《Java 简易速速上手小册》第4章：Java 中的异常处理（2024 最新版）

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文章目录

  • 4.1 异常类型和错误 - 遇见你的小怪兽
    • 4.1.1 基础知识
    • 4.1.2 重点案例：文件读取处理
    • 4.1.3 拓展案例 1：处理空指针异常
    • 4.1.4 拓展案例 2：捕获多个异常
  • 4.2 异常处理机制 - 穿上你的超级英雄斗篷
    • 4.2.1 基础知识
    • 4.2.2 重点案例：用户登录验证
    • 4.2.3 拓展案例 1：处理多个异常
    • 4.2.4 拓展案例 2：使用 finally 清理资源
  • 4.3 自定义异常 - 创造你自己的小怪兽
    • 4.3.1 基础知识
    • 4.3.2 重点案例：用户年龄验证
    • 4.3.3 拓展案例 1：账户余额不足
    • 4.3.4 拓展案例 2：数据格式验证

4.1 异常类型和错误 - 遇见你的小怪兽

在 Java 世界的深处，有两种主要的问题可能会打乱你代码的步伐：异常（Exception）和错误（Error）。这就像是你在编程道路上会遇到的两种小怪兽。让我们先来了解一下它们，然后学习如何勇敢地面对它们。

4.1.1 基础知识

  • 异常（Exception）：异常是程序运行时发生的问题，它们可能会打断程序的正常流程。Java 把异常分为两大类：

    • 检查型异常（Checked Exceptions）：这些异常必须被显式地捕获或者通过方法签名声明抛出。它们通常是外部错误，比如文件未找到或者类未找到等，我们可以预见并提前处理这些异常。
    • 非检查型异常（Unchecked Exceptions）：包括运行时异常（RuntimeException）和错误（Error）。运行时异常是编程错误，如空指针异常或数组越界。这些异常通常是可以避免的。

  • 错误（Error）：错误是指在正常程序控制范围之外的问题，通常是由 JVM 系统内部错误或资源耗尽错误（如 StackOverflowError 或 OutOfMemoryError）引起的。当发生错误时，Java 运行时环境（JRE）通常无法继续运行。

4.1.2 重点案例：文件读取处理

假设你正在编写一个程序来读取用户指定的文件，并打印其内容。这是一个典型的情景，可能会遇到 FileNotFoundException，这是一个检查型异常。

import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.util.Scanner;

public class FileReaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            File file = new File("example.txt");
            Scanner scanner = new Scanner(file);
            while (scanner.hasNextLine()) {
                String line = scanner.nextLine();
                System.out.println(line);
            }
            scanner.close();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("An error occurred: File not found.");
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4.1.3 拓展案例 1：处理空指针异常

空指针异常（NullPointerException）是最常见的运行时异常之一，通常发生在试图调用或访问 null 对象的成员时。

public class NullPointerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            String text = null;
            System.out.println(text.length());
        } catch (NullPointerException e) {
            System.out.println("Caught NullPointerException.");
        }
    }
}

4.1.4 拓展案例 2：捕获多个异常

在某些情况下，一个代码块可能会抛出多种类型的异常。Java 允许你在一个 catch 块中捕获多种类型的异常，这可以使代码更简洁。

import java.io.*;
import java.util.*;

public class MultiCatchDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            File file = new File("example.txt");
            Scanner scanner = new Scanner(file);
            System.out.println(10 / 0); // 故意制造除以零的异常
        } catch (ArithmeticException | FileNotFoundException e) {
            System.out.println("An error occurred: " + e.getMessage());
        }
    }
}

通过这些案例，我们可以看到 Java 异常处理的力量，它不仅可以帮助我们优雅地处理潜在的问题，还能确保即使在遇到异常时，我们的程序也能保持稳定运行。记住，勇敢地面对这些小怪兽，使用 Java 提供的工具来保护你的代码不受它们的影响。

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4.2 异常处理机制 - 穿上你的超级英雄斗篷

在 Java 的世界里，异常处理机制就像是给你的代码穿上了一件超级英雄斗篷。它不仅保护你的程序不受意外的干扰，还确保了程序的健壮性和可靠性。让我们深入了解这件斗篷的超能力吧！

4.2.1 基础知识

  • try-catch：try 块让你尝试执行一段可能会抛出异常的代码。如果异常发生，catch 块会捕获这个异常，让你有机会处理它。

  • finally：无论是否发生异常，finally 块中的代码都会执行。这是清理资源的理想场所，比如关闭文件流或数据库连接。

  • throw：你可以使用 throw 关键字抛出一个异常。这通常用于指示方法遇到了无法自己处理的情况。

  • throws：当你的方法可能会抛出一个检查型异常，但不打算在当前方法内处理它时，你可以在方法签名中使用 throws 关键字声明这个异常。

4.2.2 重点案例：用户登录验证

假设我们正在编写一个用户登录的功能，需要验证用户输入的用户名和密码。如果用户输入不正确，我们会抛出一个异常。

class AuthenticationException extends Exception {
    public AuthenticationException(String message) {
        super(message);
    }
}

public class Login {
    public void authenticate(String username, String password) throws AuthenticationException {
        if (!"admin".equals(username) || !"password".equals(password)) {
            throw new AuthenticationException("Invalid username or password");
        }
        System.out.println("User authenticated successfully");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Login login = new Login();
        try {
            login.authenticate("user", "1234");
        } catch (AuthenticationException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

4.2.3 拓展案例 1：处理多个异常

在实际应用中，你可能需要处理多种类型的异常。Java 允许你在一个 try 块中捕获多个异常，并分别处理它们。

public class MultiExceptionHandling {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] numbers = new int[1];
            numbers[10] = 10; // 这会抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException
            System.out.println(10 / 0); // 这会抛出 ArithmeticException
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            System.out.println("Array index is out of bounds!");
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("Cannot divide by zero!");
        }
    }
}

4.2.4 拓展案例 2：使用 finally 清理资源

在处理文件或数据库连接时，确保资源最终被关闭是非常重要的。即使发生异常，finally 块也可以保证这一点。

import java.io.*;

public class FileReading {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedReader reader = null;
        try {
            reader = new BufferedReader(new FileReader("example.txt"));
            String line = reader.readLine();
            while (line != null) {
                System.out.println(line);
                line = reader.readLine();
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("Error reading file.");
        } finally {
            try {
                if (reader != null) {
                    reader.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                System.out.println("Error closing the file.");
            }
        }
    }
}

通过这些案例，我们可以看到 Java 异常处理机制的强大之处。它不仅帮助你优雅地处理程序中的意外情况，还确保了资源的正确管理和释放。记住，掌握这些技巧，你的代码就穿上了超级英雄的斗篷，无惧任何挑战！

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4.3 自定义异常 - 创造你自己的小怪兽

在 Java 的异常处理机制中，有时预定义的异常无法完全满足我们的需求。这时，Java 给了我们一个超能力——创造自己的异常。这就像是在你的代码世界中创造一个全新的小怪兽，完全按照你的规则行动。

4.3.1 基础知识

要创建一个自定义异常，你只需要定义一个类继承自 Exception 类（对于检查型异常）或 RuntimeException 类（对于非检查型异常）。这个新类就是你的自定义异常，你可以添加任何你需要的属性或方法。

// 检查型异常示例
public class MyCheckedException extends Exception {
    public MyCheckedException(String message) {
        super(message);
    }
}

// 非检查型异常示例
public class MyUncheckedException extends RuntimeException {
    public MyUncheckedException(String message) {
        super(message);
    }
}

4.3.2 重点案例：用户年龄验证

假设我们正在编写一个应用程序，需要验证用户的年龄是否满足特定条件。如果年龄不符合要求，我们将抛出一个自定义异常。

class InvalidAgeException extends Exception {
    public InvalidAgeException(String message) {
        super(message);
    }
}

public class AgeValidator {
    public void validateAge(int age) throws InvalidAgeException {
        if (age < 18) {
            throw new InvalidAgeException("Age less than 18 is not allowed");
        } else {
            System.out.println("Age is valid");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        AgeValidator validator = new AgeValidator();
        try {
            validator.validateAge(16);
        } catch (InvalidAgeException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

4.3.3 拓展案例 1：账户余额不足

在一个银行应用程序中，当用户尝试提取超过其账户余额的金额时，我们可以抛出一个自定义异常来处理这种情况。

class InsufficientFundsException extends Exception {
    public InsufficientFundsException(String message) {
        super(message);
    }
}

public class BankAccount {
    private double balance;

    public BankAccount(double balance) {
        this.balance = balance;
    }

    public void withdraw(double amount) throws InsufficientFundsException {
        if (balance < amount) {
            throw new InsufficientFundsException("Insufficient funds for withdrawal");
        } else {
            balance -= amount;
            System.out.println("Withdrawal successful");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        BankAccount account = new BankAccount(100);
        try {
            account.withdraw(150);
        } catch (InsufficientFundsException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

4.3.4 拓展案例 2：数据格式验证

在处理用户输入或文件读取时，我们可能需要验证数据的格式。如果数据格式不正确，抛出一个自定义异常是一个很好的做法。

class InvalidFormatException extends Exception {
    public InvalidFormatException(String message) {
        super(message);
    }
}

public class DataProcessor {
    public void processData(String data) throws InvalidFormatException {
        if (!data.matches("\\d+")) { // 简单的数字格式验证
            throw new InvalidFormatException("Data format is invalid");
        } else {
            System.out.println("Processing data: " + data);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        DataProcessor processor = new DataProcessor();
        try {
            processor.processData("abc123");
        } catch (InvalidFormatException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

通过这些案例，我们看到了自定义异常如何提高程序的可读性和健壮性。它们让异常处理变得更加具体和直观，帮助其他开发者（或未来的你）快速理解代码中可能发生的问题。创造你自己的小怪兽，让它们在需要时为你服务！

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