羿先生的学习笔记[3]: Java中的异常(Exception)处理

一、什么是异常

Java中的一个异常(exception)是在程序执行中的非正常事件，使得程序无法按照正常预想的流程执行。
例如，用Java.lang中的File类打开一个文件，如果文件路径错误导致找不到文件，就会抛出一个IOException异常。又如，Integer.parseInt(String s)方法可以讲输入的字符串转化为整数，例如输入字符串"123"返回int型整数123，但如果输入的字符串不能被转化，如输入"hello",就会抛出一个NumberFormatException。
方法会抛出异常给上层调用者，供上层调用者进行处理。抛出异常是除return外的另一种退出方法的途径。例：

package test;public class Main {public static void exceptionTest() throws NumberFormatException{int a = Integer.parseInt("123");int b = Integer.parseInt("hello");}public static void main(String[] args) {exceptionTest();}
}

int b = Integer.parseInt(“hello”);语句会抛出一个NumberFormatException异常给exceptionTest()方法,exception方法不作处理抛给main()方法，main()方法也不作处理讲异常抛出致使程序异常终止。运行得到输出：

Exception in thread “main” java.lang.NumberFormatException: For input string: “hello”
at java.base/java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)
at java.base/java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:652)
at java.base/java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:770)
at person.Main.exceptionTest(Main.java:6)
at person.Main.main(Main.java:10)

可见Exception详细地指出了抛出异常的地点并描述了错误原因。

二、异常的处理：try catch finally

通常来说，像上文那样直到面向使用者的main函数也不对可能抛出的异常进行处理是极不负责的体现，通常意味着程序的健壮性不足。优秀的程序员应当能处理用户端着冲锋枪进咖啡店买股票的情况。对可能遇到的异常有两种应对方案：继续抛给上层的调用者，或是通过try catch finally捕获处理。finally并不是必须的。
我们改造一下上文的程序：

public class Main {public static void exceptionTest() throws NumberFormatException{int a = Integer.parseInt("123");int b = Integer.parseInt("hello");}public static void main(String[] args) {try {exceptionTest();} catch (NumberFormatException e){System.out.println("exception caught");} finally {System.out.println("hello!");}}
}

得到输出

exception caught
hello!

我们的程序这回没有在面向用户的时候简单粗暴地退出并输出一大堆并不是给用户看的内容。
try catch finally的语句执行流程如下：

三、自定义异常及Exception类

1.自定义异常的方法即使用

除了Java给定的一些Exception类型外，我们还可以自定义Exception类型并使用。
例如，我们写一个Person类，包含一个人的名字、年龄和性别

public class Person{private final String name;private final int age;private final Gender gender;public Person(String name, int age, Gender gender) {this.name = name;this.age = age;this.gender = gender;}
}

public enum Gender{MALE, FEMALE
}

我们现在规定：姓名只能由2-4个字的中文字符组成，年龄应在[0,100]区间内，不符合要求的抛出异常。
于是我们自定义了两个异常类，分别表示名字不符合规定和年龄不符合规定：

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

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

自定义异常需要继承Exception父类，并通常来说实现构造函数即可。
我们据此改造Person类的构造函数：

	public Person(String name, int age, Gender gender) throws NameFormatException, AgeNumberException {if(!Pattern.matches("[\\u4e00-\\u9fa5]{2,4}",name)){throw new NameFormatException("姓名应为2-4位汉字！");}if(age < 0 || age > 100){throw new AgeNumberException("年龄应在[0,100]区间内！");}this.name = name;this.age = age;this.gender = gender;}

并在main函数中测试：

    public static void main(String[] args) {System.out.println("This is a foreigner");try {Person foreigner = new Person("Tom",15,Gender.MALE);} catch (NameFormatException | AgeNumberException e) {System.out.println(e.getMessage());}System.out.println("This is a too old man");try {Person oldMan = new Person("长者",101,Gender.MALE);} catch (NameFormatException | AgeNumberException e) {System.out.println(e.getMessage());}System.out.println("This is a normal person");try {Person person = new Person("小明",18,Gender.MALE);} catch (NameFormatException | AgeNumberException e) {System.out.println(e.getMessage());}}

得到输出：

This is a foreigner
姓名应为2-4位汉字！
This is a too old man
年龄应在[0,100]区间内！
This is a normal person

2.Exception父类中的方法

Exception类继承Throwable类，定义了如下一些方法：

较为常用的方法有getMessage()和printStackTrace()，我们测试一下他们的效果：

    public static void main(String[] args) {Exception e = new NameFormatException("name format exception");System.out.println(e.getMessage());e.printStackTrace();}

得到输出

getMessage()方法的效果是返回message字符串，即我们构造函数中提供的参数；printStackTrace()方法则用System.err流输出了红色的异常信息和产生异常的位置。
我们也可以显式地指定printStackTrace()的输出流：

    public static void main(String[] args) {Exception e = new NameFormatException("name format exception");System.out.println(e.getMessage());e.printStackTrace(System.out);}

从而令printStackTrace()方法输出正常颜色的错误信息

四、使用Exception的优点

1.使程序更整洁更易懂

这里以MIT的课件为例：

2.便于处理导致程序无法继续执行的错误

例如我们现在要从文件中批量读入一些信息并用正则表达式处理成一个Person类的List，文件由若干如下格式的信息构成：

姓名：小明
年龄：18
性别：男

并且我们的程序需要能合理地处理文件中的错误。
处理文件方法声明如下：

public static List<Person> regexReadIn(String fileName)

如果我们遇到非法的信息应当如何处理？如果我们返回null的话，一是不能区分产生错误与文件内容为控的区别，二是无法分辨文件内容具体产生了何种错误。因此我们最好采用抛出不同的异常的方法。

public class RegexReadIn {private static final Pattern[] patterns = {Pattern.compile("姓名：[\\u4e00-\\u9fa5]+"),Pattern.compile("年龄：\\d+"),Pattern.compile("性别：[男女]"),};public static List<Person> regexReadIn(String fileName) throws IOException, RegexException, AgeNumberException, NameFormatException {List<Person> people = new ArrayList<>();File file = new File(fileName);int line = 0;String tempString;String name = null;int age = 0;Gender gender = null;BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(file));while ((tempString = reader.readLine()) != null){if(tempString.equals("")){continue;}Matcher matcher = patterns[line%3].matcher(tempString);if (!matcher.matches()){throw new RegexException("文件中第" + (line+1) + "行不符合格式");}switch (line%3){case 0:name = tempString.substring(3);break;case 1:age = Integer.parseInt(tempString.substring(3));break;case 2:gender = tempString.equals("性别：男") ? Gender.MALE : Gender.FEMALE;break;}line++;if(line % 3 != 0)continue;people.add(new Person(name,age,gender));}return people;}
}

并在main函数中处理异常。

    public static void main(String[] args) {try {List<Person> people = RegexReadIn.regexReadIn("src/person/file.txt");} catch (IOException | RegexException | AgeNumberException | NameFormatException e) {e.printStackTrace();}}

便于我们快速得知问题来源。