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异常处理的基本概念

在Java编程中,异常是指在程序运行过程中发生的非正常事件，它会打断程序的正常执行流程，Java通过异常处理机制来管理这些错误情况，确保程序在遇到异常时能够优雅地处理，而不是直接崩溃，异常处理的核心思想是将“错误检测”与“错误处理”分离，提高代码的可读性和可维护性。

Java中的所有异常类都继承自java.lang.Throwable类，它有两个主要的子类：Error和Exception。Error通常表示严重的系统错误，如内存溢出（OutOfMemoryError），这类错误一般无法通过代码恢复；而Exception则表示程序可以捕获并处理的异常，如文件未找到（FileNotFoundException）、空指针异常（NullPointerException）等，根据是否在编译时被检查，Exception又分为受检异常（Checked Exception）和非受检异常（Unchecked Exception），受检异常需要在代码中显式处理，否则编译器会报错；非受检异常包括运行时异常（如RuntimeException）和错误，通常由程序逻辑错误引起，编译器不强制要求处理。

使用try-catch语句捕获异常

捕获异常是Java中最基本的异常处理方式,通过try-catch语句块实现。try块中包含可能抛出异常的代码，而catch块则用于捕获并处理特定类型的异常，基本语法如下：

try {
    // 可能抛出异常的代码
} catch (ExceptionType1 e1) {
    // 处理ExceptionType1异常的代码
} catch (ExceptionType2 e2) {
    // 处理ExceptionType2异常的代码
} finally {
    // 无论是否发生异常，都会执行的代码
}

示例：捕获文件读取异常

假设需要读取一个文件,但文件可能不存在或无法访问，此时可以使用try-catch捕获FileNotFoundException和IOException：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class FileReadExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream("example.txt");
            int data = fis.read();
            System.out.println("读取到的数据: " + data);
            fis.close();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.err.println("文件未找到: " + e.getMessage());
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("读取文件时发生IO异常: " + e.getMessage());
        }
    }
}

多个catch块的顺序

当try块中可能抛出多种异常时，catch块的顺序需要遵循“子类异常优先于父类异常”的原则。FileNotFoundException是IOException的子类，必须先捕获FileNotFoundException，再捕获IOException，否则编译器会提示“已捕获的异常永远不会抛出”。

使用throws关键字声明异常

在某些情况下,方法本身不希望处理异常，而是希望调用者负责处理，此时可以使用throws关键字在方法签名中声明可能抛出的受检异常，告知调用者该方法需要处理这些异常。

示例：方法声明异常

假设有一个方法用于读取文件内容,但可能抛出IOException，可以在方法签名中使用throws：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class FileReaderUtil {
    public static String readFileContent(String filePath) throws IOException {
        FileInputStream fis = new FileInputStream(filePath);
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int bytesRead = fis.read(buffer);
        fis.close();
        return new String(buffer, 0, bytesRead);
    }
    public static void main(String[] args) {
        try {
            String content = readFileContent("example.txt");
            System.out.println("文件内容: " + content);
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("调用readFileContent方法时发生异常: " + e.getMessage());
        }
    }
}

注意事项

• throws只能用于声明受检异常，非受检异常（如RuntimeException）不需要声明。
• 如果方法重写了父类的方法,子类方法的throws声明的异常不能比父类方法更宽泛（即不能抛出父类方法未声明的受检异常）。

使用throw关键字手动抛出异常

除了Java虚拟机自动抛出异常外,程序员还可以根据业务逻辑手动抛出异常，使用throw关键字。throw用于抛出一个Throwable对象，通常用于验证输入参数或满足特定条件时中断程序执行。

示例：手动抛出异常

假设有一个方法用于计算两个整数的商,如果除数为0，则手动抛出ArithmeticException：

public class DivisionCalculator {
    public static double divide(int a, int b) {
        if (b == 0) {
            throw new ArithmeticException("除数不能为0");
        }
        return (double) a / b;
    }
    public static void main(String[] args) {
        try {
            double result = divide(10, 0);
            System.out.println("计算结果: " + result);
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.err.println("计算错误: " + e.getMessage());
        }
    }
}

自定义异常

除了使用Java内置的异常类,还可以自定义异常类，继承自Exception或RuntimeException，自定义异常通常用于更精确地描述业务逻辑中的错误。

// 自定义异常类
class InsufficientBalanceException extends Exception {
    public InsufficientBalanceException(String message) {
        super(message);
    }
}
public class BankAccount {
    private double balance;
    public BankAccount(double balance) {
        this.balance = balance;
    }
    public void withdraw(double amount) throws InsufficientBalanceException {
        if (amount > balance) {
            throw new InsufficientBalanceException("余额不足，当前余额: " + balance);
        }
        balance -= amount;
        System.out.println("取款成功，剩余余额: " + balance);
    }
    public static void main(String[] args) {
        BankAccount account = new BankAccount(1000);
        try {
            account.withdraw(1500);
        } catch (InsufficientBalanceException e) {
            System.err.println("取款失败: " + e.getMessage());
        }
    }
}

异常处理的最佳实践

不要过度使用异常

异常处理是有成本的,包括创建异常对象、堆栈跟踪等操作，不要将异常用于正常的流程控制（如使用异常代替条件判断）。

捕获具体的异常类型

避免使用catch (Exception e)捕获所有异常，这样会隐藏具体的错误信息，且难以针对不同异常采取不同的处理措施。

在finally块中释放资源

如果try块中打开了文件、数据库连接等资源，应在finally块中关闭它们，确保资源能够被及时释放，避免资源泄漏，Java 7引入的try-with-resources语句可以更优雅地实现这一点：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class TryWithResourcesExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("example.txt"))) {
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("读取文件时发生异常: " + e.getMessage());
        }
    }
}

记录异常信息

在生产环境中,应将异常信息记录到日志文件或日志系统中，便于后续排查问题，可以使用java.util.logging、Log4j或SLF4J等日志框架。

提供有意义的异常信息

异常信息应清晰描述错误原因,避免使用模糊的描述（如“Error occurred”），在捕获NullPointerException时，可以记录具体是哪个对象为空。

Java异常处理是保证程序健壮性的重要机制,通过合理使用try-catch、throws和throw关键字，结合自定义异常和最佳实践，可以有效管理程序运行中的错误情况，提高代码的可读性和可维护性，在实际开发中，应根据业务需求选择合适的异常处理方式，避免过度依赖或滥用异常，确保程序在遇到异常时能够优雅地恢复或终止。