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很多事件並非總是按照人們自己設計意願順利發展的，而是有能夠出現這樣那樣的異常情況。例如：你計劃週末郊遊，你的計劃會安排滿滿的，你計劃可能是這樣的：從家裡出發→到達目的→游泳→燒烤→回家。但天有不測風雲，當前你準備燒烤時候天降大雨，你只能終止郊遊提前回家。“天降大雨”是一種異常情況，你的計劃應該考慮到這樣情況，並且應該有處理這種異常的預案。

為增強程式的健壯性，計算機程式的編寫也需要考慮處理這些異常情況，Java語言提供了異常處理功能，本章介紹Java異常處理機制。

從一個問題開始

為了學習Java異常處理機制，首先看看下面程式。

//HelloWorld.java檔案
 


package com.a51work6;

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

int a = 0;

System.out.println(5 / a);

}

}

這個程式沒有編譯錯誤，但會發生如下的執行時錯誤：

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero

at com.a51work6.HelloWorld.main(HelloWorld.java:9)
 

在數學上除數不能為0，所以程式執行時表示式（5 / a）會丟擲ArithmeticException異常，ArithmeticException是數學計算異常，凡是發生數學計算錯誤都會丟擲該異常。

程式執行過程中難免會發生異常，發生異常並不可怕，程式設計師應該考慮到有可能發生這些異常，程式設計時應該捕獲並進行處理異常，不能讓程式發生終止，這就是健壯的程式。

異常類繼承層次

異常封裝成為類Exception，此外，還有Throwable和Error類，異常類繼承層次如圖14-1所示。

Throwable類 {#throwable}

從圖14-1可見，所有的異常類都直接或間接地繼承於java.lang.Throwable類，在Throwable類有幾個非常重要的方法：

• String getMessage()：獲得發生異常的詳細訊息。
• void printStackTrace()：列印異常堆疊跟蹤資訊。
• String toString()：獲得異常物件的描述。

提示 堆疊跟蹤是方法呼叫過程的軌跡，它包含了程式執行過程中方法呼叫的順序和所在原始碼行號。

為了介紹Throwable類的使用，下面修改14.1節的示例程式碼如下：

//HelloWorld.java檔案

package com.a51work6;

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

int a = 0;

int result = divide(5, a);

System.out.printf("divide(%d, %d) = %d", 5, a, result);

}

public static int divide(int number, int divisor) {

try {

return number / divisor;

} catch (Throwable throwable) { ①

System.out.println("getMessage() : " + throwable.getMessage()); ②

System.out.println("toString() : " + throwable.toString()); ③

System.out.println("printStackTrace()輸出資訊如下：");

throwable.printStackTrace(); ④

}

return 0;

}

}

執行結果如下：

getMessage() : / by zero

toString() : java.lang.ArithmeticException: / by zero

printStackTrace()輸出資訊如下：

java.lang.ArithmeticException: / by zero

at com.a51work6.HelloWorld.divide(HelloWorld.java:17)

at com.a51work6.HelloWorld.main(HelloWorld.java:10)

divide(5, 0) = 0

將可以發生異常的語句System.out.println(5 / a)放到try-catch程式碼塊中，稱為捕獲異常，有關捕獲異常的相關知識會在下一節詳細介紹。在catch中有一個Throwable物件throwable，throwable物件是系統在程式發生異常時建立，通過throwable物件可以呼叫Throwable中定義的方法。

程式碼第②行是呼叫getMessage()方法獲得異常訊息，輸出結果是“/ by zero”。程式碼第③行是呼叫toString()方法獲得異常物件的描述，輸出結果是java.lang.ArithmeticException: / by zero。程式碼第④行是呼叫printStackTrace()方法列印異常堆疊跟蹤資訊。

提示 堆疊跟蹤資訊從下往上，是方法呼叫的順序。首先JVM呼叫是com.a51work6.HelloWorld類的main方法，接著在HelloWorld.java原始碼第10行呼叫com.a51work6.HelloWorld類的divide方法，在HelloWorld.java原始碼第17行發生了異常，最後輸出的是異常資訊。

Error和Exception {#error-exception}

從圖14-1可見，Throwable有兩個直接子類：Error和Exception。

1. Error

Error是程式無法恢復的嚴重錯誤，程式設計師根本無能為力，只能讓程式終止。例如：JVM內部錯誤、記憶體溢位和資源耗盡等嚴重情況。

2. Exception

Exception是程式可以恢復的異常，它是程式設計師所能掌控的。例如：除零異常、空指標訪問、網路連線中斷和讀取不存在的檔案等。本章所討論的異常處理就是對Exception及其子類的異常處理。

受檢查異常和執行時異常 {#-0}

從圖14-1可見，Exception類可以分為：受檢查異常和執行時異常。

1. 受檢查異常

如圖14-1所示，受檢查異常是除RuntimeException以外的異常類。它們的共同特點是：編譯器會檢查這類異常是否進行了處理，即要麼捕獲（try-catch語句），要麼不丟擲（通過在方法後宣告throws），否則會發生編譯錯誤。它們種類很多，前面遇到過的日期解析異常ParseException。

2. 執行時異常

執行時異常是繼承RuntimeException類的直接或間接子類。執行時異常往往是程式設計師所犯錯誤導致的，健壯的程式不應該發生執行時異常。它們的共同特點是：編譯器不檢查這類異常是否進行了處理，也就是對於這類異常不捕獲也不丟擲，程式也可以編譯通過。由於沒有進行異常處理，一旦執行時異常發生就會導致程式的終止，這是使用者不希望看到的。由於14.2.1節除零示例的ArithmeticException異常屬於RuntimeException異常，見圖14-1所示，可以不用加try-catch語句捕獲異常。

提示 對於執行時異常通常不採用丟擲或捕獲處理方式，而是應該提前預判，防止這種發生異常，做到未雨綢繆。例如14.2.1節除零示例，在進行除法運算之前應該判斷除數是非零的，修改示例程式碼如下，從程式碼可見提前預判這樣處理要比通過try-catch捕獲異常要友好的多。

//HelloWorld.java檔案

package com.a51work6;

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

int a = 0;

int result = divide(5, a);

System.out.printf("divide(%d, %d) = %d", 5, a, result);

}

public static int divide(int number, int divisor) {

//判斷除數divisor非零，防止執行時異常

if (divisor != 0) {

return number / divisor;

}

return 0;

}

}

除了圖14-1所示異常，還有很多異常，本書不能一一窮盡，隨著學習的深入會介紹一些常用的異常，其他異常讀者可以自己查詢API文件。

捕獲異常

在學習本內容之前，你先考慮一下，在現實生活中是如何對待領導交給你的任務呢？當然無非是兩種：自己有能解決的自己處理；自己無力解決的反饋給領導，讓領導自己處理。

那麼對待受檢查異常亦是如此。當前方法有能力解決，則捕獲異常進行處理；沒有能力解決，則丟擲給上層呼叫方法處理。如果上層呼叫方法還無力解決，則繼續拋給它的上層呼叫方法，異常就是這樣向上傳遞直到有方法處理它，如果所有的方法都沒有處理該異常，那麼JVM會終止程式執行。

這一節先介紹一下捕獲異常。

try-catch語句 {#try-catch}

捕獲異常是通過try-catch語句實現的，最基本try-catch語句語法如下：

try{

//可能會發生異常的語句

} catch(Throwable e){

//處理異常e

}

1. try程式碼塊

try程式碼塊中應該包含執行過程中可能會發生異常的語句。一條語句是否有可能發生異常，這要看語句中呼叫的方法。例如日期格式化類DateFormat的日期解析方法parse()，該方法的完整定義如下：

public Date parse(String source) throws ParseException

方法後面的throws ParseException說明：當呼叫parse()方法時有可以能產生ParseException異常。

提示 靜態方法、例項方法和構造方法都可以宣告丟擲異常，凡是丟擲異常的方法都可以通過try-catch進行捕獲，當然執行時異常可以不捕獲。一個方法宣告丟擲什麼樣的異常需要查詢API文件。

2. catch程式碼塊

每個try程式碼塊可以伴隨一個或多個catch程式碼塊，用於處理try程式碼塊中所可能發生的多種異常。catch(Throwable e)語句中的e是捕獲異常物件，e必須是Throwable的子類，異常物件e的作用域在該catch程式碼塊中。

下面看看一個try-catch示例：

//HelloWorld.java檔案

package com.a51work6;

import java.text.DateFormat;

import java.text.ParseException;

import java.text.SimpleDateFormat;

import java.util.Date;

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

Date date = readDate();

System.out.println("日期 = " + date);

}

// 解析日期

public static Date readDate() { ①

try {

String str = "2018-8-18"; //"201A-18-18"

DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");

// 從字串中解析日期

Date date = df.parse(str); ②

return date;

} catch (ParseException e) { ③

System.out.println("處理ParseException…");

e.printStackTrace(); ④

}

return null;

}

}

上述程式碼第①行定義了一個靜態方法用來將字串解析成日期，但並非所有的字串都是有效的日期字串，因此呼叫程式碼第②行的解析方法parse()有可能發生ParseException異常，ParseException是受檢查異常，在本例中使用try-catch捕獲。程式碼第③行的e就是ParseException物件。程式碼第④行e.printStackTrace()是列印異常堆疊跟蹤資訊，本例中的"2018-8-18"字串是有個有效的日期字串，因此不會發生異常。如果將字串改為無效的日期字串，如"201A-18-18"，則會列印資訊。

處理ParseException

java.text.ParseException: Unparseable date: "201A-18-18"

日期 = null

at java.text.DateFormat.parse(Unknown Source)

at com.a51work6.HelloWorld.readDate(HelloWorld.java:24)

at com.a51work6.HelloWorld.main(HelloWorld.java:13)

提示 在捕獲到異常之後，通過e.printStackTrace()語句列印異常堆疊跟蹤資訊，往往只是用於除錯，給程式設計師提示資訊。堆疊跟蹤資訊對終端使用者是沒有意義的，本例中如果出現異常很有可能是使用者輸入的日期無效，捕獲到異常之後給使用者彈出一個對話方塊，提示使用者輸入日期無效，請使用者重新輸入，使用者重新輸入後再重新呼叫上述方法。這才是捕獲異常之後的正確處理方案。

多catch程式碼塊 {#catch}

如果try程式碼塊中有很多語句會發生異常，而且發生的異常種類又很多。那麼可以在try後面跟有多個catch程式碼塊。多catch程式碼塊語法如下：

try{

//可能會發生異常的語句

} catch(Throwable e){

//處理異常e

} catch(Throwable e){

//處理異常e

} catch(Throwable e){

//處理異常e

}

在多個catch程式碼情況下，當一個catch程式碼塊捕獲到一個異常時，其他的catch程式碼塊就不再進行匹配。

注意 當捕獲的多個異常類之間存在父子關係時，捕獲異常順序與catch程式碼塊的順序有關。一般先捕獲子類，後捕獲父類，否則子類捕獲不到。

示例程式碼如下：

//HelloWorld.java檔案

package com.a51work6;

……

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

Date date = readDate();

System.out.println("讀取的日期 = " + date);

}

public static Date readDate() {

FileInputStream readfile = null;

InputStreamReader ir = null;

BufferedReader in = null;

try {

readfile = new FileInputStream("readme.txt"); ①

ir = new InputStreamReader(readfile);

in = new BufferedReader(ir);

// 讀取檔案中的一行資料

String str = in.readLine(); ②

if (str == null) {

return null;

}

DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");

Date date = df.parse(str); ③

return date;

} catch (FileNotFoundException e) { ④

System.out.println("處理FileNotFoundException...");

e.printStackTrace();

} catch (IOException e) { ⑤

System.out.println("處理IOException...");

e.printStackTrace();

} catch (ParseException e) { ⑥

System.out.println("處理ParseException...");

e.printStackTrace();

}

return null;

}

}

上述程式碼通過Java I/O（輸入輸出）流技術從檔案readme.txt中讀取字串，然後解析成為日期。由於Java I/O技術還沒有介紹，讀者先不要關注I/O技術細節，這考慮呼叫它們的方法會發生異常就可以了。

在try程式碼塊中第①行程式碼呼叫FileInputStream構造方法可以會發生FileNotFoundException異常。第②行程式碼呼叫BufferedReader輸入流的readLine()方法可以會發生IOException異常。從圖14-1可見FileNotFoundException異常是IOException異常的子類，應該先FileNotFoundException捕獲，見程式碼第④行；後捕獲IOException，見程式碼第⑤行。

如果將FileNotFoundException和IOException捕獲順序調換，程式碼如下：

try{

//可能會發生異常的語句

} catch (IOException e) {

// IOException異常處理

} catch (FileNotFoundException e) {

// FileNotFoundException異常處理

}

那麼第二個catch程式碼塊永遠不會進入，FileNotFoundException異常處理永遠不會執行。

由於上述程式碼第⑥行ParseException異常與IOException和FileNotFoundException異常沒有父子關係，捕獲ParseException異常位置可以隨意放置。

try-catch語句巢狀 {#try-catch-0}

Java提供的try-catch語句巢狀是可以任意巢狀，修改14.3.2節示例程式碼如下：

//HelloWorld.java檔案

package com.a51work6;

… …

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

Date date = readDate();

System.out.println("讀取的日期 = " + date);

}

public static Date readDate() {

FileInputStream readfile = null;

InputStreamReader ir = null;

BufferedReader in = null;

try {

readfile = new FileInputStream("readme.txt");

ir = new InputStreamReader(readfile);

in = new BufferedReader(ir);

try { ①

String str = in.readLine(); ②

if (str == null) {

return null;

}

DateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");

Date date = df.parse(str); ③

return date;

} catch (ParseException e) {

System.out.println("處理ParseException...");

e.printStackTrace();

} ④

} catch (FileNotFoundException e) { ⑤

System.out.println("處理FileNotFoundException...");

e.printStackTrace();

} catch (IOException e) { ⑥

System.out.println("處理IOException...");

e.printStackTrace();

}

return null;

}

}

上述程式碼第①~④行是捕獲ParseException異常try-catch語句，可見這個try-catch語句就是巢狀在捕獲IOException和FileNotFoundException異常的try-catch語句中。

程式執行時內層如果會發生異常，首先由內層catch進行捕獲，如果捕獲不到，則由外層catch捕獲。例如：程式碼第②行的readLine()方法可能發生IOException異常，該異常無法被內層catch捕獲，最後被程式碼第⑥行的外層catch捕獲。

注意 try-catch不僅可以巢狀在try程式碼塊中，還可以巢狀在catch程式碼塊或finally程式碼塊，finally程式碼塊後面會詳細介紹。try-catch巢狀會使程式流程變的複雜，如果能用多catch捕獲的異常，儘量不要使用try-catch巢狀。特別對於初學者不要簡單地使用Eclipse的語法提示不加區分地新增try-catch巢狀，要梳理好程式的流程再考慮try-catch巢狀的必要性。

多重捕獲 {#-0}

多catch程式碼塊客觀上提高了程式的健壯性，但是程式程式碼量大大增加。如果有些異常雖然種類不同，但捕獲之後的處理是相同的，看如下程式碼。

try{

//可能會發生異常的語句

} catch (FileNotFoundException e) {

//呼叫方法methodA處理

} catch (IOException e) {

//呼叫方法methodA處理

} catch (ParseException e) {

//呼叫方法methodA處理

}

三個不同型別的異常，要求捕獲之後的處理都是呼叫methodA方法。是否可以把這些異常合併處理，Java 7推出了多重捕獲（multi-catch）技術，可以幫助解決此類問題，上述程式碼修改如下：

try{

//可能會發生異常的語句

} catch (IOException | ParseException e) {

//呼叫方法methodA處理

}

在catch中多重捕獲異常用“|”運算子連線起來。

注意 有的讀者會問什麼不寫成FileNotFoundException | IOException | ParseException 呢？這是因為由於FileNotFoundException屬於IOException異常，IOException異常可以捕獲它的所有子類異常了。

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