203. Java 异常 - Throwable 类及其子类

概述

在 Java 中，所有可被抛出的异常和错误都继承自 java.lang.Throwable。Throwable 有两个直接子类：

Error：表示严重的、通常无法恢复的错误（如虚拟机崩溃、内存溢出等）。
Exception：表示程序可以捕获或声明抛出的异常情况，包括检查型（checked）和运行时（runtime）异常。

理解 Throwable 层次结构有助于我们明确何时捕获、何时抛出以及如何设计自定义异常。

Throwable 层次结构

java 复制代码

java.lang.Object
  └─ java.lang.Throwable
       ├─ java.lang.Error
       │    ├─ OutOfMemoryError
       │    ├─ StackOverflowError
       │    └─ ......（其他 JVM 错误）
       └─ java.lang.Exception
            ├─ java.lang.RuntimeException
            │    ├─ NullPointerException
            │    ├─ IllegalArgumentException
            │    └─ ......（其他运行时异常）
            ├─ java.io.IOException
            │    ├─ FileNotFoundException
            │    └─ ......（其他 IO 异常）
            └─ ......（其他检查型异常）

检查型异常（Checked Exception） ：非 RuntimeException 的子类，必须在方法签名中 throws 或在代码中 try-catch 处理。
运行时异常（Unchecked Exception） ：继承自 RuntimeException，编译器不强制捕获或声明。
错误（Error） ：继承自 Error，通常表示无法恢复的问题，通常不捕获。

Error：无法恢复的严重问题

Error 及其子类表示 JVM 层面的严重故障，一般不做捕获。典型示例：

java 复制代码

// 模拟栈深度过大导致的 StackOverflowError
public class RecursionDemo {
    public static void recurse() {
        recurse();  // 递归无终止条件
    }
    public static void main(String[] args) {
        recurse(); // 最终抛出 StackOverflowError
    }
}

OutOfMemoryError：内存不足。
StackOverflowError：调用栈溢出。

这些错误一般不在应用层捕获，而是通过优化代码或调整 JVM 参数来避免。

Exception：可捕获或声明的异常

1. 检查型异常（Checked Exception）

必须显式捕获或声明。常见于 I/O、网络、数据库等操作。

java 复制代码

public void readFile(String path) throws IOException {
    try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(path))) {
        System.out.println(br.readLine());
    }
}

IOException、SQLException 等。

2. 运行时异常（Unchecked Exception）

通常表示程序错误，可选择捕获，但不强制。

java 复制代码

public int divide(int a, int b) {
    return a / b; // 若 b == 0，则抛出 ArithmeticException
}

NullPointerException、IndexOutOfBoundsException、IllegalArgumentException 等。

自定义异常

1. 自定义检查型异常

java 复制代码

// 定义异常
public class InsufficientFundsException extends Exception {
    public InsufficientFundsException(String msg) {
        super(msg);
    }
}

// 使用异常
public class BankAccount {
    private double balance;
    public void withdraw(double amount) throws InsufficientFundsException {
        if (amount > balance) {
            throw new InsufficientFundsException("余额不足");
        }
        balance -= amount;
    }
}

2. 自定义运行时异常

java 复制代码

public class InvalidAgeException extends RuntimeException {
    public InvalidAgeException(String msg) {
        super(msg);
    }
}

public class Person {
    private int age;
    public void setAge(int age) {
        if (age < 0 || age > 150) {
            throw new InvalidAgeException("年龄不合法: " + age);
        }
        this.age = age;
    }
}

在代码中抛出与捕获

java 复制代码

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 捕获并处理自定义检查型异常
        BankAccount acct = new BankAccount();
        try {
            acct.withdraw(1000);
        } catch (InsufficientFundsException e) {
            System.err.println("操作失败: " + e.getMessage());
        }

        // 运行时异常示例
        Person p = new Person();
        try {
            p.setAge(-5);
        } catch (InvalidAgeException e) {
            System.err.println("错误: " + e.getMessage());
        }
    }
}

对检查型异常，必须 try-catch 或在方法签名中 throws。
对运行时异常，可根据逻辑选择是否捕获。

小结

Throwable ：所有可抛出类型的基类，分为 Error 和 Exception。
Error：无法恢复，一般不捕获。
Exception：可捕获或声明，分为检查型和运行时异常。
自定义异常 ：根据需求继承自 Exception 或 RuntimeException。
抛出与捕获 ：使用 throw 抛出，try-catch-finally 或 try-with-resources 捕获和处理。

通过以上层次结构与代码示例，能够帮助学员更清晰地理解 Java 异常机制及其设计与使用。