Java语言程序设计——篇十二

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异常处理

• 主要内容
• • 1️⃣异常与异常类
  • • 异常
    • 异常类
  • 2️⃣异常处理
  • • 异常的抛出与捕获
    • try-catch-finally语句
    • 用catch捕获多个异常
    • 声明方法抛出异常
    • 用throw语句抛出异常
    • 使用try-with-resources语句
    • • 实战演练
  • 3️⃣自定义异常
  • • • 实战演练
  • 4️⃣断言
  • • 使用断言
    • 开启和关闭断言
    • 何时使用断言
    • • 断言示例

主要内容

1️⃣异常与异常类（异常是什么？Java内部提供了哪些异常类）

2️⃣异常处理（如何处理异常？）

3️⃣自定义异常类（用户自己如何定义异常类？）

4️⃣ 断言（高级的异常处理形式）

1️⃣异常与异常类

异常

• 异常（exception）是在程序运行过程中产生的使程序终止正常运行的错误对象。
• 如数组下标越界、整数除法中零作除数、文件找不到等都可能使程序终止运行。

异常类

• Java定义了多种异常类。都是java.lang.Throwable类的子类，它是Object类的直接子类。
• Throwable类有两个子类
  ① Error类
  ② Exception类
  
  

2️⃣异常处理

异常的抛出与捕获

• 方法运行过程中如果产生了异常，在这个方法中就生成一个代表该异常类的对象，并把它交给运行时系统，运行时系统寻找相应的代码来处理该异常。这个过程称为抛出异常。
• 运行时系统在方法的调用栈中查找，从产生异常的方法开始进行回溯，直到找到包含相应异常处理的方法为止，这一过程称为捕获异常。
• 方法调用与回溯如图所示。
  

try-catch-finally语句

try{
     // 需要处理的代码
} catch (ExceptionType1 exceptionObject){
    // 异常处理代码
}[catch (ExceptionType2 exceptionObject){
    // 异常处理代码
}
finally{
    // 最后处理代码
} ]

用catch捕获多个异常

• 如果在多个catch块捕获的异常**使用相同的代码处理，**则可以仅用一个catch块处理，而不必单独捕获每个异常，这就减少了代码重复。
• 要在一个catch语句中处理多个异常，需要使用"或"运算符（|）分隔多个异常。

声明方法抛出异常

• 有时方法中产生的异常不需要在该方法中处理，可能需要由该方法的调用方法处理，这时可以在声明方法时用throws子句声明抛出异常，将异常传递给调用该方法的方法处理。

 returnType methodName([paramlist]) 
                 throws ExceptionList{
         // 方法体
   } 

用throw语句抛出异常

• 可以创建一个异常对象，然后用throw语句抛出，或者将捕获到的异常对象用throw语句再次抛出，throw语句的格式如下：

  throw  exceptInstance;

使用try-with-resources语句

• 在JDK 7之前，通常使用finally语句确保调用close()方法：

 try{
          // 打开资源
  }catch(Exception e){
        // 处理异常
  }finally{
        // 关闭资源
  }

实战演练

下面是打开一个数据库连接的典型代码：

Connection connection = null;
try{
    // 创建连接对象并执行操作
}catch(Exception e){
   // 处理异常
}finally{
   if(connection!=null){
     try{
         connection.close();
     }catch(SQLException e){  // 处理异常  }
   }
}   

• JDK 7提供的自动关闭资源的功能为管理资源（如文件流、数据库连接等）提供了一种更加简便的方式。这种功能是通过一种新的try语句实现的，叫try-with-resources，有时称为自动资源管理。
• try-with-resources的主要好处是可以避免在资源（如文件流）不需要时忘记将其关闭。
• try-with-resources语句的基本形式如下：

try(
        声明和创建某种资源 )//（只有实现了java.lang.AutoCloseable接口的那些资源才可自动关闭。）
{
     // 使用资源
}
 [catch(Exception  e){}]
 [finally{ 
 }]

3️⃣自定义异常

• 编写自定义异常类实际上是继承一个标准异常类，通常继承Exception类，如下所示：

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

实战演练

问题描述:

程序中需要验证用户输入的数据值必须是正值。如果用户提供的是负值，程序抛出异常。

编写一个自定义异常类NegativeValueException，负值异常。

// 自定义运行时异常类 NegativeValueException  
public class NegativeValueException extends RuntimeException {  
  
    // 可以添加一个无参构造器  
    public NegativeValueException() {  
        super("输入值不能为负！");  
    }  
  
    // 也可以添加一个带有详细错误信息的构造器  
    public NegativeValueException(String message) {  
        super(message);  
    }  
  
    // 还可以添加一个带有错误信息和原因的构造器  
    public NegativeValueException(String message, Throwable cause) {  
        super(message, cause);  
    }  
  
    // 还可以添加一个带有原因的构造器  
    public NegativeValueException(Throwable cause) {  
        super(cause);  
    }  
  
    // 根据需要，你也可以添加更多的构造器或方法  
}

然后，你可以在你的程序中使用这个异常类来验证用户输入的值。下面是一个简单的示例，展示了如何在用户输入负值时抛出NegativeValueException：

import java.util.Scanner;  
  
public class Main {  
    public static void main(String[] args) {  
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);  
  
        System.out.print("请输入一个正数: ");  
        double input = scanner.nextDouble();  
  
        try {  
            validatePositive(input);  
            System.out.println("输入有效，您输入的是: " + input);  
        } catch (NegativeValueException e) {  
            System.out.println(e.getMessage());  
        }  
  
        scanner.close();  
    }  
  
    // 验证输入是否为正数  
    public static void validatePositive(double number) throws NegativeValueException {  
        if (number < 0) {  
            throw new NegativeValueException("您输入了一个负数！");  
        }  
    }  
}

在这个示例中，validatePositive方法用于检查用户输入的值是否为正数。如果输入的是负数，它将抛出一个NegativeValueException。在main方法中，通过try-catch块捕获并处理这个异常。如果用户输入了负数，程序将输出错误消息而不是崩溃。

4️⃣断言

使用断言

• 所谓断言（assertion）是一个Java语句，其中指定一个布尔表达式，程序员认为在程序执行时该表达式的值应该为true。
• 程序通过计算该布尔表达式执行断言，若该表达式为false程序会报告一个错误。通过验证断言是true，能够使程序员确信程序的正确性。
• 断言是通过assert关键字来声明的，断言的使用有两种格式：

assert expression ;//如果该表达式值为false，抛出AssertionError异常
assert expression : detailMessage ;

开启和关闭断言

• 编译带有断言的程序与一般程序相同。默认情况下，断言在运行时是关闭的，要开启断言功能，在运行程序时需要使用 --enableassertions或-ea选项，例如：

D:\study>java --ea AssertionDemo

• 在Eclipse中要开启断言，按下列步骤操作：
  Run→ Run Configurations → 选择Arguments选项卡
  → Arguments文本框中输入--enableassertions 或-ea 然后执行程序

  何时使用断言

• 通常来说，断言用于检查一些关键的值，并且这些值对整个应用程序或局部功能的实现有较大影响，并且当断言失败，这些错误是不容易恢复的。

• 以下是一些使用断言的情况，它们可以使Java程序的可靠性更高。

• 1. 检查控制流
     在if~else和switch~case结构中，可以在不应该发生的控制支流上加上assert false语句。如果这种情况发生了，断言就能够检查出来。
     例如，假设x的值只能取1、2或3，可以编写下面的代码：

 switch (x) {
    case 1: ...;
    case 2: ...;
    case 3: ...;
    default: assert false : "x 值非法:" + x;
  }

• 2. 检查前置条件（precondition）
     在private修饰的方法前检查输入参数是否有效。
     例如，某方法可能要求输入的参数param不能为null，就可以在方法的开头加上下面语句：

assert param != null:"参数不能为null";

• 3. 检查后置条件（postcondition）
     在方法计算之后检查结果是否有效。对于一些计算方法，运行完成后，某些值需要保证一定的性质。
     例如，对计算绝对值的方法可以在方法的结束处使用下面语句进行检查：

assert value >= 0:"结果应该大于等于0:" + value; 

• 4. 检查程序不变量
     在程序的运行过程中这些变量的值是不变的，称为不变量。这些不变量可能是一个简单表达式，也可能是一个复杂表达式。对于一些关键的不变量，可以通过assert进行检查。

断言示例

问题描述

使用对象数组实现一个简单的栈类，在push()、pop()和topValue()方法中使用断言。

public class SimpleStack<T> {  
    private Object[] elements;  
    private int size;  
    private int capacity;  
  
    public SimpleStack(int initialCapacity) {  
        capacity = initialCapacity;  
        elements = new Object[capacity];  
        size = 0;  
    }  
  
    // 向栈中添加元素  
    public void push(T item) {  
        assert size < capacity : "Stack is full, cannot push new item";  
        elements[size++] = item;  
    }  
  
    // 从栈中移除并返回顶部元素  
    @SuppressWarnings("unchecked")  
    public T pop() {  
        assert size > 0 : "Stack is empty, cannot pop item";  
        return (T) elements[--size];  
    }  
  
    // 返回栈顶元素但不移除  
    @SuppressWarnings("unchecked")  
    public T topValue() {  
        assert size > 0 : "Stack is empty, cannot access top value";  
        return (T) elements[size - 1];  
    }  
  
    // 获取栈的当前大小  
    public int getSize() {  
        return size;  
    }  
  
    // 获取栈的容量  
    public int getCapacity() {  
        return capacity;  
    }  
  
    // 为了简单起见，这里不实现扩容逻辑  
    // 在实际应用中，你可能需要在push时检查容量，并在需要时扩容  
}  
  
// 使用示例  
public class Main {  
    public static void main(String[] args) {  
        SimpleStack<Integer> stack = new SimpleStack<>(5);  
  
        stack.push(1);  
        stack.push(2);  
        stack.push(3);  
  
        System.out.println("Top value: " + stack.topValue()); // 应输出 3  
  
        stack.pop();  
        System.out.println("New top value: " + stack.topValue()); // 应输出 2  
  
        // 尝试在空栈上调用 pop() 或 topValue()，这将触发断言错误（如果启用了断言）  
        // 注意：在生产环境中，断言可能会被禁用，因此最好有额外的错误处理逻辑  
        // stack.pop(); // 这将引发 AssertionError，如果断言被启用  
    }  
}

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