Java 中异常处理体系?

Java 的异常体系是分为多层的。

Java 异常体系

Throwable是 Java 语言中所有错误或异常的基类。

Throwable

  • Error：系统内部错误比如虚拟机异常，是程序无法处理的。
  • Exception：程序问题导致的异常
  • CheckedException 受检异常：编译器会强制检查并要求处理的异常。
  • RuntimeException 运行时异常：程序运行中出现异常，比如我们熟悉的空指针、数组下标越界等等

异常的处理方式？

针对异常的处理主要有两种方式：

  • 遇到异常不进行具体处理，而是继续抛给调用者 （throw，throws）

抛出异常有三种形式，一是 throw, 一个 throws，还有一种系统自动抛异常。

throws 用在方法上，后面跟的是异常类，可以跟多个；而 throw 用在方法内，后面跟的是异常对象。

  • try catch 捕获异常

在 catch 语句块中补货发生的异常，并进行处理。

try {
    //包含可能会出现异常的代码以及声明异常的方法
}catch(Exception e) {
    //捕获异常并进行处理
}finally {                                                       }
//可选，必执行的代码
}

try-catch 捕获异常的时候还可以选择加上 finally 语句块，finally 语句块不管程序是否正常执行，最终它都会必然执行。

三道经典异常处理代码题

题目 1

public class TryDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(test());
    }
    public static int test() {
        try {
            return 1;
        } catch (Exception e) {
            return 2;
        } finally {
            System.out.print("3");
        }
    }
}

执行结果：31。

try、catch。finally 的基础用法，在 return 前会先执行 finally 语句块，所以是先输出 finally 里的 3，再输出 return 的 1。

题目 2

public class TryDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(test1());
    }
    public static int test1() {
        try {
            return 2;
        } finally {
            return 3;
        }
    }
}

执行结果：3。

try 返回前先执行 finally，结果 finally 里不按套路出牌，直接 return 了，自然也就走不到 try 里面的 return 了。

finally 里面使用 return 仅存在于面试题中，实际开发这么写要挨吊的。

题目 3

public class TryDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(test1());
    }
    public static int test1() {
        int i = 0;
        try {
            i = 2;
            return i;
        } finally {
            i = 3;
        }
    }
}

执行结果：2。

大家可能会以为结果应该是 3，因为在 return 前会执行 finally，而 i 在 finally 中被修改为 3 了，那最终返回 i 不是应该为 3 吗？

但其实，在执行 finally 之前，JVM 会先将 i 的结果暂存起来，然后 finally 执行完毕后，会返回之前暂存的结果，而不是返回 i，所以即使 i 已经被修改为 3，最终返回的还是之前暂存起来的结果 2。

I/O

Java 中 IO 流分为几种?

流按照不同的特点，有很多种划分方式。

  • 按照流的流向分，可以分为输入流和输出流；
  • 按照操作单元划分，可以划分为字节流和字符流；
  • 按照流的角色划分为节点流和处理流

Java Io 流共涉及 40 多个类，看上去杂乱，其实都存在一定的关联， Java I0 流的 40 多个类都是从如下 4 个抽象类基类中派生出来的。

  • InputStream/Reader: 所有的输入流的基类，前者是字节输入流，后者是字符输入流。
  • OutputStream/Writer: 所有输出流的基类，前者是字节输出流，后者是字符输出流。

IO 流用到了什么设计模式？

其实，Java 的 IO 流体系还用到了一个设计模式——装饰器模式。

InputStream 相关的部分类图如下，篇幅有限，装饰器模式就不展开说了。

既然有了字节流, 为什么还要有字符流?

其实字符流是由 Java 虚拟机将字节转换得到的，问题就出在这个过程还比较耗时，并且，如果我们不知道编码类型就很容易出现乱码问题。

所以， I/O 流就干脆提供了一个直接操作字符的接口，方便我们平时对字符进行流操作。如果音频文件、图片等媒体文件用字节流比较好，如果涉及到字符的话使用字符流比较好。

BIO、NIO、AIO？

BIO、NIO、AIO

BIO(blocking I/O) ：就是传统的 IO，同步阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，可以通过连接池机制改善 (实现多个客户连接服务器)。

BIO 方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4 以前的唯一选择，程序简单易理解。

NIO ：全称 java non-blocking IO，是指 JDK 提供的新 API。从 JDK1.4 开始，Java 提供了一系列改进的输入 / 输出的新特性，被统称为 NIO(即 New IO)。

NIO 是同步非阻塞的，服务器端用一个线程处理多个连接，客户端发送的连接请求会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有 IO 请求就进行处理：

NIO 的数据是面向缓冲区 Buffer 的，必须从 Buffer 中读取或写入。

所以完整的 NIO 示意图：

NIO 完整示意图

可以看出，NIO 的运行机制：

  • 每个 Channel 对应一个 Buffer。
  • Selector 对应一个线程，一个线程对应多个 s。
  • Selector 会根据不同的事件，在各个通道上切换。
  • Buffer 是内存块，底层是数据。

AIO：JDK 7 引入了 Asynchronous I/O，是异步不阻塞的 IO。在进行 I/O 编程中，常用到两种模式：Reactor 和 Proactor。Java 的 NIO 就是 Reactor，当有事件触发时，服务器端得到通知，进行相应的处理，完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。

PS：关于同步阻塞 IO、同步不阻塞 IO、异步不阻塞 IO 的相关概念可以查看：面试字节，被操作系统问挂了