Java进阶教程之异常处理
程序很难做到完美，不免有各种各样的异常。比如程序本身有bug，比如程序打印时打印机没有纸了，比如内存不足。为了解决这些异常，我们需要知道异常发生的原因。对于一些常见的异常，我们还可以提供一定的应对预案。c语言中的异常处理是简单的通过函数返回值来实现的，但返回值代表的含义往往是由惯例决定的。程序员需要查询大量的资料，才可能找到一个模糊的原因。面向对象语言，比如c++, java, python往往有更加复杂的异常处理机制。这里讨论java中的异常处理机制。
java异常处理
异常处理
java的异常处理机制很大一部分来自c++。它允许程序员跳过暂时无法处理的问题，以继续后续的开发，或者让程序根据异常做出更加聪明的处理。
java使用一些特殊的对象来代表异常状况，这样对象称为异常对象。当异常状况发生时，java会根据预先的设定，抛出(throw)代表当前状况的对象。所谓的抛出是一种特殊的返回方式。该线程会暂停，逐层退出方法调用，直到遇到异常处理器(exception handler)。异常处理器可以捕捉(catch)的异常对象，并根据对象来决定下一步的行动，比如:
提醒用户
处理异常
继续程序
退出程序
......
异常处理器看起来如下，它由try, catch, finally以及随后的程序块组成。finally不是必须的。
try {
...;
}
catch() {
...;
}
catch() {
...;
}
finally {
...;
}
这个异常处理器监视try后面的程序块。catch的括号有一个参数，代表所要捕捉的异常的类型。catch会捕捉相应的类型及其衍生类。try后面的程序块包含了针对该异常类型所要进行的操作。try所监视的程序块可能抛出不止一种类型的异常，所以一个异常处理器可以有多个catch模块。finally后面的程序块是无论是否发生异常，都要执行的程序。
我们在try中放入可能出错，需要监视的程序，在catch中设计应对异常的方案。
下面是一段使用到异常处理的部分java程序。try部分的程序是从一个文件中读取文本行。在读取文件的过程中，可能会有ioexception发生:
bufferedreader br = new bufferedreader(new filereader("file.txt"));
try {
stringbuilder sb = new stringbuilder();
string line = br.readline();
while (line != null) {
sb.append(line);
sb.append("\n");
line = br.readline();
}
string everything = sb.tostring();
}
catch(ioexception e) {
e.printstacktrace();
system.out.println("io problem");
}
finally {
br.close();
}
如果我们捕捉到ioexception类对象e的时，可以对该对象操作。比如调用对象的printstacktrace()，打印当前栈的状况。此外，我们还向中端打印了提示"io problem"。
无论是否有异常，程序最终会进入finally块中。我们在finally块中关闭文件，清空文件描述符所占据的资源。
异常的类型
java中的异常类都继承自trowable类。一个throwable类的对象都可以抛出(throw)。
橙色: unchecked; 蓝色: checked
throwable对象可以分为两组。一组是unchecked异常，异常处理机制往往不用于这组异常，包括:
1.error类通常是指java的内部错误以及如资源耗尽的错误。当error(及其衍生类)发生时，我们不能在编程层面上解决error，所以应该直接退出程序。
2.exception类有特殊的一个衍生类runtimeexception。runtimeexception(及其衍生类)是java程序自身造成的，也就是说，由于程序员在编程时犯错。runtimeexception完全可以通过修正java程序避免。比如将一个类型的对象转换成没有继承关系的另一个类型，即classcastexception。这类异常应该并且可以避免。
剩下的是checked异常。这些类是由编程与环境互动造成程序在运行时出错。比如读取文件时，由于文件本身有错误，发生ioexception。再比如网络服务器临时更改url指向，造成malformedurlexception。文件系统和网络服务器是在java环境之外的，并不是程序员所能控制的。如果程序员可以预期异常，可以利用异常处理机制来制定应对预案。比如文件出问题时，提醒系统管理员。再比如在网络服务器出现问题时，提醒用户，并等待网络服务器恢复。异常处理机制主要是用于处理这样的异常。
抛出异常
在上面的程序中，异常来自于我们对java io api的调用。我们也可以在自己的程序中抛出异常，比如下面的battery类，有充电和使用方法:
public class test
{
public static void main(string[] args)
{
battery abattery = new battery();
abattery.chargebattery(0.5);
abattery.usebattery(-0.5);
}
}
class battery
{
/**
* increase battery
*/
public void chargebattery(double p)
{
// power <= 1
if (this.power + p < 1.) {
this.power = this.power + p;
}
else {
this.power = 1.;
}
}
/**
* consume battery
*/
public boolean usebattery(double p)
{
try {
test(p);
}
catch(exception e) {
system.out.println("catch exception");
system.out.println(e.getmessage());
p = 0.0;
}
if (this.power >= p) {
this.power = this.power - p;
return true;
}
else {
this.power = 0.0;
return false;
}
}
/**
* test usage
*/
private void test(double p) throws exception // i just throw, don't handle
{
if (p < 0) {
exception e = new exception("p must be positive");
throw e;
}
}
private double power = 0.0; // percentage of battery
}
usebattery()表示使用电池操作。usebattery()方法中有一个参数，表示使用的电量。我们使用test()方法测试该参数。如果该参数为负数，那么我们认为有异常，并抛出。
在test中，当有异常发生时(p < 0)，我们创建一个exception对象e，并用一个字符串作为参数。字符串中包含有异常相关的信息，该参数不是必需的。使用throw将该exception对象抛出。
我们在usebattery()中有异常处理器。由于test()方法不直接处理它产生的异常，而是将该异常抛给上层的usebattery()，所以在test()的定义中，我们需要throws exception来说明。
(假设异常处理器并不是位于usebattery()中，而是在更上层的main()方法中，我们也要在usebattery()的定义中增加throws exception。)
在catch中，我们使用getmessage()方法提取其异常中包含的信息。上述程序的运行结果如下:
catch exception p must be positive
异常处理器中，我们会捕捉任意exception类或者其衍生类异常。这往往不利于我们识别问题，特别是一段程序可能抛出多种异常时。我们可以提供一个更加具体的类来捕捉。
自定义异常
我们可以通过继承来创建新的异常类。在继承时，我们往往需要重写构造方法。异常有两个构造方法，一个没有参数，一个有一个string参数。比如:
class batteryusageexception extends exception
{
public batteryusageexception() {}
public batteryusageexception(string msg) {
super(msg);
}
}
我们可以在衍生类中提供更多异常相关的方法和信息。
在自定义异常时，要小心选择所继承的基类。一个更具体的类要包含更多的异常信息，比如ioexception相对于exception。
总结
异常处理是在解决问题，同时也是在制造问题。大型项目中，过多、过细的异常处理往往会导致程序变得一团糟。异常处理的设计并不简单，并需要谨慎使用。