主要內容

異常、線程

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.在程序中的意思就是：

異常：指的是程序在執行過程中，出現的非正常的情況，最終會導致JVM的非正常停止。

在Java等面向對象的編程語言中，異常本身是一個類，產生異常就是創建異常對象并拋出了一個異常對象。Java處理異常的方式是中斷處理。

異常指的并不是語法錯誤,語法錯了,編譯不通過,不會產生字節碼文件,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序中的問題，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。

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Throwable體系：

Error:嚴重錯誤Error，無法通過處理的錯誤，只能事先避免，好比絕癥。
Exception:表示異常，異常產生后程序員可以通過代碼的方式糾正，使程序繼續運行，是必須要處理的。好比感冒、闌尾炎。

Throwable中的常用方法：

public void printStackTrace():打印異常的詳細信息。

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信息(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。

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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，我們就要對代碼進行更正，修復程序。

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)

? [外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-CC6oMzHi-1572792773580)(img\異常的分類.png)]

1.4 異常的產生過程解析

先運行下面的程序，程序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");}
}

上述程序執行過程圖解：

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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

在編寫程序時，我們必須要考慮程序出現問題的情況。比如，在定義方法時，方法需要接受參數。那么，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。那么，拋出一個異常具體如何操作呢？

創建一個異常對象。封裝一些提示信息(信息可以自己編寫)。
需要將這個異常對象告知給調用者。怎么告知呢？怎么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，并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，已超出范圍");

學習完拋出異常的格式后，我們通過下面程序演示下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拋出異常對象后，方法已經無法繼續運算。這時就會結束當前方法的執行，并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。

那么對于調用者來說，該怎么處理呢？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），那么在它的源碼中，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。

查看源碼發現這里對為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（稍后講解該方式），那么必須通過throws進行聲明，讓調用者去處理。

關鍵字throws運用于方法聲明之上,用于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…{   }

聲明異常的代碼演示：

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  throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}}
}

throws用于進行異常類的聲明，若該方法可能有多種異常情況產生，那么在throws后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  throwthrow 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,會立刻終止程序,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代碼
}catch(異常類型  e){處理異常的代碼//記錄日志/打印異常信息/繼續拋出異常
}

**try：**該代碼塊中編寫可能產生異常的代碼。

**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。要么捕獲，要么聲明。read("b.txt");} catch (FileNotFoundException e) {// 括號中需要定義什么呢？//try中拋出的是什么異常，在括號中就定義什么異常類型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  throwthrow new FileNotFoundException("文件不存在");}}
}

如何獲取異常信息：

Throwable類中定義了一些查看方法:

public String getMessage():獲取異常的描述信息,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信息(不用)。
public void printStackTrace():打印異常的跟蹤棧信息并輸出到控制臺。

? 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 代碼塊

finally：有一些特定的代碼無論異常是否發生，都需要執行。另外，因為異常會引發程序跳轉，導致有些語句執行不到。而finally就是解決這個問題的，在finally代碼塊中存放的代碼都是一定會被執行的。

什么時候的代碼必須最終執行？

當我們在try語句塊中打開了一些物理資源(磁盤文件/網絡連接/數據庫連接等),我們都得在使用完之后,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。

比如在我們之后學習的IO流中，當打開了一個關聯文件的資源，最后程序不管結果如何，都需要把這個資源關閉掉。

finally代碼參考如下：

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("不管程序怎樣，這里都將會被執行。");}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  throwthrow 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。

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2.5 異常注意事項

多個異常使用捕獲又該如何處理呢？
1. 多個異常分別處理。
2. 多個異常一次捕獲，多次處理。
3. 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代碼
}catch(異常類型A  e){  當try中出現A類型異常,就用該catch來捕獲.處理異常的代碼//記錄日志/打印異常信息/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.處理異常的代碼//記錄日志/打印異常信息/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，并且若catch中的多個異常之間有子父類異常的關系，那么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

為什么需要自定義異常類:

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,那么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。

在上述代碼中，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.那么能不能自己定義異常呢？

什么是自定義異常類:

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。一個注冊異常類。

異常類如何定義:

自定義一個編譯期異常: 自定義類并繼承于java.lang.Exception。
自定義一個運行時期的異常類:自定義類并繼承于java.lang.RuntimeException。

3.2 自定義異常的練習

要求：我們模擬注冊操作，如果用戶名已存在，則拋出異常并提示：親，該用戶名已經被注冊。

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，使用數組模擬數據庫中存儲的數據，并提供當前注冊賬號是否存在方法用于判斷。

public class Demo {// 模擬數據庫中已存在賬號private static String[] names = {"bill","hill","jill"};public static void main(String[] args) {     //調用方法try{// 可能出現異常的代碼checkUsername("nill");System.out.println("注冊成功");//如果沒有異常就是注冊成功}catch(RegisterException e){//處理異常e.printStackTrace();}}//判斷當前注冊賬號是否存在//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)){//如果名字在這里面 就拋出登陸異常throw new RegisterException("親"+name+"已經被注冊了！");}}return true;}
}

第四章多線程

我們在之前，學習的程序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序，邊打游戲邊聽歌，怎么設計？

要解決上述問題,咱們得使用多進程或者多線程來解決.

4.1 并發與并行

并發：指兩個或多個事件在同一個時間段內發生。
并行：指兩個或多個事件在同一時刻發生（同時發生）。

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在操作系統中，安裝了多個程序，并發指的是在一段時間內宏觀上有多個程序同時運行，這在單 CPU 系統中，每一時刻只能有一道程序執行，即微觀上這些程序是分時的交替運行，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，則這些可以并發執行的程序便可以分配到多個處理器上（CPU），實現多任務并行執行，即利用每個處理器來處理一個可以并發執行的程序，這樣多個程序便可以同時執行。目前電腦市場上說的多核 CPU，便是多核處理器，核越多，并行處理的程序越多，能大大的提高電腦運行的效率。

注意：單核處理器的計算機肯定是不能并行的處理多個任務的，只能是多個任務在單個CPU上并發運行。同理,線程也是一樣的，從宏觀角度上理解線程是并行運行的，但是從微觀角度上分析卻是串行運行的，即一個線程一個線程的去運行，當系統只有一個CPU時，線程會以某種順序執行多個線程，我們把這種情況稱之為線程調度。

4.2 線程與進程

進程：是指一個內存中運行的應用程序，每個進程都有一個獨立的內存空間，一個應用程序可以同時運行多個進程；進程也是程序的一次執行過程，是系統運行程序的基本單位；系統運行一個程序即是一個進程從創建、運行到消亡的過程。
線程：線程是進程中的一個執行單元，負責當前進程中程序的執行，一個進程中至少有一個線程。一個進程中是可以有多個線程的，這個應用程序也可以稱之為多線程程序。

簡而言之：一個程序運行后至少有一個進程，一個進程中可以包含多個線程

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

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線程

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-6Vr3Fzqa-1572792773583)(img\線程概念.png)]

線程調度:

分時調度

所有線程輪流使用 CPU 的使用權，平均分配每個線程占用 CPU 的時間。
搶占式調度

優先讓優先級高的線程使用 CPU，如果線程的優先級相同，那么會隨機選擇一個(線程隨機性)，Java使用的為搶占式調度。
- 設置線程的優先級
[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-QLHsBm6J-1572792773584)(img/設置線程優先級.bmp)]
- 搶占式調度詳解
大部分操作系統都支持多進程并發運行，現在的操作系統幾乎都支持同時運行多個程序。比如：現在我們上課一邊使用編輯器，一邊使用錄屏軟件，同時還開著畫圖板，dos窗口等軟件。此時，這些程序是在同時運行，”感覺這些軟件好像在同一時刻運行著“。

實際上，CPU(中央處理器)使用搶占式調度模式在多個線程間進行著高速的切換。對于CPU的一個核而言，某個時刻，只能執行一個線程，而 CPU的在多個線程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，多線程程序并不能提高程序的運行速度，但能夠提高程序運行效率，讓CPU的使用率更高。

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-1utF0KG4-1572792773584)(img/搶占式調度.bmp)]

4.3 創建線程類

Java使用java.lang.Thread類代表線程，所有的線程對象都必須是Thread類或其子類的實例。每個線程的作用是完成一定的任務，實際上就是執行一段程序流即一段順序執行的代碼。Java使用線程執行體來代表這段程序流。Java中通過繼承Thread類來創建并啟動多線程的步驟如下：

定義Thread類的子類，并重寫該類的run()方法，該run()方法的方法體就代表了線程需要完成的任務,因此把run()方法稱為線程執行體。
創建Thread子類的實例，即創建了線程對象
調用線程對象的start()方法來啟動該線程

代碼如下：

測試類：

public class Demo01 {public static void main(String[] args) {//創建自定義線程對象MyThread mt = new MyThread("新的線程！");//開啟新線程mt.start();//在主方法中執行for循環for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println("main線程！"+i);}}
}

自定義線程類：

public class MyThread extends Thread {//定義指定線程名稱的構造方法public MyThread(String name) {//調用父類的String參數的構造方法，指定線程的名稱super(name);}/*** 重寫run方法，完成該線程執行的邏輯*/@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println(getName()+"：正在執行！"+i);}}
}