE);
        for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
            list.add(new Integer(i));
        }
    }
    public void writeList() {
    // The FileWriter constructor throws IOException, which must be caught.
        PrintWriter out = new PrintWriter(new FileWriter("OutFile.txt"));
        for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
            // The get(int) method throws IndexOutOfBoundsException, which must be caught.
            out.println("Value at: " + i + " = " + list.get(i));
        }
        out.close();
    }
}

构造函数 FileWriter 初始化文件上的输出流。如果文件无法打开，构造函数会抛出一个IOException异常。第二个对ArrayList类的get方法的调用，如果其参数的值太小（小于0）或太大（超过ArrayList当前包含的元素数量），它将抛出 IndexOutOfBoundsException。

如果尝试编译ListOfNumbers类，则编译器将打印有关FileWriter构造函数抛出的异常的错误消息。但是，它不显示有关get抛出的异常的错误消息。原因是构造函数IOException抛出的异常是一个检查异常，而get方法IndexOutOfBoundsException抛出的异常是未检查的异常。

现在，我们已经熟悉ListOfNumbers类，并且知道了其中那些地方可能抛出异常。下一步我们就可以编写异常处理程序来捕获和处理这些异常。

try块

构造异常处理程序的第一步是封装可能在try块中抛出异常的代码。一般来说，try块看起来像下面这样：

try {
    code
}
catch and finally blocks . . .

示例标记 code 中的段可以包含一个或多个可能抛出的异常。

每行可能抛出异常的代码都可以用单独的一个 try 块，或者多个异常放置在一个 try 块中。以下示例由于非常简短，所有使用一个try块。

private List<Integer> list;
private static final int SIZE = 10;
public void writeList() {
    PrintWriter out = null;
    try {
        System.out.println("Entered try statement");
        out = new PrintWriter(new FileWriter("OutFile.txt"));
        for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
            out.println("Value at: " + i + " = " + list.get(i));
        }
    }
    catch and finally blocks  . . .
}

如果在try块中发生异常，那么该异常由与其相关联的异常处理程序将会进行处理。要将异常处理程序与try块关联，必须在其后面放置一个catch块。

catch块

通过在try块之后直接提供一个或多个catch块，可以将异常处理程序与try块关联。在try块的结尾和第一个catch块的开始之间没有代码。

try {
} catch (ExceptionType name) {
} catch (ExceptionType name) {
}

每个catch块是一个异常处理程序，处理由其参数指示的异常类型。参数类型ExceptionType声明了处理程序可以处理的异常类型，并且必须是从Throwable类继承的类的名称。处理程序可以使用名称引用异常。

catch块包含了在调用异常处理程序时执行的代码。当处理程序是调用堆栈中第一个与ExceptionType匹配的异常抛出的类型时，运行时系统将调用异常处理程序。如果抛出的对象可以合法地分配给异常处理程序的参数，则系统认为它是匹配。

以下是writeList方法的两个异常处理程序：

try {
} catch (IndexOutOfBoundsException e) {
    System.err.println("IndexOutOfBoundsException: " + e.getMessage());
} catch (IOException e) {
    System.err.println("Caught IOException: " + e.getMessage());
}

异常处理程序可以做的不仅仅是打印错误消息或停止程序。它们可以执行错误恢复，提示用户做出决定，或者使用异常链将错误传播到更高级别的处理程序，如“异常链”部分所述。

在一个异常处理程序中处理多个类型的异常

在Java SE 7和更高版本中，单个catch块可以处理多种类型的异常。此功能可以减少代码重复，并减少定义过于宽泛的异常。

在catch子句中，多个类型的异常使用竖线（|）分隔每个异常类型：

catch (IOException|SQLException ex) {
    logger.log(ex);
    throw ex;
}

注意：如果catch块处理多个异常类型，则catch参数将隐式为final。在本示例中，catch参数ex是final，因此您不能在catch块中为其分配任何值。

finally 块

finally块总是在try块退出时执行。这确保即使发生意外异常也会执行finally块。但 finally 的用处不仅仅是异常处理 - 它允许程序员避免清理代码意外绕过 return、continue 或 break 。将清理代码放在finally块中总是一个好的做法，即使没有预期的异常。

注意：如果在执行try或catch代码时JVM退出，则finally块可能无法执行。同样，如果执行try或catch代码的线程被中断或杀死，则finally块可能不执行，即使应用程序作为一个整体继续。

writeList方法的try块打开一个PrintWriter。程序应该在退出writeList方法之前关闭该流。这提出了一个有点复杂的问题，因为writeList的try块可以以三种方式中的一种退出。

new FileWriter语句失败并抛出IOException。
list.get(i)语句失败，并抛出IndexOutOfBoundsException。
一切成功，try块正常退出。

运行时系统总是执行finally块内的语句，而不管try块内发生了什么。所以它是执行清理的完美场所。

下面的finally块为writeList方法清理，然后关闭PrintWriter。

finally {
    if (out != null) { 
        System.out.println("Closing PrintWriter");
        out.close(); 
    } else { 
        System.out.println("PrintWriter not open");
    } 
}

重要：finally块是防止资源泄漏的关键工具。当关闭文件或恢复资源时，将代码放在finally块中，以确保资源始终恢复。

考虑在这些情况下使用try-with-resources语句，当不再需要时自动释放系统资源。

源码

本章例子的源码，可以在 https://github.com/waylau/essential-java 中 com.waylau.essentialjava.exception 包下找到。

try-with-resources 语句

try-with-resources 是 JDK 7 中一个新的异常处理机制，它能够很容易地关闭在 try-catch 语句块中使用的资源。所谓的资源（resource）是指在程序完成后，必须关闭的对象。try-with-resources 语句确保了每个资源在语句结束时关闭。所有实现了 java.lang.AutoCloseable 接口（其中，它包括实现了 java.io.Closeable 的所有对象），可以使用作为资源。

例如，我们自定义一个资源类

public class Demo {    
    public static void main(String[] args) {
        try(Resource res = new Resource()) {
            res.doSome();
        } catch(Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}
class Resource implements AutoCloseable {
    void doSome() {
        System.out.println("do something");
    }
    @Override
    public void close() throws Exception {
        System.out.println("resource is closed");
    }
}

执行输出如下：

do something
resource is closed

可以看到，资源终止被自动关闭了。

再来看一个例子，是同时关闭多个资源的情况：

public class Main2 {    
    public static void main(String[] args) {
        try(ResourceSome some = new ResourceSome();
             ResourceOther other = new ResourceOther()) {
            some.doSome();
            other.doOther();
        } catch(Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }
}
class ResourceSome implements AutoCloseable {
    void doSome() {
        System.out.println("do something");
    }
    @Override
    public void close() throws Exception {
        System.out.println("some resource is closed");
    }
}
class ResourceOther implements AutoCloseable {
    void doOther() {
        System.out.println("do other things");
    }
    @Override
    public void close() throws Exception {
        System.out.println("other resource is closed");
    }
}

最终输出为：

do something
do other things
other resource is closed
some resource is closed

在 try 语句中越是最后使用的资源，越是最早被关闭。

try-with-resources 在 JDK 9 中的改进

作为 Milling Project Coin 的一部分, try-with-resources 声明在 JDK 9 已得到改进。如果你已经有一个资源是 final 或等效于 final 变量,您可以在 try-with-resources 语句中使用该变量，而无需在 try-with-resources 语句中声明一个新变量。

例如,给定资源的声明

// A final resource
final Resource resource1 = new Resource("resource1");
// An effectively final resource
Resource resource2 = new Resource("resource2");

老方法编写代码来管理这些资源是类似的:

// Original try-with-resources statement from JDK 7 or 8
try (Resource r1 = resource1;
     Resource r2 = resource2) {
    // Use of resource1 and resource 2 through r1 and r2.
}

而新方法可以是

// New and improved try-with-resources statement in JDK 9
try (resource1;
     resource2) {
    // Use of resource1 and resource 2.
}

看上去简洁很多吧。对 Java 未来的发展信心满满。

愿意尝试 JDK 9 这种新语言特性的可以下载使用 JDK 9 快照。Enjoy!

源码

本章例子的源码，可以在 https://github.com/waylau/essential-java 中 com.waylau.essentialjava.exception.trywithresources 包下找到。