之前我們介紹的基本類型、類、接口、枚舉都是在表示和操作數據，操作的過程中可能有很多出錯的情況，出錯的原因可能是多方面的，有的是不可控的內部原因，比如內存不夠了、磁盤滿了，有的是不可控的外部原因，比如網絡連接有問題，更多的可能是程序的編程錯誤，比如引用變量未初始化就直接調用實例方法。
這些非正常情況在Java中統一被認為是異常，Java使用異常機制來統一處理，由於內容較多，我們分為兩節來介紹，本節介紹異常的初步概念，以及異常類本身，下節主要介紹異常的處理。
我們先來通過一些例子認識一下異常。
初始異常
NullPointerException (空指針異常)
我們來看段代碼：
public class ExceptionTest {
public static void main(String[] args) {
String s = null;
s.indexOf("a");
System.out.println("end");
}
}
變量s沒有初始化就調用其實例方法indexOf，運行，屏幕輸出為：
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at ExceptionTest.main(ExceptionTest.java:5)
輸出是告訴我們：在ExceptionTest類的main函數中，代碼第5行，出現了空指針異常(java.lang.NullPointerException)。
但，具體發生了什麼呢？當執行s.indexOf("a")的時候，Java系統發現s的值為null，沒有辦法繼續執行了，這時就啟用異常處理機制，首先創建一個異常對象，這裡是類NullPointerException的對象，然後查找看誰能處理這個異常，在示例代碼中，沒有代碼能處理這個異常，Java就啟用默認處理機制，那就是打印異常棧信息到屏幕，並退出程序。
在介紹函數調用原理的時候，我們介紹過棧，異常棧信息就包括了從異常發生點到最上層調用者的軌跡，還包括行號，可以說，這個棧信息是分析異常最為重要的信息。
Java的默認異常處理機制是退出程序，異常發生點後的代碼都不會執行，所以示例代碼中最後一行System.out.println("end")不會執行。
NumberFormatException (數字格式異常)
我們再來看一個例子，代碼如下：
public class ExceptionTest {
public static void main(String[] args) {
if(args.length<1){
System.out.println("請輸入數字");
return;
}
int num = Integer.parseInt(args[0]);
System.out.println(num);
}
}
args表示命令行參數，這段代碼要求參數為一個數字，它通過Integer.parseInt將參數轉換為一個整數，並輸出這個整數。參數是用戶輸入的，我們沒有辦法強制用戶輸入什麼，如果用戶輸的是數字，比如123，屏幕會輸出123，但如果用戶輸的不是數字，比如abc，屏幕會輸出：
Exception in thread "main" java.lang.NumberFormatException: For input string: "abc"
at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)
at java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:492)
at java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:527)
at ExceptionTest.main(ExceptionTest.java:7)
出現了異常NumberFormatException。這個異常是怎麼產生的呢？根據異常棧信息，我們看相關代碼：
這是NumberFormatException類65行附近代碼：
64 static NumberFormatException forInputString(String s) {
65 return new NumberFormatException("For input string: \"" + s + "\"");
66 }
這是Integer類492行附近代碼：
490 digit = Character.digit(s.charAt(i++),radix);
491 if (digit < 0) {
492 throw NumberFormatException.forInputString(s);
493 }
494 if (result < multmin) {
495 throw NumberFormatException.forInputString(s);
496 }
將這兩處合為一行，主要代碼就是：
throw new NumberFormatException(...)
new NumberFormatException(...)是我們容易理解的，就是創建了一個類的對象，只是這個類是一個異常類。throw是什麼意思呢？就是拋出異常，它會觸發Java的異常處理機制。在之前的空指針異常中，我們沒有看到throw的代碼，可以認為throw是由Java虛擬機自己實現的。
throw關鍵字可以與return關鍵字進行對比，return代表正常退出，throw代表異常退出，return的返回位置是確定的，就是上一級調用者，而throw後執行哪行代碼則經常是不確定的，由異常處理機制動態確定。
異常處理機制會從當前函數開始查找看誰"捕獲"了這個異常，當前函數沒有就查看上一層，直到主函數，如果主函數也沒有，就使用默認機制，即輸出異常棧信息並退出，這正是我們在屏幕輸出中看到的。
對於屏幕輸出中的異常棧信息，程序員是可以理解的，但普通用戶無法理解，也不知道該怎麼辦，我們需要給用戶一個更為友好的信息，告訴用戶，他應該輸入的是數字，要做到這一點，我們需要自己"捕獲"異常。
"捕獲"是指使用try/catch關鍵字，我們看捕獲異常後的示例代碼：
public class ExceptionTest {
public static void main(String[] args) {
if(args.length<1){
System.out.println("請輸入數字");
return;
}
try{
int num = Integer.parseInt(args[0]);
System.out.println(num);
}catch(NumberFormatException e){
System.err.println("參數"+args[0]
+"不是有效的數字，請輸入數字");
}
}
}
我們使用try/catch捕獲並處理了異常，try後面的大括號{}內包含可能拋出異常的代碼，括號後的catch語句包含能捕獲的異常和處理代碼，catch後面括號內是異常信息，包括異常類型和變量名，這裡是NumberFormatException e，通過它可以獲取更多異常信息，大括號{}內是處理代碼，這裡輸出了一個更為友好的提示信息。
捕獲異常後，程序就不會異常退出了，但try語句內異常點之後的其他代碼就不會執行了，執行完catch內的語句後，程序會繼續執行catch大括號外的代碼。
這樣，我們就對異常有了一個初步的了解，異常是相對於return的一種退出機制，可以由系統觸發，也可以由程序通過throw語句觸發，異常可以通過try/catch語句進行捕獲並處理，如果沒有捕獲，則會導致程序退出並輸出異常棧信息。異常有不同的類型，接下來，我們來認識一下。
異常類
Throwable
NullPointerException和NumberFormatException都是異常類，所有異常類都有一個共同的父類Throwable，它有4個public構造方法：
有兩個主要參數，一個是message，表示異常消息，另一個是cause，表示觸發該異常的其他異常。異常可以形成一個異常鏈，上層的異常由底層異常觸發，cause表示底層異常。
Throwable還有一個public方法用於設置cause：
Throwable initCause(Throwable cause)
Throwable的某些子類沒有帶cause參數的構造方法，就可以通過這個方法來設置，這個方法最多只能被調用一次。
所有構造方法中都有一句重要的函數調用：
fillInStackTrace();
它會將異常棧信息保存下來，這是我們能看到異常棧的關鍵。
Throwable有一些常用方法用於獲取異常信息：
void printStackTrace()
打印異常棧信息到標准錯誤輸出流，它還有兩個重載的方法：
void printStackTrace(PrintStream s) void printStackTrace(PrintWriter s)
打印棧信息到指定的流，關於PrintStream和PrintWriter我們後續文章介紹。
String getMessage() Throwable getCause()
獲取設置的異常message和cause
StackTraceElement[] getStackTrace()
獲取異常棧每一層的信息，每個StackTraceElement包括文件名、類名、函數名、行號等信息。
異常類體系
以Throwable為根，Java API中定義了非常多的異常類，表示各種類型的異常，部分類示意如下：
Throwable是所有異常的基類，它有兩個子類Error和Exception。
Error表示系統錯誤或資源耗盡，由Java系統自己使用，應用程序不應拋出和處理，比如圖中列出的虛擬機錯誤(VirtualMacheError)及其子類內存溢出錯誤(OutOfMemoryError)和棧溢出錯誤(StackOverflowError)。
Exception表示應用程序錯誤，它有很多子類，應用程序也可以通過繼承Exception或其子類創建自定義異常，圖中列出了三個直接子類：IOException(輸入輸出I/O異常)，SQLException(數據庫SQL異常)，RuntimeException(運行時異常)。
RuntimeException(運行時異常)比較特殊，它的名字有點誤導，因為其他異常也是運行時產生的，它表示的實際含義是unchecked exception (未受檢異常)，相對而言，Exception的其他子類和Exception自身則是checked exception (受檢異常)，Error及其子類也是unchecked exception。
checked還是unchecked，區別在於Java如何處理這兩種異常，對於checked異常，Java會強制要求程序員進行處理，否則會有編譯錯誤，而對於unchecked異常則沒有這個要求。下節我們會進一步解釋。
RuntimeException也有很多子類，下表列出了其中常見的一些：
異常 說明 NullPointerException 空指針異常 IllegalStateException 非法狀態 ClassCastException 非法強制類型轉換 IllegalArgumentException 參數錯誤 NumberFormatException 數字格式錯誤 IndexOutOfBoundsException 索引越界 ArrayIndexOutOfBoundsException 數組索引越界 StringIndexOutOfBoundsException 字符串索引越界這麼多不同的異常類其實並沒有比Throwable這個基類多多少屬性和方法，大部分類在繼承父類後只是定義了幾個構造方法，這些構造方法也只是調用了父類的構造方法，並沒有額外的操作。
那為什麼定義這麼多不同的類呢？主要是為了名字不同，異常類的名字本身就代表了異常的關鍵信息，無論是拋出還是捕獲異常時，使用合適的名字都有助於代碼的可讀性和可維護性。
自定義異常
除了Java API中定義的異常類，我們也可以自己定義異常類，一般通過繼承Exception或者它的某個子類，如果父類是RuntimeException或它的某個子類，則自定義異常也是unchecked exception，如果是Exception或Exception的其他子類，則自定義異常是checked exception。
我們通過繼承Exception來定義一個異常，代碼如下：
public class AppException extends Exception {
public AppException() {
super();
}
public AppException(String message,
Throwable cause) {
super(message, cause);
}
public AppException(String message) {
super(message);
}
public AppException(Throwable cause) {
super(cause);
}
}
和很多其他異常類一樣，我們沒有定義額外的屬性和代碼，只是繼承了Exception，定義了構造方法並調用了父類的構造方法。
小結
本節，我們通過兩個例子對異常做了基本介紹，介紹了try/catch和throw關鍵字及其含義，同時介紹了Throwable以及以它為根的異常類體系。
下一節，讓我們進一步探討異常。
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