异常与多线程概述
day05 【异常、线程】
主要内容
- 异常、线程
教学目标
- [ ] 可以辨别程序中异常和错误的区别
- [ ] 说出异常的分类
- [ ] 说出虚拟机处理异常的方式
- [ ] 列举出常见的三个运行期异常
- [ ] 可以使用try...catch关键字处理异常
- [ ] 可以使用throws关键字处理异常
- [ ] 可以自定义异常类
- [ ] 可以处理自定义异常类
- [ ] 说出进程的概念
- [ ] 说出线程的概念
- [ ] 可以理解并发与并行的区别
- [ ] 可以开启新线程
第一章 异常
1.1 异常概念
异常，就是不正常的意思。在生活中:医生说,你的身体某个部位有异常,该部位和正常相比有点不一样,该部位的功能将受影响.在程序中的意思就是：java
- 异常 ：指的是程序在执行过程当中，出现的非正常的状况，最终会致使JVM的非正常中止。
在Java等面向对象的编程语言中，异常自己是一个类，产生异常就是建立异常对象并抛出了一个异常对象。Java处理异常的方式是中断处理。程序员
异常指的并非语法错误,语法错了,编译不经过,不会产生字节码文件,根本不能运行.
1.2 异常体系
异常机制实际上是帮助咱们找到程序中的问题，异常的根类是java.lang.Throwable，其下有两个子类：java.lang.Error与java.lang.Exception，日常所说的异常指java.lang.Exception。数据库
Throwable体系：编程
- Error:严重错误Error，没法经过处理的错误，只能事先避免，比如绝症。
- Exception:表示异常，异常产生后程序员能够经过代码的方式纠正，使程序继续运行，是必需要处理的。比如感冒、阑尾炎。
Throwable中的经常使用方法：数组
-
public void printStackTrace():打印异常的详细信息。包含了异常的类型,异常的缘由,还包括异常出现的位置,在开发和调试阶段,都得使用printStackTrace。安全
-
public String getMessage():获取发生异常的缘由。提示给用户的时候,就提示错误缘由。网络
-
public String toString():获取异常的类型和异常描述信息(不用)。
出现异常,没关系张,把异常的简单类名,拷贝到API中去查。多线程
1.3 异常分类
咱们日常说的异常就是指Exception，由于这类异常一旦出现，咱们就要对代码进行更正，修复程序。并发
异常(Exception)的分类:根据在编译时期仍是运行时期去检查异常?编程语言
- 编译时期异常:checked异常。在编译时期,就会检查,若是没有处理异常,则编译失败。(如日期格式化异常)
- 运行时期异常:runtime异常。在运行时期,检查异常.在编译时期,运行异常不会编译器检测(不报错)。(如数学异常)
1.4 异常的产生过程解析
先运行下面的程序，程序会产生一个数组索引越界异常ArrayIndexOfBoundsException。咱们经过图解来解析下异常产生的过程。
工具类
public class ArrayTools {
// 对给定的数组经过给定的角标获取元素。
public static int getElement(int[] arr, int index) {
int element = arr[index];
return element;
}
}
测试类
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");
}
}
上述程序执行过程图解：
第二章 异常的处理
Java异常处理的五个关键字：try、catch、finally、throw、throws
2.1 抛出异常throw
在编写程序时，咱们必需要考虑程序出现问题的状况。好比，在定义方法时，方法须要接受参数。那么，当调用方法使用接受到的参数时，首先须要先对参数数据进行合法的判断，数据若不合法，就应该告诉调用者，传递合法的数据进来。这时须要使用抛出异常的方式来告诉调用者。
在java中，提供了一个throw关键字，它用来抛出一个指定的异常对象。那么，抛出一个异常具体如何操做呢？
- 建立一个异常对象。封装一些提示信息(信息能够本身编写)。
- 须要将这个异常对象告知给调用者。怎么告知呢？怎么将这个异常对象传递到调用者处呢？经过关键字throw就能够完成。throw 异常对象。
throw用在方法内，用来抛出一个异常对象，将这个异常对象传递到调用者处，并结束当前方法的执行。
使用格式：
throw new 异常类名(参数);
例如：
throw new NullPointerException("要访问的arr数组不存在");
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("该索引在数组中不存在，已超出范围");
学习完抛出异常的格式后，咱们经过下面程序演示下throw的使用。
public class ThrowDemo {
public static void main(String[] args) {
//建立一个数组
int[] arr = {2,4,52,2};
//根据索引找对应的元素
int index = 4;
int element = getElement(arr, index);
System.out.println(element);
System.out.println("over");
}
/*
* 根据 索引找到数组中对应的元素
*/
public static int getElement(int[] arr,int index){
//判断 索引是否越界
if(index<0 || index>arr.length-1){
/*
判断条件若是知足，当执行完throw抛出异常对象后，方法已经没法继续运算。
这时就会结束当前方法的执行，并将异常告知给调用者。这时就须要经过异常来解决。
*/
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("哥们，角标越界了~~~");
}
int element = arr[index];
return element;
}
}
注意：若是产生了问题，咱们就会throw将问题描述类即异常进行抛出，也就是将问题返回给该方法的调用者。那么对于调用者来讲，该怎么处理呢？一种是进行捕获处理，另外一种就是继续讲问题声明出去，使用throws声明处理。
2.2 Objects非空判断
还记得咱们学习过一个类Objects吗，曾经提到过它由一些静态的实用方法组成，这些方法是null-save（空指针安全的）或null-tolerant（容忍空指针的），那么在它的源码中，对对象为null的值进行了抛出异常操做。
-
public static <T> T requireNonNull(T obj):查看指定引用对象不是null。
查看源码发现这里对为null的进行了抛出异常操做：
public static <T> T requireNonNull(T obj) {
if (obj == null)
throw new NullPointerException();
return obj;
}
2.3 声明异常throws
声明异常：将问题标识出来，报告给调用者。若是方法内经过throw抛出了编译时异常，而没有捕获处理（稍后讲解该方式），那么必须经过throws进行声明，让调用者去处理。
关键字throws运用于方法声明之上,用于表示当前方法不处理异常,而是提醒该方法的调用者来处理异常(抛出异常).
声明异常格式：
修饰符 返回值类型 方法名(参数) throws 异常类名1,异常类名2…{ }
声明异常的代码演示：
public class ThrowsDemo {
public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {
read("a.txt");
}
// 若是定义功能时有问题发生须要报告给调用者。能够经过在方法上使用throws关键字进行声明
public static void read(String path) throws FileNotFoundException {
if (!path.equals("a.txt")) {//若是不是 a.txt这个文件
// 我假设 若是不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常 throw
throw new FileNotFoundException("文件不存在");
}
}
}
throws用于进行异常类的声明，若该方法可能有多种异常状况产生，那么在throws后面能够写多个异常类，用逗号隔开。
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")) {//若是不是 a.txt这个文件
// 我假设 若是不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常 throw
throw new FileNotFoundException("文件不存在");
}
if (!path.equals("b.txt")) {
throw new IOException();
}
}
}
2.4 捕获异常try…catch
若是异常出现的话,会马上终止程序,因此咱们得处理异常:
- 该方法不处理,而是声明抛出,由该方法的调用者来处理(throws)。
- 在方法中使用try-catch的语句块来处理异常。
try-catch的方式就是捕获异常。
- 捕获异常：Java中对异常有针对性的语句进行捕获，能够对出现的异常进行指定方式的处理。
捕获异常语法以下：
try{
编写可能会出现异常的代码
}catch(异常类型 e){
处理异常的代码
//记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
}
try：该代码块中编写可能产生异常的代码。
catch：用来进行某种异常的捕获，实现对捕获到的异常进行处理。
注意:try和catch都不能单独使用,必须连用。
演示以下：
public class TryCatchDemo {
public static void main(String[] args) {
try {// 当产生异常时，必须有处理方式。要么捕获，要么声明。
read("b.txt");
} catch (FileNotFoundException e) {// 括号中须要定义什么呢？
//try中抛出的是什么异常，在括号中就定义什么异常类型
System.out.println(e);
}
System.out.println("over");
}
/*
*
* 咱们 当前的这个方法中 有异常 有编译期异常
*/
public static void read(String path) throws FileNotFoundException {
if (!path.equals("a.txt")) {//若是不是 a.txt这个文件
// 我假设 若是不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常 throw
throw new FileNotFoundException("文件不存在");
}
}
}
如何获取异常信息：
Throwable类中定义了一些查看方法:
-
public String getMessage():获取异常的描述信息,缘由(提示给用户的时候,就提示错误缘由。 -
public String toString():获取异常的类型和异常描述信息(不用)。 -
public void printStackTrace():打印异常的跟踪栈信息并输出到控制台。
包含了异常的类型,异常的缘由,还包括异常出现的位置,在开发和调试阶段,都得使用printStackTrace。
2.4 finally 代码块
finally：有一些特定的代码不管异常是否发生，都须要执行。另外，由于异常会引起程序跳转，致使有些语句执行不到。而finally就是解决这个问题的，在finally代码块中存放的代码都是必定会被执行的。
何时的代码必须最终执行？
当咱们在try语句块中打开了一些物理资源(磁盘文件/网络链接/数据库链接等),咱们都得在使用完以后,最终关闭打开的资源。
finally的语法:
try...catch....finally:自身须要处理异常,最终还得关闭资源。
注意:finally不能单独使用。
好比在咱们以后学习的IO流中，当打开了一个关联文件的资源，最后程序无论结果如何，都须要把这个资源关闭掉。
finally代码参考以下：
public class TryCatchDemo4 {
public static void main(String[] args) {
try {
read("a.txt");
} catch (FileNotFoundException e) {
//抓取到的是编译期异常 抛出去的是运行期
throw new RuntimeException(e);
} finally {
System.out.println("无论程序怎样，这里都将会被执行。");
}
System.out.println("over");
}
/*
*
* 咱们 当前的这个方法中 有异常 有编译期异常
*/
public static void read(String path) throws FileNotFoundException {
if (!path.equals("a.txt")) {//若是不是 a.txt这个文件
// 我假设 若是不是 a.txt 认为 该文件不存在 是一个错误 也就是异常 throw
throw new FileNotFoundException("文件不存在");
}
}
}
当只有在try或者catch中调用退出JVM的相关方法,此时finally才不会执行,不然finally永远会执行。
2.5 异常注意事项
-
多个异常使用捕获又该如何处理呢？
- 多个异常分别处理。
- 多个异常一次捕获，屡次处理。
- 多个异常一次捕获一次处理。
通常咱们是使用一次捕获屡次处理方式，格式以下：
try{
编写可能会出现异常的代码
}catch(异常类型A e){ 当try中出现A类型异常,就用该catch来捕获.
处理异常的代码
//记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
}catch(异常类型B e){ 当try中出现B类型异常,就用该catch来捕获.
处理异常的代码
//记录日志/打印异常信息/继续抛出异常
}
注意:这种异常处理方式，要求多个catch中的异常不能相同，而且若catch中的多个异常之间有子父类异常的关系，那么子类异常要求在上面的catch处理，父类异常在下面的catch处理。
- 运行时异常被抛出能够不处理。即不捕获也不声明抛出。
- 若是finally有return语句,永远返回finally中的结果,避免该状况.
- 若是父类抛出了多个异常,子类重写父类方法时,抛出和父类相同的异常或者是父类异常的子类或者不抛出异常。
- 父类方法没有抛出异常，子类重写父类该方法时也不可抛出异常。此时子类产生该异常，只能捕获处理，不能声明抛出
第三章 自定义异常
3.1 概述
为何须要自定义异常类:
咱们说了Java中不一样的异常类,分别表示着某一种具体的异常状况,那么在开发中老是有些异常状况是SUN没有定义好的,此时咱们根据本身业务的异常状况来定义异常类。例如年龄负数问题,考试成绩负数问题等等。
在上述代码中，发现这些异常都是JDK内部定义好的，可是实际开发中也会出现不少异常,这些异常极可能在JDK中没有定义过,例如年龄负数问题,考试成绩负数问题.那么能不能本身定义异常呢？
什么是自定义异常类:
在开发中根据本身业务的异常状况来定义异常类.
自定义一个业务逻辑异常: RegisterException。一个注册异常类。
异常类如何定义:
- 自定义一个编译期异常: 自定义类 并继承于
java.lang.Exception。 - 自定义一个运行时期的异常类:自定义类 并继承于
java.lang.RuntimeException。
3.2 自定义异常的练习
要求：咱们模拟注册操做，若是用户名已存在，则抛出异常并提示：亲，该用户名已经被注册。
首先定义一个登录异常类RegisterException：
// 业务逻辑异常
public class RegisterException extends Exception {
/**
* 空参构造
*/
public RegisterException() {
}
/**
*
* @param message 表示异常提示
*/
public RegisterException(String message) {
super(message);
}
}
模拟登录操做，使用数组模拟数据库中存储的数据，并提供当前注册帐号是否存在方法用于判断。
public class Demo {
// 模拟数据库中已存在帐号
private static String[] names = {"bill","hill","jill"};
public static void main(String[] args) {
//调用方法
try{
// 可能出现异常的代码
checkUsername("nill");
System.out.println("注册成功");//若是没有异常就是注册成功
}catch(RegisterException e){
//处理异常
e.printStackTrace();
}
}
//判断当前注册帐号是否存在
//由于是编译期异常，又想调用者去处理 因此声明该异常
public static boolean checkUsername(String uname) throws LoginException{
for (String name : names) {
if(name.equals(uname)){//若是名字在这里面 就抛出登录异常
throw new RegisterException("亲"+name+"已经被注册了！");
}
}
return true;
}
}
第四章 多线程
咱们在以前，学习的程序在没有跳转语句的前提下，都是由上至下依次执行，那如今想要设计一个程序，边打游戏边听歌，怎么设计？
要解决上述问题,我们得使用多进程或者多线程来解决.
4.1 并发与并行
- 并发：指两个或多个事件在同一个时间段内发生。
- 并行：指两个或多个事件在同一时刻发生（同时发生）。
在操做系统中，安装了多个程序，并发指的是在一段时间内宏观上有多个程序同时运行，这在单 CPU 系统中，每一时刻只能有一道程序执行，即微观上这些程序是分时的交替运行，只不过是给人的感受是同时运行，那是由于分时交替运行的时间是很是短的。
而在多个 CPU 系统中，则这些能够并发执行的程序即可以分配到多个处理器上（CPU），实现多任务并行执行，即利用每一个处理器来处理一个能够并发执行的程序，这样多个程序即可以同时执行。目前电脑市场上说的多核 CPU，即是多核处理器，核 越多，并行处理的程序越多，能大大的提升电脑运行的效率。
注意：单核处理器的计算机确定是不能并行的处理多个任务的，只能是多个任务在单个CPU上并发运行。同理,线程也是同样的，从宏观角度上理解线程是并行运行的，可是从微观角度上分析倒是串行运行的，即一个线程一个线程的去运行，当系统只有一个CPU时，线程会以某种顺序执行多个线程，咱们把这种状况称之为线程调度。
4.2 线程与进程
- 进程：是指一个内存中运行的应用程序，每一个进程都有一个独立的内存空间，一个应用程序能够同时运行多个进程；进程也是程序的一次执行过程，是系统运行程序的基本单位；系统运行一个程序便是一个进程从建立、运行到消亡的过程。
- 线程：线程是进程中的一个执行单元，负责当前进程中程序的执行，一个进程中至少有一个线程。一个进程中是能够有多个线程的，这个应用程序也能够称之为多线程程序。
简而言之：一个程序运行后至少有一个进程，一个进程中能够包含多个线程
咱们能够再电脑底部任务栏，右键----->打开任务管理器,能够查看当前任务的进程：
进程
线程
线程调度:
- 分时调度
全部线程轮流使用 CPU 的使用权，平均分配每一个线程占用 CPU 的时间。
-
抢占式调度
优先让优先级高的线程使用 CPU，若是线程的优先级相同，那么会随机选择一个(线程随机性)，Java使用的为抢占式调度。
- 设置线程的优先级
- 抢占式调度详解
大部分操做系统都支持多进程并发运行，如今的操做系统几乎都支持同时运行多个程序。好比：如今咱们上课一边使用编辑器，一边使用录屏软件，同时还开着画图板，dos窗口等软件。此时，这些程序是在同时运行，”感受这些软件好像在同一时刻运行着“。
实际上，CPU(中央处理器)使用抢占式调度模式在多个线程间进行着高速的切换。对于CPU的一个核而言，某个时刻，只能执行一个线程，而 CPU的在多个线程间切换速度相对咱们的感受要快，看上去就是在同一时刻运行。
其实，多线程程序并不能提升程序的运行速度，但可以提升程序运行效率，让CPU的使用率更高。
4.3 建立线程类
Java使用java.lang.Thread类表明线程，全部的线程对象都必须是Thread类或其子类的实例。每一个线程的做用是完成必定的任务，实际上就是执行一段程序流即一段顺序执行的代码。Java使用线程执行体来表明这段程序流。Java中经过继承Thread类来建立并启动多线程的步骤以下：
- 定义Thread类的子类，并重写该类的run()方法，该run()方法的方法体就表明了线程须要完成的任务,所以把run()方法称为线程执行体。
- 建立Thread子类的实例，即建立了线程对象
- 调用线程对象的start()方法来启动该线程
代码以下：
测试类：
public class Demo01 {
public static void main(String[] args) {
//建立自定义线程对象
MyThread mt = new MyThread("新的线程！");
//开启新线程
mt.start();
//在主方法中执行for循环
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println("main线程！"+i);
}
}
}
自定义线程类：
public class MyThread extends Thread {
//定义指定线程名称的构造方法
public MyThread(String name) {
//调用父类的String参数的构造方法，指定线程的名称
super(name);
}
/**
* 重写run方法，完成该线程执行的逻辑
*/
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(getName()+"：正在执行！"+i);
}
}
}
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