八、深入理解java异常处理机制
- 引子
try…catch…finally恐怕是大家再熟悉不过的语句了，
public class TestException {
public TestException() {
}
boolean testEx() throws Exception {
boolean ret = true;
try {
ret = testEx1();
} catch (Exception e) {
System.out.println("testEx, catch exception");
ret = false;
throw e;
} finally {
System.out.println("testEx, finally; return value=" + ret);
return ret;
}
}
boolean testEx1() throws Exception {
boolean ret = true;
try {
ret = testEx2();
if (!ret) {
return false;
}
System.out.println("testEx1, at the end of try");
return ret;
} catch (Exception e) {
System.out.println("testEx1, catch exception");
ret = false;
throw e;
} finally {
System.out.println("testEx1, finally; return value=" + ret);
return ret;
}
}
boolean testEx2() throws Exception {
boolean ret = true;
try {
int b = 12;
int c;
for (int i = 2; i >= -2; i--) {
c = b / i;
System.out.println("i=" + i);
}
return true;
} catch (Exception e) {
System.out.println("testEx2, catch exception");
ret = false;
throw e;
} finally {
System.out.println("testEx2, finally; return value=" + ret);
return ret;
}
}
public static void main(String[] args) {
TestException testException1 = new TestException();
try {
testException1.testEx();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
你的答案是什么？是下面的答案吗？
i=2
i=1
testEx2, catch exception
testEx2, finally; return value=false
testEx1, catch exception
testEx1, finally; return value=false
testEx, catch exception
testEx, finally; return value=false
如果你的答案真的如上面所说，那么你错啦。_，那就建议你仔细看一看这篇文章或者拿上面的代码按各种不同的情况修改、执行、测试，你会发现有很多事情不是原来想象中的那么简单的。现在公布正确答案：
i=2
i=1
testEx2, catch exception
testEx2, finally; return value=false
testEx1, finally; return value=false
testEx, finally; return value=false
注意说明：
finally语句块不应该出现 应该出现return。上面的return ret最好是其他语句来处理相关逻辑。
2.JAVA异常
异常指不期而至的各种状况，如：文件找不到、网络连接失败、非法参数等。异常是一个事件，它发生在程序运行期间，干扰了正常的指令流程。Java通 过API中Throwable类的众多子类描述各种不同的异常。因而，Java异常都是对象，是Throwable子类的实例，描述了出现在一段编码中的 错误条件。当条件生成时，错误将引发异常。
Java异常类层次结构图：
在 Java 中，所有的异常都有一个共同的祖先 Throwable（可抛出）。Throwable 指定代码中可用异常传播机制通过 Java 应用程序传输的任何问题的共性。
Throwable： 有两个重要的子类：Exception（异常）和 Error（错误），二者都是 Java 异常处理的重要子类，各自都包含大量子类。
Error（错误）:是程序无法处理的错误，表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的操作无关，而表示代码运行时 JVM（Java 虚拟机）出现的问题。例如，Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError），当 JVM 不再有继续执行操作所需的内存资源时，将出现 OutOfMemoryError。这些异常发生时，Java虚拟机（JVM）一般会选择线程终止。
这些错误表示故障发生于虚拟机自身、或者发生在虚拟机试图执行应用时，如Java虚拟机运行错误（Virtual MachineError）、类定义错误（NoClassDefFoundError）等。这些错误是不可查的，因为它们在应用程序的控制和处理能力之 外，而且绝大多数是程序运行时不允许出现的状况。对于设计合理的应用程序来说，即使确实发生了错误，本质上也不应该试图去处理它所引起的异常状况。在 Java中，错误通过Error的子类描述。
Exception（异常）:是程序本身可以处理的异常。
Exception 类有一个重要的子类 RuntimeException。RuntimeException 类及其子类表示“JVM 常用操作”引发的错误。例如，若试图使用空值对象引用、除数为零或数组越界，则分别引发运行时异常（NullPointerException、ArithmeticException）和 ArrayIndexOutOfBoundException。
注意：异常和错误的区别：异常能被程序本身可以处理，错误是无法处理。
通常，Java的异常(包括Exception和Error)分为可查的异常（checked exceptions）和不可查的异常（unchecked exceptions）。
可查异常（编译器要求必须处置的异常）：正确的程序在运行中，很容易出现的、情理可容的异常状况。可查异常虽然是异常状况，但在一定程度上它的发生是可以预计的，而且一旦发生这种异常状况，就必须采取某种方式进行处理。
除了RuntimeException及其子类以外，其他的Exception类及其子类都属于可查异常。这种异常的特点是Java编译器会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，要么用try-catch语句捕获它，要么用throws子句声明抛出它，否则编译不会通过。
不可查异常(编译器不要求强制处置的异常):包括运行时异常（RuntimeException与其子类）和错误（Error）。
Exception 这种异常分两大类运行时异常和非运行时异常(编译异常)。程序中应当尽可能去处理这些异常。
运行时异常：都是RuntimeException类及其子类异常，如NullPointerException(空指针异常)、IndexOutOfBoundsException(下标越界异常)等，这些异常是不检查异常，程序中可以选择捕获处理，也可以不处理。这些异常一般是由程序逻辑错误引起的，程序应该从逻辑角度尽可能避免这类异常的发生。
运行时异常的特点是Java编译器不会检查它，也就是说，当程序中可能出现这类异常，即使没有用try-catch语句捕获它，也没有用throws子句声明抛出它，也会编译通过。
非运行时异常 （编译异常）：是RuntimeException以外的异常，类型上都属于Exception类及其子类。从程序语法角度讲是必须进行处理的异常，如果不处理，程序就不能编译通过。如IOException、SQLException等以及用户自定义的Exception异常，一般情况下不自定义检查异常。
4.处理异常机制
在 Java 应用程序中，异常处理机制为：抛出异常，捕捉异常。
抛出异常：当一个方法出现错误引发异常时，方法创建异常对象并交付运行时系统，异常对象中包含了异常类型和异常出现时的程序状态等异常信息。运行时系统负责寻找处置异常的代码并执行。
捕获异常：在方法抛出异常之后，运行时系统将转为寻找合适的异常处理器（exception handler）。潜在的异常处理器是异常发生时依次存留在调用栈中的方法的集合。当异常处理器所能处理的异常类型与方法抛出的异常类型相符时，即为合适 的异常处理器。运行时系统从发生异常的方法开始，依次回查调用栈中的方法，直至找到含有合适异常处理器的方法并执行。当运行时系统遍历调用栈而未找到合适 的异常处理器，则运行时系统终止。同时，意味着Java程序的终止。
对于运行时异常、错误或可查异常，Java技术所要求的异常处理方式有所不同。
由于运行时异常的不可查性，为了更合理、更容易地实现应用程序，Java规定，运行时异常将由Java运行时系统自动抛出，允许应用程序忽略运行时异常。
对于方法运行中可能出现的Error，当运行方法不欲捕捉时，Java允许该方法不做任何抛出声明。因为，大多数Error异常属于永远不能被允许发生的状况，也属于合理的应用程序不该捕捉的异常。
对于所有的可查异常，Java规定：一个方法必须捕捉，或者声明抛出方法之外。也就是说，当一个方法选择不捕捉可查异常时，它必须声明将抛出异常。
能够捕捉异常的方法，需要提供相符类型的异常处理器。所捕捉的异常，可能是由于自身语句所引发并抛出的异常，也可能是由某个调用的方法或者Java运行时 系统等抛出的异常。也就是说，一个方法所能捕捉的异常，一定是Java代码在某处所抛出的异常。简单地说，异常总是先被抛出，后被捕捉的。
任何Java代码都可以抛出异常，如：自己编写的代码、来自Java开发环境包中代码，或者Java运行时系统。无论是谁，都可以通过Java的throw语句抛出异常。
从方法中抛出的任何异常都必须使用throws子句。
捕捉异常通过try-catch语句或者try-catch-finally语句实现。
总体来说，Java规定：对于可查异常必须捕捉、或者声明抛出。允许忽略不可查的RuntimeException和Error。
4.1 捕获异常：try、catch 和 finally
1.try-catch语句
在Java中，异常通过try-catch语句捕获。其一般语法形式为：
try {
// 可能会发生异常的程序代码
} catch (Type1 id1){
// 捕获并处置try抛出的异常类型Type1
}
catch (Type2 id2){
//捕获并处置try抛出的异常类型Type2
}
关键词try后的一对大括号将一块可能发生异常的代码包起来，称为监控区域。Java方法在运行过程中出现异常，则创建异常对象。将异常抛出监控区域之 外，由Java运行时系统试图寻找匹配的catch子句以捕获异常。若有匹配的catch子句，则运行其异常处理代码，try-catch语句结束。
匹配的原则是：如果抛出的异常对象属于catch子句的异常类，或者属于该异常类的子类，则认为生成的异常对象与catch块捕获的异常类型相匹配。
例1 捕捉throw语句抛出的“除数为0”异常。
public class TestException {
public static void main(String[] args) {
int a = 6;
int b = 0;
try { // try监控区域
if (b == 0) throw new ArithmeticException(); // 通过throw语句抛出异常
System.out.println("a/b的值是：" + a / b);
}
catch (ArithmeticException e) { // catch捕捉异常
System.out.println("程序出现异常，变量b不能为0。");
}
System.out.println("程序正常结束。");
}
}
运行结果：程序出现异常，变量b不能为0。程序正常结束。
例1 在try监控区域通过if语句进行判断，当“除数为0”的错误条件成立时引发ArithmeticException异常，创建 ArithmeticException异常对象，并由throw语句将异常抛给Java运行时系统，由系统寻找匹配的异常处理器catch并运行相应异 常处理代码，打印输出“程序出现异常，变量b不能为0。”try-catch语句结束，继续程序流程。
事实上，“除数为0”等ArithmeticException，是RuntimException的子类。而运行时异常将由运行时系统自动抛出，不需要使用throw语句。
例2 捕捉运行时系统自动抛出“除数为0”引发的ArithmeticException异常。
public static void main(String[] args) {
int a = 6;
int b = 0;
try {
System.out.println("a/b的值是：" + a / b);
} catch (ArithmeticException e) {
System.out.println("程序出现异常，变量b不能为0。");
}
System.out.println("程序正常结束。");
}
}
运行结果：程序出现异常，变量b不能为0。程序正常结束。
例2 中的语句：
System.out.println("a/b的值是：" + a/b);
在运行中出现“除数为0”错误，引发ArithmeticException异常。运行时系统创建异常对象并抛出监控区域，转而匹配合适的异常处理器catch，并执行相应的异常处理代码。
由于检查运行时异常的代价远大于捕捉异常所带来的益处，运行时异常不可查。Java编译器允许忽略运行时异常，一个方法可以既不捕捉，也不声明抛出运行时异常。
例3 不捕捉、也不声明抛出运行时异常。
public class TestException {
public static void main(String[] args) {
int a, b;
a = 6;
b = 0; // 除数b 的值为0
System.out.println(a / b);
}
}
运行结果：
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
at Test.TestException.main(TestException.java:8)
例4 程序可能存在除数为0异常和数组下标越界异常。
public class TestException {
public static void main(String[] args) {
int[] intArray = new int[3];
try {
for (int i = 0; i <= intArray.length; i++) {
intArray[i] = i;
System.out.println("intArray[" + i + "] = " + intArray[i]);
System.out.println("intArray[" + i + "]模 " + (i - 2) + "的值: "
+ intArray[i] % (i - 2));
}
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
System.out.println("intArray数组下标越界异常。");
} catch (ArithmeticException e) {
System.out.println("除数为0异常。");
}
System.out.println("程序正常结束。");
}
}
运行结果：
intArray[0] = 0
intArray[0]模 -2的值: 0
intArray[1] = 1
intArray[1]模 -1的值: 0
intArray[2] = 2
除数为0异常。
程序正常结束。
例4 程序可能会出现除数为0异常，还可能会出现数组下标越界异常。程序运行过程中ArithmeticException异常类型是先行匹配的，因此执行相匹配的catch语句：
catch (ArithmeticException e){
System.out.println("除数为0异常。");
}
需要注意的是，一旦某个catch捕获到匹配的异常类型，将进入异常处理代码。一经处理结束，就意味着整个try-catch语句结束。其他的catch子句不再有匹配和捕获异常类型的机会。
Java通过异常类描述异常类型，异常类的层次结构如图1所示。对于有多个catch子句的异常程序而言，应该尽量将捕获底层异常类的catch子句放在前面，同时尽量将捕获相对高层的异常类的catch子句放在后面。否则，捕获底层异常类的catch子句将可能会被屏蔽。
RuntimeException异常类包括运行时各种常见的异常，ArithmeticException类和ArrayIndexOutOfBoundsException类都是它的子类。因此，RuntimeException异常类的catch子句应该放在 最后面，否则可能会屏蔽其后的特定异常处理或引起编译错误。
- try－catch-finally语句
try-catch语句还可以包括第三部分，就是finally子句。它表示无论是否出现异常，都应当执行的内容。try-catch-finally语句的一般语法形式为：
try {
// 可能会发生异常的程序代码
} catch (Type1 id1) {
// 捕获并处理try抛出的异常类型Type1
} catch (Type2 id2) {
// 捕获并处理try抛出的异常类型Type2
} finally {
// 无论是否发生异常，都将执行的语句块
}
例5 带finally子句的异常处理程序。
public class TestException {
public static void main(String args[]) {
int i = 0;
String greetings[] = { " Hello world !", " Hello World !! ",
" HELLO WORLD !!!" };
while (i < 4) {
try {
// 特别注意循环控制变量i的设计，避免造成无限循环
System.out.println(greetings[i++]);
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
System.out.println("数组下标越界异常");
} finally {
System.out.println("--------------------------");
}
}
}
}
运行结果：
Hello world !
--------------------------
Hello World !!
--------------------------
HELLO WORLD !!!
--------------------------
数组下标越界异常
--------------------------
在例5中，请特别注意try子句中语句块的设计，如果设计为如下，将会出现死循环。如果设计为：
try {
System.out.println (greetings[i]); i++;
}
小结：
try 块：用于捕获异常。其后可接零个或多个catch块，如果没有catch块，则必须跟一个finally块。
catch 块：用于处理try捕获到的异常。
finally 块：无论是否捕获或处理异常，finally块里的语句都会被执行。当在try块或catch块中遇到return语句时，finally语句块将在方法返回之前被执行。在以下4种特殊情况下，finally块不会被执行：
1）在finally语句块中发生了异常。
2）在前面的代码中用了System.exit()退出程序。
3）程序所在的线程死亡。
4）关闭CPU。
- try-catch-finally 规则(异常处理语句的语法规则）：
- 必须在 try 之后添加 catch 或 finally 块。try 块后可同时接 catch 和 finally 块，但至少有一个块。
- 必须遵循块顺序：若代码同时使用 catch 和 finally 块，则必须将 catch 块放在 try 块之后。
- catch 块与相应的异常类的类型相关。
- 一个 try 块可能有多个 catch 块。若如此，则执行第一个匹配块。即Java虚拟机会把实际抛出的异常对象依次和各个catch代码块声明的异常类型匹配，如果异常对象为某个异常类型或其子类的实例，就执行这个catch代码块，不会再执行其他的 catch代码块
- 可嵌套 try-catch-finally 结构。
- 在 try-catch-finally 结构中，可重新抛出异常。
- 除了下列情况，总将执行 finally 做为结束：JVM 过早终止（调用 System.exit(int)）；在 finally 块中抛出一个未处理的异常；计算机断电、失火、或遭遇病毒攻击。
- try、catch、finally语句块的执行顺序:
1)当try没有捕获到异常时：try语句块中的语句逐一被执行，程序将跳过catch语句块，执行finally语句块和其后的语句；
2)当try语句块里的某条语句出现异常时，而没有处理此异常的catch语句块时，此异常将会抛给JVM处理，finally语句块里的语句还是会被执行，但finally语句块后的语句不会被执行；
3)当try捕获到异常，catch语句块里有处理此异常的情况：在try语句块中是按照顺序来执行的，当执行到某一条语句出现异常时，程序将跳到catch语句块，并与catch语句块逐一匹配，找到与之对应的处理程序，其他的catch语句块将不会被执行，而try语句块中，出现异常之后的语句也不会被执行，catch语句块执行完后，执行finally语句块里的语句，最后执行finally语句块后的语句；
图示try、catch、finally语句块的执行：
4.2 抛出异常
任何Java代码都可以抛出异常，如：自己编写的代码、来自Java开发环境包中代码，或者Java运行时系统。无论是谁，都可以通过Java的throw语句抛出异常。从方法中抛出的任何异常都必须使用throws子句。
- throws抛出异常
如果一个方法可能会出现异常，但没有能力处理这种异常，可以在方法声明处用throws子句来声明抛出异常。例如汽车在运行时可能会出现故障，汽车本身没办法处理这个故障，那就让开车的人来处理。
throws语句用在方法定义时声明该方法要抛出的异常类型，如果抛出的是Exception异常类型，则该方法被声明为抛出所有的异常。多个异常可使用逗号分割。throws语句的语法格式为：
1.methodname throws Exception1,Exception2,..,ExceptionN {
}
方法名后的throws Exception1,Exception2,...,ExceptionN 为声明要抛出的异常列表。当方法抛出异常列表的异常时，方法将不对这些类型及其子类类型的异常作处理，而抛向调用该方法的方法，由他去处理。例如：
import java.lang.Exception;
public class TestException {
static void pop() throws NegativeArraySizeException {
// 定义方法并抛出NegativeArraySizeException异常
int[] arr = new int[-3]; // 创建数组
}
public static void main(String[] args) { // 主方法
try { // try语句处理异常信息
pop(); // 调用pop()方法
} catch (NegativeArraySizeException e) {
System.out.println("pop()方法抛出的异常");// 输出异常信息
}
}
}
使用throws关键字将异常抛给调用者后，如果调用者不想处理该异常，可以继续向上抛出，但最终要有能够处理该异常的调用者。
pop方法没有处理异常NegativeArraySizeException，而是由main函数来处理。
Throws抛出异常的规则：
1) 如果是不可查异常（unchecked exception），即Error、RuntimeException或它们的子类，那么可以不使用throws关键字来声明要抛出的异常，编译仍能顺利通过，但在运行时会被系统抛出。
2）必须声明方法可抛出的任何可查异常（checked exception）。即如果一个方法可能出现受可查异常，要么用try-catch语句捕获，要么用throws子句声明将它抛出，否则会导致编译错误
3)仅当抛出了异常，该方法的调用者才必须处理或者重新抛出该异常。当方法的调用者无力处理该异常的时候，应该继续抛出，而不是囫囵吞枣。
4）调用方法必须遵循任何可查异常的处理和声明规则。若覆盖一个方法，则不能声明与覆盖方法不同的异常。声明的任何异常必须是被覆盖方法所声明异常的同类或子类。
例如：
void method1() throws IOException{} //合法
//编译错误，必须捕获或声明抛出IOException
void method2(){
method1();
}
//合法，声明抛出IOException
void method3()throws IOException {
method1();
}
//合法，声明抛出Exception，IOException是Exception的子类
void method4()throws Exception {
method1();
}
//合法，捕获IOException
void method5(){
try{
method1();
}catch(IOException e){…}
}
//编译错误，必须捕获或声明抛出Exception
void method6(){
try{
method1();
}catch(IOException e){throw new Exception();}
}
//合法，声明抛出Exception
void method7()throws Exception{
try{
method1();
}catch(IOException e){throw new Exception();}
}
判断一个方法可能会出现异常的依据如下：
1）方法中有throw语句。例如，以上method7()方法的catch代码块有throw语句。
2）调用了其他方法，其他方法用throws子句声明抛出某种异常。例如，method3()方法调用了method1()方法，method1()方法声明抛出IOException，因此，在method3()方法中可能会出现IOException。
- 使用throw抛出异常
throw总是出现在函数体中，用来抛出一个Throwable类型的异常。程序会在throw语句后立即终止，它后面的语句执行不到，然后在包含它的所有try块中（可能在上层调用函数中）从里向外寻找含有与其匹配的catch子句的try块。
我们知道，异常是异常类的实例对象，我们可以创建异常类的实例对象通过throw语句抛出。该语句的语法格式为：
throw new exceptionname;
例如抛出一个IOException类的异常对象：
throw new IOException;
要注意的是，throw 抛出的只能够是可抛出类Throwable 或者其子类的实例对象。下面的操作是错误的：
throw new String("exception");
这是因为String 不是Throwable 类的子类。
如果抛出了检查异常，则还应该在方法头部声明方法可能抛出的异常类型。该方法的调用者也必须检查处理抛出的异常。
如果所有方法都层层上抛获取的异常，最终JVM会进行处理，处理也很简单，就是打印异常消息和堆栈信息。如果抛出的是Error或RuntimeException，则该方法的调用者可选择处理该异常。
import java.lang.Exception;
public class TestException {
static int quotient(int x, int y) throws MyException { // 定义方法抛出异常
if (y < 0) { // 判断参数是否小于0
throw new MyException("除数不能是负数"); // 异常信息
}
return x/y; // 返回值
}
public static void main(String args[]) { // 主方法
int a =3;
int b =0;
try { // try语句包含可能发生异常的语句
int result = quotient(a, b); // 调用方法quotient()
} catch (MyException e) { // 处理自定义异常
System.out.println(e.getMessage()); // 输出异常信息
} catch (ArithmeticException e) { // 处理ArithmeticException异常
System.out.println("除数不能为0"); // 输出提示信息
} catch (Exception e) { // 处理其他异常
System.out.println("程序发生了其他的异常"); // 输出提示信息
}
}
}
class MyException extends Exception { // 创建自定义异常类
String message; // 定义String类型变量
public MyException(String ErrorMessagr) { // 父类方法
message = ErrorMessagr;
}
public String getMessage() { // 覆盖getMessage()方法
return message;
}
}
4.3 异常链
- 如果调用quotient(3,-1)，将发生MyException异常，程序调转到catch (MyException e)代码块中执行；
- 如果调用quotient(5,0)，将会因“除数为0”错误引发ArithmeticException异常，属于运行时异常类，由Java运行时系统自动抛出。quotient（）方法没有捕捉ArithmeticException异常，Java运行时系统将沿方法调用栈查到main方法，将抛出的异常上传至quotient（）方法的调用者：
int result = quotient(a, b); // 调用方法quotient()
由于该语句在try监控区域内，因此传回的“除数为0”的ArithmeticException异常由Java运行时系统抛出，并匹配catch子句：
catch (ArithmeticException e) { // 处理ArithmeticException异常
System.out.println("除数不能为0"); // 输出提示信息
}
处理结果是输出“除数不能为0”。Java这种向上传递异常信息的处理机制，形成异常链。
Java方法抛出的可查异常将依据调用栈、沿着方法调用的层次结构一直传递到具备处理能力的调用方法，最高层次到main方法为止。如果异常传递到main方法，而main不具备处理能力，也没有通过throws声明抛出该异常，将可能出现编译错误。
3)如还有其他异常发生，将使用catch (Exception e)捕捉异常。由于Exception是所有异常类的父类，如果将catch (Exception e)代码块放在其他两个代码块的前面，后面的代码块将永远得不到执行，就没有什么意义了，所以catch语句的顺序不可掉换。
4.4 Throwable类中的常用方法
注意：catch关键字后面括号中的Exception类型的参数e。Exception就是try代码块传递给catch代码块的变量类型，e就是变量名。catch代码块中语句"e.getMessage();"用于输出错误性质。通常异常处理常用3个函数来获取异常的有关信息:
getCause()：返回抛出异常的原因。如果 cause 不存在或未知，则返回 null。
getMeage()：返回异常的消息信息。
printStackTrace()：对象的堆栈跟踪输出至错误输出流，作为字段 System.err 的值。
有时为了简单会忽略掉catch语句后的代码，这样try-catch语句就成了一种摆设，一旦程序在运行过程中出现了异常，就会忽略处理异常，而错误发生的原因很难查找。
5.Java常见异常
在Java中提供了一些异常用来描述经常发生的错误，对于这些异常，有的需要程序员进行捕获处理或声明抛出，有的是由Java虚拟机自动进行捕获处理。Java中常见的异常类:
- runtimeException子类:
1、 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException
数组索引越界异常。当对数组的索引值为负数或大于等于数组大小时抛出。
2、java.lang.ArithmeticException
算术条件异常。譬如：整数除零等。
3、java.lang.NullPointerException
空指针异常。当应用试图在要求使用对象的地方使用了null时，抛出该异常。譬如：调用null对象的实例方法、访问null对象的属性、计算null对象的长度、使用throw语句抛出null等等
4、java.lang.ClassNotFoundException
找不到类异常。当应用试图根据字符串形式的类名构造类，而在遍历CLASSPAH之后找不到对应名称的class文件时，抛出该异常。
5、java.lang.NegativeArraySizeException 数组长度为负异常
6、java.lang.ArrayStoreException 数组中包含不兼容的值抛出的异常
7、java.lang.SecurityException 安全性异常
8、java.lang.IllegalArgumentException 非法参数异常
2.IOException
IOException：操作输入流和输出流时可能出现的异常。
EOFException 文件已结束异常
FileNotFoundException 文件未找到异常
- 其他
ClassCastException 类型转换异常类
ArrayStoreException 数组中包含不兼容的值抛出的异常
SQLException 操作数据库异常类
NoSuchFieldException 字段未找到异常
NoSuchMethodException 方法未找到抛出的异常
NumberFormatException 字符串转换为数字抛出的异常
StringIndexOutOfBoundsException 字符串索引超出范围抛出的异常
IllegalAccessException 不允许访问某类异常
InstantiationException 当应用程序试图使用Class类中的newInstance()方法创建一个类的实例，而指定的类对象无法被实例化时，抛出该异常
6.自定义异常
使用Java内置的异常类可以描述在编程时出现的大部分异常情况。除此之外，用户还可以自定义异常。用户自定义异常类，只需继承Exception类即可。
在程序中使用自定义异常类，大体可分为以下几个步骤。
（1）创建自定义异常类。
（2）在方法中通过throw关键字抛出异常对象。
（3）如果在当前抛出异常的方法中处理异常，可以使用try-catch语句捕获并处理；否则在方法的声明处通过throws关键字指明要抛出给方法调用者的异常，继续进行下一步操作。
（4）在出现异常方法的调用者中捕获并处理异常。
在上面的“使用throw抛出异常”例子已经提到了。
九、JVM调优
（一）-- 一些概念
Java虚拟机中，数据类型可以分为两类：基本类型和引用类型。基本类型的变量保存原始值，即：他代表的值就是数值本身；而引用类型的变量保存引用值。“引用值”代表了某个对象的引用，而不是对象本身，对象本身存放在这个引用值所表示的地址的位置。
基本类型包括：byte,short,int,long,char,float,double,Boolean,returnAddress
引用类型包括：类类型，接口类型和数组。(String也是引用类型)
堆与栈
堆和栈是程序运行的关键，很有必要把他们的关系说清楚。
栈是运行时的单位，而堆是存储的单位。
栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据；堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放、放在哪儿。
在Java中一个线程就会相应有一个线程栈与之对应，这点很容易理解，因为不同的线程执行逻辑有所不同，因此需要一个独立的线程栈。而堆则是所有线程共享的。栈因为是运行单位，因此里面存储的信息都是跟当前线程（或程序）相关信息的。包括局部变量、程序运行状态、方法返回值等等；而堆只负责存储对象信息。
为什么要把堆和栈区分出来呢？栈中不是也可以存储数据吗？
第一，从软件设计的角度看，栈代表了处理逻辑，而堆代表了数据。这样分开，使得处理逻辑更为清晰。分而治之的思想。这种隔离、模块化的思想在软件设计的方方面面都有体现。
第二，堆与栈的分离，使得堆中的内容可以被多个栈共享（也可以理解为多个线程访问同一个对象）。这种共享的收益是很多的。一方面这种共享提供了一种有效的数据交互方式(如：共享内存)，另一方面，堆中的共享常量和缓存可以被所有栈访问，节省了空间。
第三，栈因为运行时的需要，比如保存系统运行的上下文，需要进行地址段的划分。由于栈只能向上增长，因此就会限制住栈存储内容的能力。而堆不同，堆中的对象是可以根据需要动态增长的，因此栈和堆的拆分，使得动态增长成为可能，相应栈中只需记录堆中的一个地址即可。
第四，面向对象就是堆和栈的完美结合。其实，面向对象方式的程序与以前结构化的程序在执行上没有任何区别。但是，面向对象的引入，使得对待问题的思考方式发生了改变，而更接近于自然方式的思考。当我们把对象拆开，你会发现，对象的属性其实就是数据，存放在堆中；而对象的行为（方法），就是运行逻辑，放在栈中。我们在编写对象的时候，其实即编写了数据结构，也编写的处理数据的逻辑。不得不承认，面向对象的设计，确实很美。
在Java中，Main函数就是栈的起始点，也是程序的起始点。
程序要运行总是有一个起点的。同C语言一样，java中的Main就是那个起点。无论什么java程序，找到main就找到了程序执行的入口：）
堆中存什么？栈中存什么？
堆中存的是对象。栈中存的是基本数据类型和堆中对象的引用。一个对象的大小是不可估计的，或者说是可以动态变化的，但是在栈中，一个对象只对应了一个4btye的引用（堆栈分离的好处：））。
为什么不把基本类型放堆中呢？因为其占用的空间一般是1~8个字节——需要空间比较少，而且因为是基本类型，所以不会出现动态增长的情况——长度固定，因此栈中存储就够了，如果把他存在堆中是没有什么意义的（还会浪费空间，后面说明）。可以这么说，基本类型和对象的引用都是存放在栈中，而且都是几个字节的一个数，因此在程序运行时，他们的处理方式是统一的。但是基本类型、对象引用和对象本身就有所区别了，因为一个是栈中的数据一个是堆中的数据。最常见的一个问题就是，Java中参数传递时的问题。
Java中的参数传递时传值呢？还是传引用？
要说明这个问题，先要明确两点：
- 不要试图与C进行类比，Java中没有指针的概念
- 程序运行永远都是在栈中进行的，因而参数传递时，只存在传递基本类型和对象引用的问题。不会直接传对象本身。
明确以上两点后。Java在方法调用传递参数时，因为没有指针，所以它都是进行传值调用（这点可以参考C的传值调用）。因此，很多书里面都说Java是进行传值调用，这点没有问题，而且也简化的C中复杂性。
但是传引用的错觉是如何造成的呢？在运行栈中，基本类型和引用的处理是一样的，都是传值，所以，如果是传引用的方法调用，也同时可以理解为“传引用值”的传值调用，即引用的处理跟基本类型是完全一样的。但是当进入被调用方法时，被传递的这个引用的值，被程序解释（或者查找）到堆中的对象，这个时候才对应到真正的对象。如果此时进行修改，修改的是引用对应的对象，而不是引用本身，即：修改的是堆中的数据。所以这个修改是可以保持的了。
对象，从某种意义上说，是由基本类型组成的。可以把一个对象看作为一棵树，对象的属性如果还是对象，则还是一颗树（即非叶子节点），基本类型则为树的叶子节点。
程序参数传递时，被传递的值本身都是不能进行修改的，但是，如果这个值是一个非叶子节点（即一个对象引用），则可以修改这个节点下面的所有内容。
堆和栈中，栈是程序运行最根本的东西。程序运行可以没有堆，但是不能没有栈。而堆是为栈进行数据存储服务，说白了堆就是一块共享的内存。不过，正是因为堆和栈的分离的思想，才使得Java的垃圾回收成为可能。
Java中，栈的大小通过-Xss来设置，当栈中存储数据比较多时，需要适当调大这个值，否则会出现java.lang.StackOverflowError异常。常见的出现这个异常的是无法返回的递归，因为此时栈中保存的信息都是方法返回的记录点。
1.（二）一些概念
Java对象的大小
基本数据的类型的大小是固定的，这里就不多说了。对于非基本类型的Java对象，其大小就值得商榷。
在Java中，一个空Object对象的大小是8byte，这个大小只是保存堆中一个没有任何属性的对象的大小。看下面语句：
Object ob = new Object();
这样在程序中完成了一个Java对象的生命，但是它所占的空间为：4byte+8byte。4byte是上面部分所说的Java栈中保存引用的所需要的空间。而那8byte则是Java堆中对象的信息。因为所有的Java非基本类型的对象都需要默认继承Object对象，因此不论什么样的Java对象，其大小都必须是大于8byte。
有了Object对象的大小，我们就可以计算其他对象的大小了。
Class NewObject {
int count;
boolean flag;
Object ob;
}
其大小为：空对象大小(8byte)+int大小(4byte)+Boolean大小(1byte)+空Object引用的大小(4byte)=17byte。但是因为Java在对对象内存分配时都是以8的整数倍来分，因此大于17byte的最接近8的整数倍的是24，因此此对象的大小为24byte。
这里需要注意一下基本类型的包装类型的大小。因为这种包装类型已经成为对象了，因此需要把他们作为对象来看待。包装类型的大小至少是12byte（声明一个空Object至少需要的空间），而且12byte没有包含任何有效信息，同时，因为Java对象大小是8的整数倍，因此一个基本类型包装类的大小至少是16byte。这个内存占用是很恐怖的，它是使用基本类型的N倍（N>2），有些类型的内存占用更是夸张（随便想下就知道了）。因此，可能的话应尽量少使用包装类。在JDK5.0以后，因为加入了自动类型装换，因此，Java虚拟机会在存储方面进行相应的优化。
引用类型
对象引用类型分为强引用、软引用、弱引用和虚引用。
强引用:就是我们一般声明对象是时虚拟机生成的引用，强引用环境下，垃圾回收时需要严格判断当前对象是否被强引用，如果被强引用，则不会被垃圾回收
软引用:软引用一般被做为缓存来使用。与强引用的区别是，软引用在垃圾回收时，虚拟机会根据当前系统的剩余内存来决定是否对软引用进行回收。如果剩余内存比较紧张，则虚拟机会回收软引用所引用的空间；如果剩余内存相对富裕，则不会进行回收。换句话说，虚拟机在发生OutOfMemory时，肯定是没有软引用存在的。
弱引用:弱引用与软引用类似，都是作为缓存来使用。但与软引用不同，弱引用在进行垃圾回收时，是一定会被回收掉的，因此其生命周期只存在于一个垃圾回收周期内。
强引用不用说，我们系统一般在使用时都是用的强引用。而“软引用”和“弱引用”比较少见。他们一般被作为缓存使用，而且一般是在内存大小比较受限的情况下做为缓存。因为如果内存足够大的话，可以直接使用强引用作为缓存即可，同时可控性更高。因而，他们常见的是被使用在桌面应用系统的缓存。
2.（三）-基本垃圾回收算法
可以从不同的的角度去划分垃圾回收算法：
按照基本回收策略分
引用计数（Reference Counting）:
比较古老的回收算法。原理是此对象有一个引用，即增加一个计数，删除一个引用则减少一个计数。垃圾回收时，只用收集计数为0的对象。此算法最致命的是无法处理循环引用的问题。
标记-清除（Mark-Sweep）
此算法执行分两阶段。第一阶段从引用根节点开始标记所有被引用的对象，第二阶段遍历整个堆，把未标记的对象清除。此算法需要暂停整个应用，同时，会产生内存碎片。
复制（Copying）
此算法把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾回收时，遍历当前使用区域，把正在使用中的对象复制到另外一个区域中。此算法每次只处理正在使用中的对象，因此复制成本比较小，同时复制过去以后还能进行相应的内存整理，不会出现“碎片”问题。当然，此算法的缺点也是很明显的，就是需要两倍内存空间。
标记-整理（Mark-Compact）
此算法结合了“标记-清除”和“复制”两个算法的优点。也是分两阶段，第一阶段从根节点开始标记所有被引用对象，第二阶段遍历整个堆，把清除未标记对象并且把存活对象“压缩”到堆的其中一块，按顺序排放。此算法避免了“标记-清除”的碎片问题，同时也避免了“复制”算法的空间问题。
按分区对待的方
增量收集（Incremental Collecting）:实时垃圾回收算法，即：在应用进行的同时进行垃圾回收。不知道什么原因JDK5.0中的收集器没有使用这种算法的。
分代收集（Generational Collecting）:基于对对象生命周期分析后得出的垃圾回收算法。把对象分为年青代、年老代、持久代，对不同生命周期的对象使用不同的算法（上述方式中的一个）进行回收。现在的垃圾回收器（从J2SE1.2开始）都是使用此算法的。
按系统线程分
串行收集:串行收集使用单线程处理所有垃圾回收工作，因为无需多线程交互，实现容易，而且效率比较高。但是，其局限性也比较明显，即无法使用多处理器的优势，所以此收集适合单处理器机器。当然，此收集器也可以用在小数据量（100M左右）情况下的多处理器机器上。
并行收集:并行收集使用多线程处理垃圾回收工作，因而速度快，效率高。而且理论上CPU数目越多，越能体现出并行收集器的优势。
并发收集:相对于串行收集和并行收集而言，前面两个在进行垃圾回收工作时，需要暂停整个运行环境，而只有垃圾回收程序在运行，因此，系统在垃圾回收时会有明显的暂停，而且暂停时间会因为堆越大而越长。
3.（四）-垃圾回收面临的问题
上面说到的“引用计数”法，通过统计控制生成对象和删除对象时的引用数来判断。垃圾回收程序收集计数为0的对象即可。但是这种方法无法解决循环引用。所以，后来实现的垃圾判断算法中，都是从程序运行的根节点出发，遍历整个对象引用，查找存活的对象。那么在这种方式的实现中，垃圾回收从哪儿开始的呢？即，从哪儿开始查找哪些对象是正在被当前系统使用的。上面分析的堆和栈的区别，其中栈是真正进行程序执行地方，所以要获取哪些对象正在被使用，则需要从Java栈开始。同时，一个栈是与一个线程对应的，因此，如果有多个线程的话，则必须对这些线程对应的所有的栈进行检查。
同时，除了栈外，还有系统运行时的寄存器等，也是存储程序运行数据的。这样，以栈或寄存器中的引用为起点，我们可以找到堆中的对象，又从这些对象找到对堆中其他对象的引用，这种引用逐步扩展，最终以null引用或者基本类型结束，这样就形成了一颗以Java栈中引用所对应的对象为根节点的一颗对象树，如果栈中有多个引用，则最终会形成多颗对象树。在这些对象树上的对象，都是当前系统运行所需要的对象，不能被垃圾回收。而其他剩余对象，则可以视为无法被引用到的对象，可以被当做垃圾进行回收。
因此，垃圾回收的起点是一些根对象（java栈, 静态变量, 寄存器...）。而最简单的Java栈就是Java程序执行的main函数。这种回收方式，也是上面提到的“标记-清除”的回收方式
如何处理碎片
由于不同Java对象存活时间是不一定的，因此，在程序运行一段时间以后，如果不进行内存整理，就会出现零散的内存碎片。碎片最直接的问题就是会导致无法分配大块的内存空间，以及程序运行效率降低。所以，在上面提到的基本垃圾回收算法中，“复制”方式和“标记-整理”方式，都可以解决碎片的问题。
如何解决同时存在的对象创建和对象回收问题
垃圾回收线程是回收内存的，而程序运行线程则是消耗（或分配）内存的，一个回收内存，一个分配内存，从这点看，两者是矛盾的。因此，在现有的垃圾回收方式中，要进行垃圾回收前，一般都需要暂停整个应用（即：暂停内存的分配），然后进行垃圾回收，回收完成后再继续应用。这种实现方式是最直接，而且最有效的解决二者矛盾的方式。但是这种方式有一个很明显的弊端，就是当堆空间持续增大时，垃圾回收的时间也将会相应的持续增大，对应应用暂停的时间也会相应的增大。一些对相应时间要求很高的应用，比如最大暂停时间要求是几百毫秒，那么当堆空间大于几个G时，就很有可能超过这个限制，在这种情况下，垃圾回收将会成为系统运行的一个瓶颈。为解决这种矛盾，有了并发垃圾回收算法，使用这种算法，垃圾回收线程与程序运行线程同时运行。在这种方式下，解决了暂停的问题，但是因为需要在新生成对象的同时又要回收对象，算法复杂性会大大增加，系统的处理能力也会相应降低，同时，“碎片”问题将会比较难解决。
为什么要分代
分代的垃圾回收策略，是基于这样一个事实：不同的对象的生命周期是不一样的。因此，不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。
在Java程序运行的过程中，会产生大量的对象，其中有些对象是与业务信息相关，比如Http请求中的Session对象、线程、Socket连接，这类对象跟业务直接挂钩，因此生命周期比较长。但是还有一些对象，主要是程序运行过程中生成的临时变量，这些对象生命周期会比较短，比如：String对象，由于其不变类的特性，系统会产生大量的这些对象，有些对象甚至只用一次即可回收。
试想，在不进行对象存活时间区分的情况下，每次垃圾回收都是对整个堆空间进行回收，花费时间相对会长，同时，因为每次回收都需要遍历所有存活对象，但实际上，对于生命周期长的对象而言，这种遍历是没有效果的，因为可能进行了很多次遍历，但是他们依旧存在。因此，分代垃圾回收采用分治的思想，进行代的划分，把不同生命周期的对象放在不同代上，不同代上采用最适合它的垃圾回收方式进行回收。
如何分代
如图所示：虚拟机中的共划分为三个代：年轻代（Young Generation）、年老点（Old Generation）和持久代（Permanent Generation）。其中持久代主要存放的是Java类的类信息，与垃圾收集要收集的Java对象关系不大。年轻代和年老代的划分是对垃圾收集影响比较大的。
年轻代:
所有新生成的对象首先都是放在年轻代的。年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象。年轻代分三个区。一个Eden区，两个Survivor区(一般而言)。大部分对象在Eden区中生成。当Eden区满时，还存活的对象将被复制到Survivor区（两个中的一个），当这个Survivor区满时，此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区，当这个Survivor去也满了的时候，从第一个Survivor区复制过来的并且此时还存活的对象，将被复制“年老区(Tenured)”。需要注意，Survivor的两个区是对称的，没先后关系，所以同一个区中可能同时存在从Eden复制过来 对象，和从前一个Survivor复制过来的对象，而复制到年老区的只有从第一个Survivor去过来的对象。而且，Survivor区总有一个是空的。同时，根据程序需要，Survivor区是可以配置为多个的（多于两个），这样可以增加对象在年轻代中的存在时间，减少被放到年老代的可能。
年老代:
在年轻代中经历了N次垃圾回收后仍然存活的对象，就会被放到年老代中。因此，可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。
持久代:
用于存放静态文件，如今Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著影响，但是有些应用可能动态生成或者调用一些class，例如Hibernate等，在这种时候需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中新增的类。持久代大小通过-XX:MaxPermSize=<N>进行设置。
什么情况下触发垃圾回收
由于对象进行了分代处理，因此垃圾回收区域、时间也不一样。GC有两种类型：Scavenge GC和Full GC。
Scavenge GC
一般情况下，当新对象生成，并且在Eden申请空间失败时，就会触发Scavenge GC，对Eden区域进行GC，清除非存活对象，并且把尚且存活的对象移动到Survivor区。然后整理Survivor的两个区。这种方式的GC是对年轻代的Eden区进行，不会影响到年老代。因为大部分对象都是从Eden区开始的，同时Eden区不会分配的很大，所以Eden区的GC会频繁进行。因而，一般在这里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能尽快空闲出来。
Full GC
对整个堆进行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因为需要对整个对进行回收，所以比Scavenge GC要慢，因此应该尽可能减少Full GC的次数。在对JVM调优的过程中，很大一部分工作就是对于FullGC的调节。有如下原因可能导致Full GC：
· 年老代（Tenured）被写满
· 持久代（Perm）被写满
· System.gc()被显示调用
·上一次GC之后Heap的各域分配策略动态变化
5.（六）-分代垃圾回收详述2
选择合适的垃圾收集算法
串行收集器
用单线程处理所有垃圾回收工作，因为无需多线程交互，所以效率比较高。但是，也无法使用多处理器的优势，所以此收集器适合单处理器机器。当然，此收集器也可以用在小数据量（100M左右）情况下的多处理器机器上。可以使用-XX:+UseSerialGC打开。
并行收集器
对年轻代进行并行垃圾回收，因此可以减少垃圾回收时间。一般在多线程多处理器机器上使用。使用-XX:+UseParallelGC.打开。并行收集器在J2SE5.0第六6更新上引入，在Java SE6.0中进行了增强--可以对年老代进行并行收集。如果年老代不使用并发收集的话，默认是使用单线程进行垃圾回收，因此会制约扩展能力。使用-XX:+UseParallelOldGC打开。
使用-XX:ParallelGCThreads=<N>设置并行垃圾回收的线程数。此值可以设置与机器处理器数量相等。
此收集器可以进行如下配置：
最大垃圾回收暂停:指定垃圾回收时的最长暂停时间，通过-XX:MaxGCPauseMillis=<N>指定。<N>为毫秒.如果指定了此值的话，堆大小和垃圾回收相关参数会进行调整以达到指定值。设定此值可能会减少应用的吞吐量。
吞吐量:吞吐量为垃圾回收时间与非垃圾回收时间的比值，通过-XX:GCTimeRatio=<N>来设定，公式为1/（1+N）。例如，-XX:GCTimeRatio=19时，表示5%的时间用于垃圾回收。默认情况为99，即1%的时间用于垃圾回收。
并发收集器
可以保证大部分工作都并发进行（应用不停止），垃圾回收只暂停很少的时间，此收集器适合对响应时间要求比较高的中、大规模应用。使用-XX:+UseConcMarkSweepGC打开。
并发收集器主要减少年老代的暂停时间，他在应用不停止的情况下使用独立的垃圾回收线程，跟踪可达对象。在每个年老代垃圾回收周期中，在收集初期并发收集器 会对整个应用进行简短的暂停，在收集中还会再暂停一次。第二次暂停会比第一次稍长，在此过程中多个线程同时进行垃圾回收工作。
并发收集器使用处理器换来短暂的停顿时间。在一个N个处理器的系统上，并发收集部分使用K/N个可用处理器进行回收，一般情况下1<=K<=N/4。
在只有一个处理器的主机上使用并发收集器，设置为incremental mode模式也可获得较短的停顿时间。
浮动垃圾：由于在应用运行的同时进行垃圾回收，所以有些垃圾可能在垃圾回收进行完成时产生，这样就造成了“Floating Garbage”，这些垃圾需要在下次垃圾回收周期时才能回收掉。所以，并发收集器一般需要20%的预留空间用于这些浮动垃圾。
Concurrent Mode Failure：并发收集器在应用运行时进行收集，所以需要保证堆在垃圾回收的这段时间有足够的空间供程序使用，否则，垃圾回收还未完成，堆空间先满了。这种情况下将会发生“并发模式失败”，此时整个应用将会暂停，进行垃圾回收。
启动并发收集器：因为并发收集在应用运行时进行收集，所以必须保证收集完成之前有足够的内存空间供程序使用，否则会出现“Concurrent Mode Failure”。通过设置-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=<N>指定还有多少剩余堆时开始执行并发收集
小结
串行处理器：
--适用情况：数据量比较小（100M左右）；单处理器下并且对响应时间无要求的应用。
--缺点：只能用于小型应用
并行处理器：
--适用情况：“对吞吐量有高要求”，多CPU、对应用响应时间无要求的中、大型应用。举例：后台处理、科学计算。
--缺点：垃圾收集过程中应用响应时间可能加长
并发处理器：
--适用情况：“对响应时间有高要求”，多CPU、对应用响应时间有较高要求的中、大型应用。举例：Web服务器/应用服务器、电信交换、集成开发环境。
