Java异常实现 及 原理

参考链接： 用Java打印异常消息的3种不同方式

Java的基本理念是：结构不佳的代码 不能运行

发现代码错误的时机：

    1、程序编译期间，由编译器对代码进行编译，遇到错误会给出提示

    2、程序运行期间，运行时出现了不可预料的错误，会抛出异常

异常的意义：不允许程序沿着其正常的路径继续走下去，并告诉我们程序发生了什么问题。

一个异常的执行顺序

1、new一个异常对象2、终止当前的执行程序。3、弹出异常对象的引用。4、异常处理机制接管被终止的执行程序。5、寻找一个恰当的地点（异常处理程序）继续执行程序。

一个异常的诞生

1、捕获异常

引入一个概念：监控区域 -- 一段可能产生异常的代码并且后面跟着处理异常的代码

（1）try块

一个方法内部出现问题，或者一个方法内部调用其他方法的时候出现问题，当前程序会立刻中断。如果你不希望程序中断，可以在这个块儿中增加一个“尝试”各种可能产生各种异常的方法调用，他就是try块儿

try{

    String ljh = null ;

    ljh.equals("qwe");

}

（2）catch异常处理程序

必须紧跟在try后面，当你希望对异常做出处理，异常处理程序就是你最好的选择，在这里你可以针对每种想要捕获的异常，准备相应的应对措施，这就是catch

try{

    String ljh = null ;

    ljh.equals("qwe");

}catch(Type1 e1){

    e1.printStackTrace();

}catch(Type2 e2){

    e2.printStackTrace();

}catch(Type3 e3){

    e3.printStackTrace();

} // etc...

当异常抛出后，异常处理机制会寻找与异常类型匹配的catch块儿，例如type2类型的异常就会执行e2.printStackTrace()；

注意一点：当异常处理机制匹配到了一个异常处理程序时，会在当前异常程序处理完毕后结束整个异常处理环节，其他的异常处理程序不会再执行。

例如：Exception类型的异常涵盖了RuntimeException类型异常，但是并不会执行Exception异常处理程序

try{

    String ljh = null ;

    ljh.equals("qwe");

}catch(RuntimeException e){

    System.out.println("RuntimeException");

    e.printStackTrace();

}catch(Exception e){

    System.out.println("Exception");

    e.printStackTrace();

}

RuntimeException

java.lang.NullPointerException

    at com.umbrellacore.privilege.controller.aaa.main(aaa.java:7)

Process finished with exit code 0

异常处理理论上有两种基本模型：终止与恢复

终止模型：这种模型将假设错误非常关键，以至于程序无法返回到异常发生的地方继续执行，一旦异常抛出错误就意味着世界末日，意味着死亡，意味着GG

恢复模型：异常处理程序发现了错误，并且修复了错误然后重新调用出问题的方法，并且认为第二次调用该方法会成功。通常可以将try块放入while循环中，不断执行方法，直到得到满意的结果。

日复一日，年复一年，伟大的程序员们认为恢复模型会带来很多非通用性的代码，增加了维护难度，因为你需要穷举出各种可能的问题和异常的解决办法，并且一旦异常始终无法正常解决，就会陷入无限的循环中。说白了就是管的越细越会给自己造成不必要的麻烦。我们为什么不管一个大面儿，兵来将挡水来土掩，直接抛出来更容易维护。

2、创建异常对象

2.1 自定义异常

所谓的自定义异常就是java提供的异常体系无法满足你的需求，说白了就是有些异常系统无法预见，需要人为干预。所以才有自定义异常的方式，要自己定义一个异常必须从已有的异常类进行继承。

如何自定义异常类：

public class MyException extends Exception {

    public MyException(){}

    public MyException(String exceptionMassage){

        super(exceptionMassage); //明确调用基类的构造器，接收一个字符串为参数

    }

}

public static void main(String[] args) {

    try{

        String ljh = null ;

        try{

            ljh.equals("qwe");

        }catch(Exception e){

            throw new MyException("ljh = null");

        }

    }catch(MyException e){

        System.out.println("RuntimeException");

        e.printStackTrace();

    }

}

com.umbrellacore.privilege.controller.MyException: ljh = null

    at com.umbrellacore.privilege.controller.aaa.main(aaa.java:10)

RuntimeException

Process finished with exit code 0

所有的标准异常类都有两个构造器，一个是默认构造器，一个是接受字符串作为参数，以便把相关参数放入异常对象的构造器。

2.2 throw一个异常

2.1中出现了throw这个关键字，throw这个动作类似return，但是他们之间是不同的。可以简单的把异常处理看成一种不同的返回机制，此外还可以抛出任意类型的Throwable对象，他是异常类型的根类。

对于不同的错误信息，会抛出不同的异常类型，错误信息可以保存在异常对象的内部，或者用异常类的名字来暗示，通常异常对象中仅有的信息就是异常类型。

异常原理

上面说了那么多，对异常大概有了一个初步的了解，起码做到了会用，但是背后的原理究竟是什么，下面来完整剖析一下异常的基本原理。

1、继承关系

2、源码分析

Throwable : Throwable类是整个Java异常体系的超

 ======顶层Throwable构造器======

public Throwable() {

    fillInStackTrace(); //在Throwable对象中填充执行的堆栈信息。此方法在Throwable对象中记录当前线程的栈帧的状态信息

}

public Throwable(String message) {

    fillInStackTrace();

    detailMessage = message;

}

public Throwable(String message, Throwable cause) {

    fillInStackTrace();

    detailMessage = message;

    this.cause = cause;

}

public Throwable(Throwable cause) {

    fillInStackTrace();

    detailMessage = (cause==null ? null : cause.toString());

    this.cause = cause;

}

可以看到这里出镜最多的是fillInStackTrace这个方法，其他的都是detailMassage，也就是异常的语句。所以我们把关注点聚焦在fillInStackTrace这个方法上！

private static final StackTraceElement[] UNASSIGNED_STACK = new StackTraceElement[0];

private StackTraceElement[] stackTrace = UNASSIGNED_STACK; //stackTrace 指向 UNASSIGNED_STACK 

public synchronized Throwable fillInStackTrace() {

   if (stackTrace != null ||

            backtrace != null /* Out of protocol state */ ) {

            fillInStackTrace(0);

            stackTrace = UNASSIGNED_STACK;

        }

        return this;

    }

private native Throwable fillInStackTrace(int dummy);

从上述代码中来进行分析

首先定义了一个数组，数组的类型是StackTraceElement。而且采用了final类型的数组，证明其不可在引用其他类型

来看看这个Element都含哪些东西:

public final class StackTraceElement implements java.io.Serializable {

//可以看出这是一个final class，说明他是一个基础类不许被继承。

    private String declaringClass;   // 方法的类名

    private String methodName;        //方法名

    private String fileName;          //文件名

    private int    lineNumber;       // 调用的行数

// =========构造器======

public StackTraceElement(String declaringClass, String methodName,

                         String fileName, int lineNumber) {

    this.declaringClass = Objects.requireNonNull(declaringClass, "Declaring class is null");

    this.methodName     = Objects.requireNonNull(methodName, "Method name is null");

    this.fileName       = fileName;

    this.lineNumber     = lineNumber;

}

接下来回到fillInStackTrace方法，它还调用了fillInStackTrace(0) 经查看其实调用的是

private native Throwable fillInStackTrace(int dummy);

这是个native方法，也就是个底层本地方法来获取当前线程的堆栈信息。据悉这是一个非常耗时的方法。如果我们仅仅需要用到异常的传播性质，而不关心异常的堆栈信息，那么完全可以在自定义异常类的时候重写fillInStackTrace()方法。

最后我们看一下我们常用的几种打印异常的方法，他们的底层原理

printStackTrace

err是运行期异常和错误反馈的输出流方向。此方法将此对象的堆栈跟踪输出至错误输出流。输出的第一行包含此对象的 toString() 方法的结果。剩余行表示以前由方法 fillInStackTrace() 记录的数据。

    public void printStackTrace() {

        printStackTrace(System.err);

    }

  public void printStackTrace(PrintStream s) {

      printStackTrace(new WrappedPrintStream(s));

  }

private void printStackTrace(PrintStreamOrWriter s) {

    // Guard against malicious overrides of Throwable.equals by

    // using a Set with identity equality semantics.

    Set<Throwable> dejaVu =

        Collections.newSetFromMap(new IdentityHashMap<Throwable, Boolean>());

    dejaVu.add(this);

    synchronized (s.lock()) {

        // Print our stack trace

        s.println(this);

        StackTraceElement[] trace = getOurStackTrace();

        for (StackTraceElement traceElement : trace)

            s.println("\tat " + traceElement);

        // Print suppressed exceptions, if any

        for (Throwable se : getSuppressed())

            se.printEnclosedStackTrace(s, trace, SUPPRESSED_CAPTION, "\t", dejaVu);

        // Print cause, if any

        Throwable ourCause = getCause();

        if (ourCause != null)

            ourCause.printEnclosedStackTrace(s, trace, CAUSE_CAPTION, "", dejaVu);

    }

}

toString

可以看出这里输出了类的信息+定位信息

注意这里的getLocalizedMessage 其实就是 return detailMessage，该值可以自定义字符串，也可以是cause.toString 详见上面的构造器

public String toString() {

    String s = getClass().getName();

    String message = getLocalizedMessage();

    return (message != null) ? (s + ": " + message) : s;

}

getMessage

可以看出返回的仅仅是detailMessage

public String getMessage() {

    return detailMessage;

}

getStackTrace

这个方法返回的是上面介绍的StackTraceElement数组的信息，而且会根据栈的深度去遍历，往数组里放入内容的其实是调用了一个本地方法native StackTraceElement getStackTraceElement(int index); 获得的是栈的信息

public StackTraceElement[] getStackTrace() {

    return getOurStackTrace().clone();

}

private synchronized StackTraceElement[] getOurStackTrace() {

    // Initialize stack trace field with information from

    // backtrace if this is the first call to this method

    if (stackTrace == UNASSIGNED_STACK ||

        (stackTrace == null && backtrace != null) /* Out of protocol state */) {

        int depth = getStackTraceDepth();

        stackTrace = new StackTraceElement[depth];

        for (int i=0; i < depth; i++)

            stackTrace[i] = getStackTraceElement(i);

    } else if (stackTrace == null) {

        return UNASSIGNED_STACK;

    }

    return stackTrace;

}

Error ： Error表示程序在运行期间出现了十分严重、不可恢复的错误

======Error======

public class Error extends Throwable { 

static final long serialVersionUID = 4980196508277280342L; 

public Error() { super(); } 

public Error(String message) { super(message); } 

public Error(String message, Throwable cause) { super(message, cause); } 

public Error(Throwable cause) { super(cause); } 

protected Error(String message, Throwable cause, boolean enableSuppression, boolean writableStackTrace) { super(message, cause, enableSuppression, writableStackTrace); }}

Exception：Exception是应用层面上最顶层的异常类

======Exception======

public class Exception extends Throwable { 

static final long serialVersionUID = -3387516993124229948L; 

public Exception() { super(); } 

public Exception(String message) { super(message); } 

public Exception(String message, Throwable cause) { super(message, cause); } 

public Exception(Throwable cause) { super(cause); } 

protected Exception(String message, Throwable cause, boolean enableSuppression, boolean writableStackTrace) { super(message, cause, enableSuppression, writableStackTrace); }}

可以看出error 和 exception 基本上都是大同小异。