Объектно-ориентированное программирование на Java. Платформа Java SE

Тимур Машнин

Эта книга предназначена для тех, кто хочет научиться программировать на языке Java.С этой книгой вы обучитесь объектно-ориентированному программированию на платформе Java SE и научитесь применять принципы ООП на практике.Эта книга охватывает важные аспекты программирования на языке Java, начиная с основ и заканчивая объектно-ориентированным подходом и командной разработкой кода.

Исключения

Когда мы говорили о том, что мы можем сделать в случае метода, который не определен для всех возможных входных значений, мы сказали, что мы можем запрограммировать, что нужно сделать в исключительной ситуации.

То есть мы можем программировать, что делать в обычных случаях, и что делать в исключительных случаях.

Это сделает нашу программу более надежной.

Таким образом, у нас есть исключения.

В этом случае мы используем не комментарии, а используем конструкции программирования языка Java.

Мы программируем, что делать для значений, которые не желательны.

Часто бывает, что наши программы хорошо написаны, их синтаксис и последовательность инструкций верны.

И они прекрасно компилируются.

Но когда мы их запускаем, возникают ошибки.

Java обрабатывает ошибки, возникающие в наших программах, во время выполнения с использованием исключений.

Oracle определяет исключения как события, которые происходят во время выполнения программы, и которые нарушают нормальный поток выполнения инструкций.

Однако важно учитывать, что совсем не плохо иметь программы, которые выбрасывают исключения.

Исключения позволяют отделить основную логику программы от действий, которые нужно предпринять, когда происходит что-то необычное.

Кроме того, исключения позволяют классифицировать и дифференцировать типы ошибок систематическим образом.

Таким образом, исключение — это ошибка, возникающая во время выполнения программы. Исключения могут возникать во многих случаях, например:

Пользователь ввел некорректные данные.

Или файл, к которому обращается программа, не найден.

Или сетевое соединение с сервером было утеряно во время передачи данных.

Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных исключений в программах Java, а также механизм их обработки, чтобы обеспечить нормальный поток программы, даже если во время выполнения происходят ошибки.

Первое исключение, которое мы здесь видим, это ArithmeticException.

Это исключение выбрасывается при возникновении арифметических ошибок, например, при делении целого на ноль.

Эти сегменты кода вызывают исключение ArithmeticException.

Если вы программируете метод, в котором вы используете математическое деление, вы всегда должны проверять, что делитель отличается от нуля, так как вы не знаете, какие значения будут иметь аргументы, которые вы принимаете в этом методе.

Другим распространенным исключением является ArrayIndexOutOfBoundsException.

Это исключение вызывается, когда пытаются получить доступ к элементу массива с недействительным индексом.

Если мы определим, например, четырехэлементный массив, то это исключение будет выбрасываться при попытке доступа к элементу массива с индексом четыре или выше, а также при попытке доступа к элементу массиву с отрицательным индексом.

Поэтому, когда метод должен получить доступ к элементу в массиве, важно сначала проверить, что нужная позиция находится в пределах массива.

Еще одно исключение, это NumberFormatException.

Это исключение вызывается, когда пытаются преобразовать строку в числовой тип, например, double или integer, но при этом строка не содержит числа.

Стандартный способ управления этими инструкциями, которые могут выбросить исключение, это заключить их в оператор try-catch.

Здесь вы видите, что код метода printDivision заключен в выражение try-catch.

В этом случае нет необходимости проверять значение b, делителя.

Если b отличен от нуля, будет выполнен метод System.out.printIn (a / b);

В противном случае Java выбросит исключение ArithmeticException с сообщением, что вы не можете делить на ноль.

Поток программы будет продолжен, как обычно, после обнаружения этого исключения.

Выражение try-catch также может быть применено к примерам ArrayIndexOutOfBoundsException и NumberFormatException, которые мы видели ранее.

В обоих случаях, и благодаря выражению try-catch, мы можем гарантировать, что, если возникает исключение, пользователь получит соответствующую информацию, и поток выполнения программы продолжится далее нормально.

Вы также можете не обрабатывать исключения блоком try-catch в методе, а передать это право вызывающему этот метод.

В этом случае вы используете ключевое слово throws, которое прописывается в сигнатуре метода, и обозначающее что этот метод потенциально может выбросить исключение с указанным типом.

И уже в вызывающем коде обработать вызов этого метода блоком try-catch.

Также вы можете сами, специально, не виртуальная машина, а вы — выбросить исключение с помощью ключевого слова throw, указав тип исключения.

Например, чтобы предотвратить выполнение кода, когда параметр метода не является возможным входным значением.

Таким образом, ключевое слово throw — служит для генерации исключений.

Блок try может иметь несколько блоков catch, каждый из которых имеет дело с конкретным исключением.

Если блок try генерирует исключение, то соответствующий блок catch обработает исключение, и программа будет продолжена.

Встроенные исключения Java имеют определенную иерархию.

Все классы, представляющие ошибки являются наследниками класса java.lang.Throwable.

Только объекты этого класса или его наследников могут быть «выброшены» JVM при возникновении какой-нибудь исключительной ситуации, а также только эти исключения могут быть «выброшены» во время выполнения программы с помощью ключевого слова throw.

Поэтому, если вы хотите создать свой класс исключения, он должен происходить от класса Throwable, или более точнее от класса Exception.

Также нужно учитывать, что все исключения делятся на «проверяемые» (checked) и «непроверяемые» (unchecked).

checked exception — проверяемое исключение, которое проверяется компилятором.

Throwable и Exception и все их наследники, за исключением наследников Error-а и RuntimeException — проверяемые.

Error и RuntimeException и все их наследники — не проверяемые компилятором исключения.

Компилятор при компиляции проверяет код на возможность выброса при выполнении кода проверяемого исключения.

И так как проверяемое исключение проверяется во время компиляции, возникнет ошибка компиляции, если проверяемое исключение не обработано блоком try-catch, или оно не объявлено в заголовке или сигнатуре метода с помощью ключевого слова throws.

Так почему не все исключения являются проверяемыми?

Дело в том, что если проверять каждое место, где теоретически может быть ошибка, то ваш код сильно разрастется, и станет плохо читаемым.

И язык Java будет полностью непригодным для использования в качестве языка программирования.

Например, в любом месте, где происходит деление чисел, нужно было бы проверять на исключение ArithmeticException, потому что возможно деление на ноль.

Эту проверку создатели языка оставили программисту на его усмотрение.

Таким образом, исключение RuntimeException является не проверяемым и выбрасывается во время выполнения Java кода, и его дочерние исключения также являются не проверяемыми.

Это исключение IndexOutOfBoundsException — выбрасывается, когда индекс некоторого элемента в структуре данных не попадает в диапазон имеющихся индексов.

Исключение NullPointerException — выбрасывается, когда ссылка на объект, к которому вы обращаетесь, хранит null.

Исключение ClassCastException — это ошибка приведения типов.

И исключение ArithmeticException — выбрасывается, когда выполняются недопустимые арифметические операции, например, деление на ноль.

Исключение Error также является не проверяемым, которое показывает серьезные проблемы возникающие во время выполнения приложения. Исключение Error сигнализирует о ненормальном ходе выполнения программы, т.е. о каких-то критических проблемах.

И его дочерние исключения, также не проверяемые, ThreadDeath — вызывается при неожиданной остановке потока.

Исключение StackOverflowError — ошибка переполнение стека. Часто возникает в рекурсивных функциях из-за неправильного условия выхода.

И исключение OutOfMemoryError — ошибка переполнения памяти.

Из описания этих не проверяемых исключений видно, что обработать все эти возможные ситуации в коде невозможно, иначе весь код — это будет сплошной try-catch.

Теперь, при использовании множественных операторов catch обработчики подклассов исключений должные находиться выше, чем обработчики их суперклассов.

Иначе, суперкласс будет перехватывать все исключения, имея большую область перехвата.

Иными словами, Exception не должен находиться выше ArithmeticException и ArrayIndexOutOfBoundsException.

И еще, операторы try могут быть вложенными.

Если вложенный оператор try не имеет своего обработчика catch для определения исключения, то идёт поиск обработчика catch у внешнего блока try и т. д.

Если подходящий catch не будет найден, то исключение обработает сама система завершением программы.

Таким образом, проверка на проверяемые исключения происходит в момент компиляции, а перехват исключений блоком catch происходит в момент выполнения кода.

Теперь, есть еще одна конструкция в обработке исключений, это блок finally.

Когда исключение передано, выполнение метода направляется по нелинейному пути.

Это может стать источником проблем.

Например, при входе метод открывает файл и закрывает при выходе.

Чтобы закрытие файла не было пропущено из-за обработки исключения, используется блок finally.

Ключевое слово finally создаёт блок кода, который будет выполнен после завершения блока try/catch, но перед кодом, следующим за ним.

Блок будет выполнен, независимо от того, передано исключение или нет.

Оператор finally не обязателен, однако каждый оператор try требует наличия либо catch, либо finally.

Таким образом, блок finally всегда выполняется, когда блок try завершается.

Это гарантирует, что блок finally будет выполнен, даже если произойдет непредвиденное исключение.

Также блок finally позволяет программисту избежать случайного обхода нужного кода.

Включение необходимого для выполнения кода в блок finally всегда является хорошей практикой, даже если не ожидается никаких исключений.

Однако блок finally не всегда может выполняться.

Если виртуальная машина JVM завершает работу во время выполнения кода try или catch, блок finally может не выполняться.

Аналогично, если поток, выполняющий код try или catch, прерывается или убивается, блок finally может не выполняться, даже если программа в целом продолжается.

Блок finally — это ключевой инструмент для предотвращения утечек ресурсов.

Закрывая файл или восстанавливая ресурсы, поместите код в блок finally, чтобы гарантировать, выполнение необходимых операций.

Рассмотрим этот пример.

Каким здесь может быть вывод в консоль?

Здесь вполне возможна ситуация, когда в консоль сначала будет выведено сообщение об ошибке, а только потом вывод System.out.println.

Так как вывод System. out является буферизированным, то есть сообщения сначала помещаются в буфер, прежде они будут выведены в консоль.

А сообщение необработанного исключение выводится через не буферизированный вывод System.err.

Как уже было сказано, каждый оператор try требует наличия либо catch, либо finally.

Поэтому возможна конструкция try — finally.

И блок finally получит управление, даже если try-блок завершится исключением.

И блок finally получит управление, даже если try-блок завершится директивой выхода из метода.

Однако блок finally НЕ будет вызываться, если мы убъем виртуальную машину JVM.

При всем при этом, надо отметить, что блок finally не перехватывает исключение, и программа завершиться ошибкой при возникновении в блоке try исключения.

Исключение перехватывает только блок catch.

Таким образом мы разобрали почти все случаи работы операторов try, catch, throws, throw, и finally.