異常、執行緒
第一章 異常
1.1 異常概念
異常，就是不正常的意思。在生活中:醫生說,你的身體某個部位有異常,該部位和正常相比有點不同,該部位的功能將受影響.在程式中的意思就是：
- 異常 ：指的是程式在執行過程中，出現的非正常的情況，最終會導致JVM的非正常停止。
在Java等面向對象的程式語言中，異常本身是一個類，產生異常就是創建異常對象並拋出了一個異常對象。Java處理異常的方式是中斷處理。
異常指的並不是語法錯誤,語法錯了,編譯不通過,不會產生位元組碼文件,根本不能運行.
1.2 異常體系
異常機制其實是幫助我們找到程式中的問題，異常的根類是java.lang.Throwable，其下有兩個子類：java.lang.Error與java.lang.Exception，平常所說的異常指java.lang.Exception。
Throwable體系：
- Error:嚴重錯誤Error，無法通過處理的錯誤，只能事先避免，好比絕症。
- Exception:表示異常，異常產生後程式設計師可以通過程式碼的方式糾正，使程式繼續運行，是必須要處理的。好比感冒、闌尾炎。
Throwable中的常用方法：
-
public void printStackTrace():列印異常的詳細資訊。包含了異常的類型,異常的原因,還包括異常出現的位置,在開發和調試階段,都得使用printStackTrace。
-
public String getMessage():獲取發生異常的原因。提示給用戶的時候,就提示錯誤原因。
-
public String toString():獲取異常的類型和異常描述資訊(不用)。
出現異常,不要緊張,把異常的簡單類名,拷貝到API中去查。
1.3 異常分類
我們平常說的異常就是指Exception，因為這類異常一旦出現，我們就要對程式碼進行更正，修復程式。
異常(Exception)的分類:根據在編譯時期還是運行時期去檢查異常?
- 編譯時期異常:checked異常。在編譯時期,就會檢查,如果沒有處理異常,則編譯失敗。(如日期格式化異常)
- 運行時期異常:runtime異常。在運行時期,檢查異常.在編譯時期,運行異常不會編譯器檢測(不報錯)。(如數學異常)
1.4 異常的產生過程解析
先運行下面的程式，程式會產生一個數組索引越界異常ArrayIndexOfBoundsException。我們通過圖解來解析下異常產生的過程。
工具類
public class ArrayTools {
// 對給定的數組通過給定的角標獲取元素。
public static int getElement(int[] arr, int index) {
int element = arr[index];
return element;
}
}
測試類
public class ExceptionDemo {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = { 34, 12, 67 };
intnum = ArrayTools.getElement(arr, 4)
System.out.println("num=" + num);
System.out.println("over");
}
}
上述程式執行過程圖解：
第二章 異常的處理
Java異常處理的五個關鍵字：try、catch、finally、throw、throws
2.1 拋出異常throw
在編寫程式時，我們必須要考慮程式出現問題的情況。比如，在定義方法時，方法需要接受參數。那麼，當調用方法使用接受到的參數時，首先需要先對參數數據進行合法的判斷，數據若不合法，就應該告訴調用者，傳遞合法的數據進來。這時需要使用拋出異常的方式來告訴調用者。
在java中，提供了一個throw關鍵字，它用來拋出一個指定的異常對象。那麼，拋出一個異常具體如何操作呢？
-
創建一個異常對象。封裝一些提示資訊(資訊可以自己編寫)。
-
需要將這個異常對象告知給調用者。怎麼告知呢？怎麼將這個異常對象傳遞到調用者處呢？通過關鍵字throw就可以完成。throw 異常對象。
throw用在方法內，用來拋出一個異常對象，將這個異常對象傳遞到調用者處，並結束當前方法的執行。
使用格式：
throw new 異常類名(參數);
例如：
throw new NullPointerException("要訪問的arr數組不存在");
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("該索引在數組中不存在，已超出範圍");
學習完拋出異常的格式後，我們通過下面程式演示下throw的使用。
public class ThrowDemo {
public static void main(String[] args) {
//創建一個數組
int[] arr = {2,4,52,2};
//根據索引找對應的元素
int index = 4;
int element = getElement(arr, index);
System.out.println(element);
System.out.println("over");
}
/*
* 根據 索引找到數組中對應的元素
*/
public static int getElement(int[] arr,int index){
//判斷 索引是否越界
if(index<0 || index>arr.length-1){
/*
判斷條件如果滿足，當執行完throw拋出異常對象後，方法已經無法繼續運算。
這時就會結束當前方法的執行，並將異常告知給調用者。這時就需要通過異常來解決。
*/
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("哥們，角標越界了~~~");
}
int element = arr[index];
return element;
}
}
注意：如果產生了問題，我們就會throw將問題描述類即異常進行拋出，也就是將問題返回給該方法的調用者。
那麼對於調用者來說，該怎麼處理呢？一種是進行捕獲處理，另一種就是繼續講問題聲明出去，使用throws聲明處理。
2.2 Objects非空判斷
還記得我們學習過一個類Objects嗎，曾經提到過它由一些靜態的實用方法組成，這些方法是null-save（空指針安全的）或null-tolerant（容忍空指針的），那麼在它的源碼中，對對象為null的值進行了拋出異常操作。
public static <T> T requireNonNull(T obj):查看指定引用對象不是null。
查看源碼發現這裡對為null的進行了拋出異常操作：
public static <T> T requireNonNull(T obj) {
if (obj == null)
throw new NullPointerException();
return obj;
}
2.3 聲明異常throws
聲明異常：將問題標識出來，報告給調用者。如果方法內通過throw拋出了編譯時異常，而沒有捕獲處理（稍後講解該方式），那麼必須通過throws進行聲明，讓調用者去處理。
關鍵字throws運用於方法聲明之上,用於表示當前方法不處理異常,而是提醒該方法的調用者來處理異常(拋出異常).
聲明異常格式：
修飾符 返回值類型 方法名(參數) throws 異常類名1,異常類名2…{ }
聲明異常的程式碼演示：
public class ThrowsDemo {
public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
read("a.txt");
}
// 如果定義功能時有問題發生需要報告給調用者。可以通過在方法上使用throws關鍵字進行聲明
public static void read(String path) throws FileNotFoundException {
if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt這個文件
// 我假設 如果不是 a.txt 認為 該文件不存在 是一個錯誤 也就是異常 throw
throw new FileNotFoundException("文件不存在");
}
}
}
throws用於進行異常類的聲明，若該方法可能有多種異常情況產生，那麼在throws後面可以寫多個異常類，用逗號隔開。
public class ThrowsDemo2 {
public static void main(String[] args) throws IOException {
read("a.txt");
}
public static void read(String path)throws FileNotFoundException, IOException {
if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt這個文件
// 我假設 如果不是 a.txt 認為 該文件不存在 是一個錯誤 也就是異常 throw
throw new FileNotFoundException("文件不存在");
}
if (!path.equals("b.txt")) {
throw new IOException();
}
}
}
2.4 捕獲異常try…catch
如果異常出現的話,會立刻終止程式,所以我們得處理異常:
- 該方法不處理,而是聲明拋出,由該方法的調用者來處理(throws)。
- 在方法中使用try-catch的語句塊來處理異常。
try-catch的方式就是捕獲異常。
- 捕獲異常：Java中對異常有針對性的語句進行捕獲，可以對出現的異常進行指定方式的處理。
捕獲異常語法如下：
try{
編寫可能會出現異常的程式碼
}catch(異常類型 e){
處理異常的程式碼
//記錄日誌/列印異常資訊/繼續拋出異常
}
try：該程式碼塊中編寫可能產生異常的程式碼。
catch：用來進行某種異常的捕獲，實現對捕獲到的異常進行處理。
注意:try和catch都不能單獨使用,必須連用。
演示如下：
public class TryCatchDemo {
public static void main(String[] args) {
try {// 當產生異常時，必須有處理方式。要麼捕獲，要麼聲明。
read("b.txt");
} catch (FileNotFoundException e) {// 括弧中需要定義什麼呢？
//try中拋出的是什麼異常，在括弧中就定義什麼異常類型
System.out.println(e);
}
System.out.println("over");
}
/*
*
* 我們 當前的這個方法中 有異常 有編譯期異常
*/
public static void read(String path) throws FileNotFoundException {
if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt這個文件
// 我假設 如果不是 a.txt 認為 該文件不存在 是一個錯誤 也就是異常 throw
throw new FileNotFoundException("文件不存在");
}
}
}
如何獲取異常資訊：
Throwable類中定義了一些查看方法:
-
public String getMessage():獲取異常的描述資訊,原因(提示給用戶的時候,就提示錯誤原因。 -
public String toString():獲取異常的類型和異常描述資訊(不用)。 -
public void printStackTrace():列印異常的跟蹤棧資訊並輸出到控制台。
包含了異常的類型,異常的原因,還包括異常出現的位置,在開發和調試階段,都得使用printStackTrace。
2.4 finally 程式碼塊
finally：有一些特定的程式碼無論異常是否發生，都需要執行。另外，因為異常會引發程式跳轉，導致有些語句執行不到。而finally就是解決這個問題的，在finally程式碼塊中存放的程式碼都是一定會被執行的。
什麼時候的程式碼必須最終執行？
當我們在try語句塊中打開了一些物理資源(磁碟文件/網路連接/資料庫連接等),我們都得在使用完之後,最終關閉打開的資源。
finally的語法:
try…catch….finally:自身需要處理異常,最終還得關閉資源。
注意:finally不能單獨使用。
比如在我們之後學習的IO流中，當打開了一個關聯文件的資源，最後程式不管結果如何，都需要把這個資源關閉掉。
finally程式碼參考如下：
public class TryCatchDemo4 {
public static void main(String[] args) {
try {
read("a.txt");
} catch (FileNotFoundException e) {
//抓取到的是編譯期異常 拋出去的是運行期
throw new RuntimeException(e);
} finally {
System.out.println("不管程式怎樣，這裡都將會被執行。");
}
System.out.println("over");
}
/*
*
* 我們 當前的這個方法中 有異常 有編譯期異常
*/
public static void read(String path) throws FileNotFoundException {
if (!path.equals("a.txt")) {//如果不是 a.txt這個文件
// 我假設 如果不是 a.txt 認為 該文件不存在 是一個錯誤 也就是異常 throw
throw new FileNotFoundException("文件不存在");
}
}
}
當只有在try或者catch中調用退出JVM的相關方法,此時finally才不會執行,否則finally永遠會執行。
2.5 異常注意事項
-
多個異常使用捕獲又該如何處理呢？
- 多個異常分別處理。
- 多個異常一次捕獲，多次處理。
- 多個異常一次捕獲一次處理。
一般我們是使用一次捕獲多次處理方式，格式如下：
try{ 編寫可能會出現異常的程式碼 }catch(異常類型A e){ 當try中出現A類型異常,就用該catch來捕獲. 處理異常的程式碼 //記錄日誌/列印異常資訊/繼續拋出異常 }catch(異常類型B e){ 當try中出現B類型異常,就用該catch來捕獲. 處理異常的程式碼 //記錄日誌/列印異常資訊/繼續拋出異常 }注意:這種異常處理方式，要求多個catch中的異常不能相同，並且若catch中的多個異常之間有子父類異常的關係，那麼子類異常要求在上面的catch處理，父類異常在下面的catch處理。
-
運行時異常被拋出可以不處理。即不捕獲也不聲明拋出。
-
如果finally有return語句,永遠返回finally中的結果,避免該情況.
-
如果父類拋出了多個異常,子類重寫父類方法時,拋出和父類相同的異常或者是父類異常的子類或者不拋出異常。
-
父類方法沒有拋出異常，子類重寫父類該方法時也不可拋出異常。此時子類產生該異常，只能捕獲處理，不能聲明拋出
第三章 自定義異常
3.1 概述
為什麼需要自定義異常類:
我們說了Java中不同的異常類,分別表示著某一種具體的異常情況,那麼在開發中總是有些異常情況是SUN沒有定義好的,此時我們根據自己業務的異常情況來定義異常類。例如年齡負數問題,考試成績負數問題等等。
在上述程式碼中，發現這些異常都是JDK內部定義好的，但是實際開發中也會出現很多異常,這些異常很可能在JDK中沒有定義過,例如年齡負數問題,考試成績負數問題.那麼能不能自己定義異常呢？
什麼是自定義異常類:
在開發中根據自己業務的異常情況來定義異常類.
自定義一個業務邏輯異常: RegisterException。一個註冊異常類。
異常類如何定義:
- 自定義一個編譯期異常: 自定義類 並繼承於
java.lang.Exception。 - 自定義一個運行時期的異常類:自定義類 並繼承於
java.lang.RuntimeException。
3.2 自定義異常的練習
要求：我們模擬註冊操作，如果用戶名已存在，則拋出異常並提示：親，該用戶名已經被註冊。
首先定義一個登陸異常類RegisterException：
// 業務邏輯異常
public class RegisterException extends Exception {
/**
* 空參構造
*/
public RegisterException() {
}
/**
*
* @param message 表示異常提示
*/
public RegisterException(String message) {
super(message);
}
}
模擬登陸操作，使用數組模擬資料庫中存儲的數據，並提供當前註冊帳號是否存在方法用於判斷。
public class Demo {
// 模擬資料庫中已存在帳號
private static String[] names = {"bill","hill","jill"};
public static void main(String[] args) {
//調用方法
try{
// 可能出現異常的程式碼
checkUsername("nill");
System.out.println("註冊成功");//如果沒有異常就是註冊成功
}catch(RegisterException e){
//處理異常
e.printStackTrace();
}
}
//判斷當前註冊帳號是否存在
//因為是編譯期異常，又想調用者去處理 所以聲明該異常
public static boolean checkUsername(String uname) throws LoginException{
for (String name : names) {
if(name.equals(uname)){//如果名字在這裡面 就拋出登陸異常
throw new RegisterException("親"+name+"已經被註冊了！");
}
}
return true;
}
}
第四章 多執行緒
我們在之前，學習的程式在沒有跳轉語句的前提下，都是由上至下依次執行，那現在想要設計一個程式，邊打遊戲邊聽歌，怎麼設計？
要解決上述問題,咱們得使用多進程或者多執行緒來解決.
4.1 並發與並行
- 並發：指兩個或多個事件在同一個時間段內發生。
- 並行：指兩個或多個事件在同一時刻發生（同時發生）。
在作業系統中，安裝了多個程式，並髮指的是在一段時間內宏觀上有多個程式同時運行，這在單 CPU 系統中，每一時刻只能有一道程式執行，即微觀上這些程式是分時的交替運行，只不過是給人的感覺是同時運行，那是因為分時交替運行的時間是非常短的。
而在多個 CPU 系統中，則這些可以並發執行的程式便可以分配到多個處理器上（CPU），實現多任務並行執行，即利用每個處理器來處理一個可以並發執行的程式，這樣多個程式便可以同時執行。目前電腦市場上說的多核 CPU，便是多核處理器，核 越多，並行處理的程式越多，能大大的提高電腦運行的效率。
注意：單核處理器的電腦肯定是不能並行的處理多個任務的，只能是多個任務在單個CPU上並發運行。同理,執行緒也是一樣的，從宏觀角度上理解執行緒是並行運行的，但是從微觀角度上分析卻是串列運行的，即一個執行緒一個執行緒的去運行，當系統只有一個CPU時，執行緒會以某種順序執行多個執行緒，我們把這種情況稱之為執行緒調度。
4.2 執行緒與進程
-
進程：是指一個記憶體中運行的應用程式，每個進程都有一個獨立的記憶體空間，一個應用程式可以同時運行多個進程；進程也是程式的一次執行過程，是系統運行程式的基本單位；系統運行一個程式即是一個進程從創建、運行到消亡的過程。
-
執行緒：執行緒是進程中的一個執行單元，負責當前進程中程式的執行，一個進程中至少有一個執行緒。一個進程中是可以有多個執行緒的，這個應用程式也可以稱之為多執行緒程式。
簡而言之：一個程式運行後至少有一個進程，一個進程中可以包含多個執行緒
我們可以再電腦底部任務欄，右鍵—–>打開任務管理器,可以查看當前任務的進程：
進程
執行緒
執行緒調度:
-
分時調度
所有執行緒輪流使用 CPU 的使用權，平均分配每個執行緒佔用 CPU 的時間。
-
搶佔式調度
優先讓優先順序高的執行緒使用 CPU，如果執行緒的優先順序相同，那麼會隨機選擇一個(執行緒隨機性)，Java使用的為搶佔式調度。
- 設置執行緒的優先順序
-
搶佔式調度詳解
大部分作業系統都支援多進程並發運行，現在的作業系統幾乎都支援同時運行多個程式。比如：現在我們上課一邊使用編輯器，一邊使用錄屏軟體，同時還開著畫圖板，dos窗口等軟體。此時，這些程式是在同時運行，」感覺這些軟體好像在同一時刻運行著「。
實際上，CPU(中央處理器)使用搶佔式調度模式在多個執行緒間進行著高速的切換。對於CPU的一個核而言，某個時刻，只能執行一個執行緒，而 CPU的在多個執行緒間切換速度相對我們的感覺要快，看上去就是在同一時刻運行。
其實，多執行緒程式並不能提高程式的運行速度，但能夠提高程式運行效率，讓CPU的使用率更高。
4.3 創建執行緒類
Java使用java.lang.Thread類代表執行緒，所有的執行緒對象都必須是Thread類或其子類的實例。每個執行緒的作用是完成一定的任務，實際上就是執行一段程式流即一段順序執行的程式碼。Java使用執行緒執行體來代表這段程式流。Java中通過繼承Thread類來創建並啟動多執行緒的步驟如下：
- 定義Thread類的子類，並重寫該類的run()方法，該run()方法的方法體就代表了執行緒需要完成的任務,因此把run()方法稱為執行緒執行體。
- 創建Thread子類的實例，即創建了執行緒對象
- 調用執行緒對象的start()方法來啟動該執行緒
程式碼如下：
測試類：
public class Demo01 {
public static void main(String[] args) {
//創建自定義執行緒對象
MyThread mt = new MyThread("新的執行緒！");
//開啟新執行緒
mt.start();
//在主方法中執行for循環
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("main執行緒！"+i);
}
}
}
自定義執行緒類：
public class MyThread extends Thread {
//定義指定執行緒名稱的構造方法
public MyThread(String name) {
//調用父類的String參數的構造方法，指定執行緒的名稱
super(name);
}
/**
* 重寫run方法，完成該執行緒執行的邏輯
*/
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(getName()+"：正在執行！"+i);
}
}
}
