第五章、异常、断言和日志

为了尽量避免程序出现错误，至少应该做到以下几点：

• 向用户通知错误；
• 保存所有的工作；
• 允许用户妥善地退出程序。

一、处理错误

为了能够处理程序中的异常情况，必须考虑到程序中可能出现的错误和问题。那么需要考虑哪些问题呢？

• 用户输入错误。除了那些不可避免的键盘输入错误外，有些用户喜欢自行其他，而不遵守程序的要求。例如，假设有一个用户情趣链接一个 URL，而这个 URL 语法却不正确。你的代码应该对此进行检查，如果没有检查，网络层就会报错。
• 设备错误。硬件并不总是让它做什么，它就做什么。打印机可能被关掉了。网页可能临时性地不能浏览。在任务的处理过程中，硬件经常会出现问题。例如，打印机在打印过程中可能没有纸了。
• 物理限制。硬盘已满，你可能已经用尽了所有可用的储存空间。
• 代码错误。程序方法有可能没有正确地完成工作。例如，方法可能返回了一个错误的答案，或者错误地调用了其他方法。计算一个无效的数组索引，试图在散列表中查找一个不存在的记录，或者试图让一个空栈执行d出 *** 作，这些都属于代码错误。

对于方法中的错误，传统的做法是返回一个特殊的错误码，由调用方法分析。例如，对于从文件中读取信息的方法，返回值通常不是标准字符，而是一个 -1，表示文件结束。
这对于处理很多异常状况都是很高效地方法。还有一种表示错误状况的常用返回值是 null 引用。

遗憾的是，并不是任何情况下都能够返回一个错误码。有可能无法明确地将有效数据与无效数据加以区分。一个返回整型地方法就不能简单地通过返回 -1 表示错误，因为 -1 很可能是一个完全合法地结果。

在 Java 中，如果某个方法不能够采用正常的途径完成它的任务，可以通过另外一个路径退出方法。在这种情况下，方法并不返回任何值，而是抛出（throw）一个封装了错误信息的对象。需要注意的是，这个方法将会立刻退出，并不返回正常值（或任何值）。此外，也不会从调用这个方法地代码继续执行，取而代之的是，异常处理机制开始搜索能够处理这种异常状况的异常处理器。

1、异常分类

在 Java 程序设计语言中，异常对象都是派生于 Throwable 类的一个类实例。

下图是 Java 异常层次结构的一个简化示意图：

需要注意的是，所有的异常都是由 Throwable 继承而来，但在下一层立即分解为两个分支：Error 和 Exception。

Error 类层次结构描述了 Java 运行系统的内部错误和资源耗尽错误。你的应用程序不应该抛出这种类型的对象。如果出现了这样的内部错误，除了通知用户，并尽力妥善地种植程序之外，你几乎无能为力。这种情况很少出现。

在设计 Java 程序时，要重点关注 Exception 层次结构。这个层次结构又分解为两个分支：一个分支派生于 RuntimeException；另一个分支包含其他异常。一般规则是：由编程错误导致的异常属于 RuntimeException；如果程序本身没有问题，但由于像 I/O 错误这类问题导致的异常属于其他异常。

派生于 RuntimeException 的异常包括以下问题：

• 错误的强制类型转换。
• 数组访问越界。
• 访问 null 指针。

不是派生于 RuntimeException 的异常包括：

• 试图超越文件末尾继续读取数据。
• 试图打开一个不存在的文件。
• 试图根据给定的字符串查找 Class 对象，而这个字符串表示的类并不存在。

Java 语言规范将派生于 Error 类或 RuntimeException 类的所有异常称为非检查型（unchecked）异常，其他所有的异常称为检查型（checked）异常。这是很有用的术语，在后面还会用到。编译器将检查你是否为所有的检查型异常提供了异常处理器。

2、声明检查型异常

要在方法的首部指出这个方法可能抛出一个异常，所以要修改方法首部，以反映这个方法可能抛出的检查型异常。例如，下面是标准类库中 FileInputStream 类的一个构造器的声明：

public FileInputStream(String name) throws FileNotFoundException

这个方法表示这个构造器将根据给定的 String 参数产生一个 FileInputStream 对象，但也有可能出错而抛出一个 FileNotFoundException 异常。如果发生了这种糟糕情况，构造器将不会初始化一个新的 FileInputStream 对象，而是抛出一个 FileNotFoundException 类对象。如果这个方法真的抛出了这样一个异常对象，运行时系统就会开始搜索知道如何处理 FileNotFoundException 对象的异常处理器。

3、如何抛出异常

假设一个名为 readData 的方法正在读取一个文件，然而，在读到 722 个字符之后文件就结束了。这时我们需要抛出一个异常。

首先要决定应该抛出什么类型的异常。可能某种 IOException 是个不错的选择。仔细阅读 Java API 文档之后会发现：EOFException 异常的描述是：“指示输入过程中意外遇到了 EOF”。完美，这正是我们要抛出的异常。下面是抛出这个异常的语句：

throw new EOFException();

或者，也可以是

var e = new EOFException();
throw e;

下面将这些代码放在一起：

String readData(Scanner in) throws EOFException{
	...
	while (...) {
		if (!in.hasNext()) { // EOF encountered
			if (n < len) {
				throw new EOFException();
			}
			...
		}
	}
	...
}

EOFException 类还有一个字符串参数的构造器。可以用此很好地描述异常：

String gripe = "Content - length: " + len + ", Received: " + n;
throw new EOFException(gripe);

4、创建异常类

在真实开发过程中，可能会遇到任何标准异常类都无法描述清楚的问题。在这种情况下，可以创建自己的异常类。我们需要做的只是定义一个派生于 Exception 的类，或者派生于 Exception 的某个子类，如 IOException。习惯的做法是，自定义的这个类应该包含两个构造器，一个是默认的构造器，另一个是包含详细描述信息的构造器。

class FileFormatException extends IOException{
	public FileFormatException() {}
	public FileFormatException(String gripe) {
		super(gripe);
	}
}

现在，就可以抛出自己定义的异常类型了。

String readData(BufferedReader in) throws FileFormatException{
	...
	while (...) {
		if (ch == -1) { //EOF encountered
			if (n < len) {
				throw new FileFormatException();
			}
		}
		...
	}
	return s;
}

java.lang.Throwable

• Throwable()
  构造一个新的 Throwable 对象，但没有详细的描述信息。
• Throwable(String message)
  构造一个新的 Throwable 对象，带有指定的详细描述信息。
• String getMessage()
  获得 Throwable 对象的详细描述信息。

二、捕获异常

抛出异常，十分容易，只要将其抛出就不必理睬了。当然，有些代码必须捕获异常。捕获异常需要做更多规划。

1、捕获异常

要想捕获一个异常，需要设置 try/catch 语句块。最简单的 try 语句块如下所示：

try {
	...
} catch (ExceptionType e) {
	...
}

如果 try 语句块中的任何代码抛出了 catch 子句中指定的一个异常类，那么

1. 程序将跳过 try 语句块的其他代码。
2. 程序将执行 catch 子句中的处理器代码。

如果 try 语句块中的代码没有抛出任何异常，那么程序将跳过 catch 子句。

2、捕获多个异常

在一个 try 语句块中可以捕获多个异常类型，并对不同类型的异常做出不同的处理。腰围每个异常类型使用一个单独的 catch 子句，如下例所示：

try {
	// 业务代码
} catch (FileNoFoundException e) {
	// 异常处理
} catch (UnknownMostException e) {
	// 异常处理
} catch (IOException e) {
	// 异常处理
}

要想获得这个对象的更多信息，可以尝试使用 e.getMessage()

3、finally 子句

不管是否有异常捕获，finally 子句中的代码都会执行。在下面的示例中，所有情况下程序都将关闭输入流。

var in = new FileInputStream(...);
try {
	// 业务代码
} catch (IOException e) {
	...
} finally {
	in.close();
}

三、使用异常的技巧

1. 异常处理不能代替简单的测试。
2. 不要过分地细化异常。
3. 充分利用异常层次结构。
4. 不要压制异常。
5. 在检测错误时，“苛刻”要比放任更好。
6. 不要羞于传递异常。

四、使用断言

在一个具有自我保护能力地程序中，断言很常用。

1、断言的概念

断言机制允许在测试期间向代码中插入一些检查，而在生产代码中会自动删除这些检查。

Java 语言引入了关键字 assert。这个关键字有两种形式：assert condition 和 assert condition : expression

这两个语句都会计算条件，如果结果为 false，则抛出一个 AssertionError 异常。在第二个语句中，表达式将传入 AssertionError 对象的构造器，并转换成一个消息字符串。

要想断言 x 是一个非负数，只需要简单地使用下面这条语句

assert x >= 0;

或者将 x 地实际值传递给 AssertionError 对象，以便以后显示

assert x >= 0 : x;

2、启用和禁用断言

在默认情况下，断言是禁用的。可以在运行程序时用 -enableassertions 或 -ea 选项启用断言：

java -enableassertion MyApp

需要注意的是，不必重新编译程序来启用或禁用断言。启用或禁用断言时类加载器（class loader）的功能。禁用断言时，类加载器会去除断言代码，因此，不会降低程序运行的速度。

也可以在某个类或整个包中启用断言，例如：

java -ea:MyClass -ea:com.mycompany.mylib MyApp

这条命令将为 MyClass 类以及 com.mycompany.mylib 包和它的子包中的所有类打开断言。选项 -ea 将打开无名包中所有类的断言。

也可以用选项 -disableassertions 或 -da 在某个特定类和包中禁用断言：

java -ea:... -da:MyClass MyApp

有些类不是由类加载器加载，而是直接由虚拟机加载的。可以使用这些开关有选择地启用或禁用哪些类中的断言。