JAVA程序設(shè)計(jì)技能教程第7章

第7章異常處理和多線程

任務(wù)一：掌握J(rèn)ava中對異常的處理

任務(wù)三：實(shí)訓(xùn)七異常處理與多線程編程實(shí)訓(xùn)

任務(wù)二：掌握程序?qū)Χ嗑€程的處理

7.1任務(wù)一掌握J(rèn)ava中對異常的處理

7.1.1異常類和異常處理機(jī)制1.異常類

Java語言采用面向?qū)ο蟮姆椒▉硖幚懋惓＃總€異常都是由異常類產(chǎn)生的對象，所有的異常類（java.lang.Exception）均繼承自java.lang.Object中的java.lang.Throwable類。它提供了一些方法讓我們能夠了解異常產(chǎn)生的原因和一些相關(guān)的信息。Java中的異常類具有層次組織，Throwable類是Object類的直接子類，Throwable類又有Error類（錯誤類）和Exception類（異常類）兩個直接子類，這兩個子類又有許多各自的子類，如圖7-1。圖7-1異常類的繼承結(jié)構(gòu)2.異常處理機(jī)制Java語言提供的異常處理機(jī)制，由捕獲異常和處理異常兩部分組成。在Java程序的執(zhí)行過程中，如果出現(xiàn)了異常事件，就會生成一個異常對象。生成的異常對象將傳遞給Java運(yùn)行系統(tǒng)，這一異常的產(chǎn)生和提交過程稱為拋出（throw）異常。當(dāng)Java系統(tǒng)得到一個異常對象時，它將會尋找處理這一異常的代碼。找到能夠處理這種類型的異常的方法后，系統(tǒng)把當(dāng)前異常對象交給這個方法進(jìn)行處理，這一過程稱為捕獲（catch）異常。如果Java運(yùn)行時系統(tǒng)找不到可以捕獲異的方法，則運(yùn)行時系統(tǒng)將終止，相應(yīng)的Java程序也將退出。7.1.2程序中異常處理方法

1.捕獲異常在Java中用try-catch-finally結(jié)構(gòu)來捕獲和處理異常，其語法結(jié)構(gòu)為：

try {可能產(chǎn)生異常的程序代碼塊；} catch(<要捕獲的異常類型1><變量名稱1>)//要處理的第一種異常

{處理捕獲到的異常的代碼塊；} catch(<要捕獲的異常類型2><變量名稱2>)//要處理的第二種異常

{處理捕獲到的異常的代碼塊；} …… finally//最終處理語句

{無論是否拋出異常都要執(zhí)行的代碼；}說明：

try后面的{}用來選定捕獲異常的范圍，就是我們覺得哪段語句可能會出現(xiàn)異常我們就把這部分語句放到try后面的{}里，如果這一范圍內(nèi)的某條語句發(fā)生異常，程序就會跳出try部分，不再繼續(xù)try塊中剩余的語句，根據(jù)異常的類型來執(zhí)行相應(yīng)的catch語句塊，去處理相應(yīng)的異常。catch語句可以有多個，構(gòu)成多重catch語句，處理不同類型的異常。如果有一個catch語句指定的異常類型與發(fā)生的異常類型相符，那么就會執(zhí)行這個catch語句，其他的catch語句則會被跳過不被執(zhí)行。如果沒有拋出異常，那么try代碼塊就會結(jié)束，并且會跳過所有catch語句，從最后一個catch后面的第一個語句繼續(xù)執(zhí)行。因此，只有在有異常拋出時，才會執(zhí)行catch語句。catch語句中定義變量的方法與在方法中定義參數(shù)相同，只不過這個變量對應(yīng)的是一個對象實(shí)例。不論前面catch語句執(zhí)不執(zhí)行finally后面{}中的語句都會執(zhí)行。【例7-3】加入異常處理的多異常程序importjavax.swing.JOptionPane;public

classArrayTest2{

static

voidarraylong() {

intinputvalue,i; Stringinput;

intarray[];

do { input=JOptionPane.showInputDialog("請輸入數(shù)組長度：");//顯示輸入對話框

inputvalue=Integer.parseInt(input); //將輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為整型

try { array=new

int[inputvalue];

for(i=0;i<5;i++)

{ System.out.println("輸出array["+i+"]"+"="+array[i]+"i="+i); } }

catch(NegativeArraySizeExceptione) { JOptionPane.showMessageDialog(null,"數(shù)組長度不能為負(fù)數(shù)請重新輸入"); //輸出異常處理信息

}

catch(ArrayIndexOutOfBoundsExceptionf) { JOptionPane.showMessageDialog(null,"數(shù)組長度越界請重新輸入"); } }while(inputvalue<5);//條件不符合時返回重新輸入

JOptionPane.showMessageDialog(null,"數(shù)組長度是"+inputvalue,"數(shù)組長度是",JOptionPane.INFORMATION_MESSAGE); }

public

static

voidmain(String[]args) { Arraylong();}

}【例7-3】執(zhí)行結(jié)果2.異常的捕獲順序

在程序中捕獲的NegativeArraySizeException異常類和ArrayIndexOutOfBoundsException異常類都是Exception的子類，然而父子類之間是可以有自動類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算的，這就導(dǎo)致了異常捕獲時有先后順序，如果我們將catch(NegativeArraySizeExceptione)改為catch(Exceptione)，當(dāng)產(chǎn)生ArrayIndexOutOfBoundsException異常時第一個catch就會先將這個異常捕獲并轉(zhuǎn)換為Exception，后一個catch就不起作用了，程序就會報(bào)錯如圖7-5。

圖7-5需要指出的是Java系統(tǒng)本身給我們提供了幾種顯示信息的方法如：toString()方法會顯示異常類的名稱和產(chǎn)生的原因。getLocalizedMessage()方法和getMessage()方法會顯示異常發(fā)生的原因但不會顯示異常的名稱。其中g(shù)etLocalizedMessage()方法顯示的信息會以該程序所在平臺的語系所使用的文字為主。printStackTrace()方法會顯示產(chǎn)生這個異常的相關(guān)類名稱以及是第幾行程序代碼產(chǎn)生的這個異常。3.拋出異常（1）throws關(guān)鍵字的使用在方法中聲明使用throws的具體格式為：返回類型方法名（參數(shù)1，參數(shù)2）throws異常類型1，異常類型2……{……}返回類型是方法的返回?cái)?shù)據(jù)類型，參數(shù)是方法的參數(shù)，異常類型可以有多個用逗號隔開。我們可以將例7-3中在arraylong()方法中可能出現(xiàn)的異常拋出，由調(diào)用它的main()方法來處理?！纠?-4】聲明拋出異常程序importjavax.swing.JOptionPane;publicclassArrayTest3{ staticvoidarraylong()throwsNegativeArraySizeException,ArrayIndexOutOfBoundsException { intinputvalue,i; Stringinput; intarray[]; array=newint[5];input=JOptionPane.showInputDialog("請輸入數(shù)組長度(必須為小于5的正整數(shù)）："); inputvalue=Integer.parseInt(input); for(i=0;i<inputvalue;i++) {System.out.println("輸出array["+i+"]"+"="+array[i]+"i="+i);} } publicstaticvoidmain(String[]args) { try {arraylong();} catch(NegativeArraySizeExceptione) {JOptionPane.showMessageDialog(null,"數(shù)組長度不能為負(fù)數(shù)"); } catch(ArrayIndexOutOfBoundsExceptionf) {JOptionPane.showMessageDialog(null,"數(shù)值大于5數(shù)組長度越界");} } }（2）throw關(guān)鍵字的使用throw關(guān)鍵字主要是用在try塊中，用來明確的拋出一個“異?！?。throw關(guān)鍵字后面跟隨一個從Throwable類中派生的異常對象，用來說明發(fā)出的異常類型。throw語句促使程序立即停止運(yùn)行，并且執(zhí)行最近能夠處理指定對象的catch語句。如果異常在程序的其他地方產(chǎn)生，throw語句也可以放在try語句的后面。為了把異常處理控制傳遞給更高層的處理模塊，還可以對截獲的異常對象再一次實(shí)施throw操作。Throw語句的通常形式為：

throw異常類名;【例7-5】用throw語句拋出異常程序publicclassThrowtest1{staticvoidA() {System.out.println("方法A執(zhí)行中");}

publicstaticvoidmain(String[]args){ try{A();thrownewRuntimeException("方法A出現(xiàn)異常"); } catch(Exceptione) {System.out.println("捕獲方法A出現(xiàn)的異常");} finally {System.out.print("方法A結(jié)束");} }}說明：如果拋出異常而沒有找到處理這個異常的代碼，或者沒有再次被拋出或者catch語句中捕獲異常的類型與拋出的不一致則程序會報(bào)錯。

throw與throws的區(qū)別在于：throw是語句拋出一個異常，throws是方法聲明拋出一個異常；throw不能單獨(dú)使用，throw要么和try-catch-finally語句配套使用，要么與throws配套使用，而throws可以單獨(dú)使用，然后再由處理異常的方法捕獲。

4.自定義異常類實(shí)現(xiàn)自定義異常類有兩種方法：繼承Throwable類或者Exception類。自定義異常類之間也可以有繼承關(guān)系，在定義時需要為自定義異常類設(shè)計(jì)構(gòu)造方法，以方便構(gòu)造自定義異常對象。由于Exception是Throwable類的子類，所以我們自定義的異常類可以獲得Throwable定義的方法。我們也可以在創(chuàng)建的異常類中覆蓋一個或多個這樣的方法。自定義異常類的基本形式如下所示：

class自定義異常extends父異常類名

{類體;}

【例7-6】自定義異常類程序classZiDingextendsException//自定義異常類{ inti; ZiDing(inta)//構(gòu)造函數(shù)

{ i=a;} publicStringtoString()//覆蓋父類方法

{ returni+"是非法操作數(shù)"; } }

publicclassFirstException{staticvoidjiancha(inta)throwsZiDing{if(a>100)thrownewZiDing(a);//拋出自定義類System.out.println(a+"是合法操作數(shù)");System.out.println("程序結(jié)束");}publicstaticvoidmain(Stringargs[]){try{jiancha(50);jiancha(101);}catch(ZiDinge)//捕獲自定義類{System.out.println("捕獲了異常"+e);}}}7.2.1多線程的概念多線程是相對于單線程而言的，指的是在一個程序中可以定義多個線程并同時運(yùn)行它們，每個線程可以執(zhí)行不同的任務(wù)。多線程的意義在于一個應(yīng)用程序的多個邏輯單元可以并發(fā)地執(zhí)行。但是多現(xiàn)程并不意味著多個用戶進(jìn)程在執(zhí)行，操作系統(tǒng)也不把每個線程作為獨(dú)立的進(jìn)程來分配獨(dú)立的系統(tǒng)資源。進(jìn)程之間切換系統(tǒng)開銷大，線程之間切換開銷小。7.2任務(wù)二掌握程序?qū)Χ嗑€程的處理7.2.2實(shí)現(xiàn)多線程的兩種方法我們有兩種方法來實(shí)現(xiàn)多線程，一種方法是從Thread類繼承，寫一個Thread類的子類，在子類中重寫run()方法覆蓋掉Thread類中的run()方法，每個線程都是通過某個特定Thread對象的run()方法來完成其操作的，run()方法稱為線程體。線程所要運(yùn)行的程序代碼就是run()方法中的程序代碼，格式為：class類名extendsThread{……publicvoidrun(){方法體}……}【例7-7-1】繼承Thread類publicstaticclassThread1extendsThread{publicvoidrun(){

System.out.println("A");

}

}

另一種方法是提供一個實(shí)現(xiàn)接口Runnable的類作為一個線程的目標(biāo)對象，在初始化一個Thread類或者Thread子類的線程對象時，把目標(biāo)對象傳遞給這個線程實(shí)例，由該目標(biāo)對象提供線程體run（）格式為：class類名implementsRunnable{……publicvoidrun(){方法體}……}【例7-7-2】實(shí)現(xiàn)Runnable接口publicstaticclassThread2implementsRunnable{publicvoidrun(){

System.out.println("1");

}}說明：這兩種構(gòu)造線程體方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，使用Runnable接口可以將CPU、代碼和數(shù)據(jù)分開，形成清晰的模型，還可以從其他類繼承。直接繼承Thread類時，由于Java不支持多重繼承所以不能再從其他類繼承，但編寫簡單可以直接操縱線程。

7.2.3線程的生命周期和線程的控制1.線程的生命周期線程的生命周期可以分為5種狀態(tài)：創(chuàng)建狀態(tài)(newThread)、可運(yùn)行狀態(tài)(Runnable)、運(yùn)行狀態(tài)（Running)、阻塞態(tài)（Blocked）、死亡狀態(tài)（Dead）。

2.線程的控制線程的控制主要是通過Thread中提供的線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法實(shí)現(xiàn)的。（1）start()方法start()方法使新生成的線程實(shí)體從新生狀態(tài)轉(zhuǎn)入可運(yùn)行狀態(tài)，如：

ThreadA=newThread();A.start();需要說明的是，一個thread對象只能調(diào)用一次strat方法，如果對一個已經(jīng)啟動的線程再調(diào)用start方法就會產(chǎn)生異常。

（2）sleep()方法

從sleep()方法的名字上就可以看出這個方法是讓線程對象睡一會覺，想讓線程對象睡多長時間我們只需把時間參數(shù)傳入就可以了，只不過這個參數(shù)是以千分之一秒為單位的，如果想停一秒鐘，就要輸入1000。sleep()方法有兩種格式sleep(longmillis)和sleep(longmillis,intnanos)，nanos為附加時間單位為納秒。當(dāng)運(yùn)行sleep()方法后線程就會暫停相應(yīng)的時間，當(dāng)暫停的時間到了以后，線程會轉(zhuǎn)入可運(yùn)行狀態(tài)等待運(yùn)行，而不是直接進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，傳入的時間參數(shù)只是保證線程對象至少會停止的時間。需要指出的是在線程暫停過程中可能遇到外部中斷異常，導(dǎo)致程序中斷，所以需要進(jìn)行異常處理?！纠?-9】start()方法與

sleep()方法應(yīng)用程序publicclassSleepTestextendsThread{Stringlight;SleepTest(Stringlight){ this.light=light;}publicvoidrun(){ try{ for(inti=1;i<=5;i++) {System.out.println(light+i+"次"); sleep(100); } } catch(Exceptione){ System.err.print(e); }}publicstaticvoidmain(String[]args){ newSleepTest("1號燈亮").start(); newSleepTest("2號燈亮").start();}}（3）yield()方法yield()方法使當(dāng)前進(jìn)程放棄運(yùn)行，進(jìn)入到可運(yùn)行狀態(tài)，重新排隊(duì)等待運(yùn)行，給其他可運(yùn)行的進(jìn)程一個運(yùn)行的機(jī)會，但并不是一定就會輪到其他的線程運(yùn)行，因?yàn)槿绻麅?yōu)先級相同調(diào)用yield()方法的線程有可能又被選中獲得執(zhí)行的機(jī)會，我們可以把例7-9中的sleep()換成yield()看一下執(zhí)行結(jié)果，yield()方法不帶參數(shù)。（4）wait()和notify()方法wait()方法的格式為wait(longtime)或wait(longtime,intnanos)，time為等待的時間，單位為毫秒，nanos為附加等待時間，單位為納秒。wait()方法使當(dāng)前進(jìn)程進(jìn)入阻塞狀態(tài)直到被喚醒或是等待的時間已到。wait()等價(jià)于wait(0)，它使線程無限等待直到被喚醒。notify()方法用來喚醒一個正在等待的線程，一條notify()；語句只能隨機(jī)喚醒一個進(jìn)程。使用notifyAll()方法可以喚醒所有在等待的進(jìn)程。需要指出的是這三個方法只能用在synchronized方法里。（5）isAlive()方法isAlive()方法用來判斷一個線程的run()方法是否還在執(zhí)行，如果是則返回true，反之返回false。（6）join()方法如果一個線程在執(zhí)行過程中需要等到另一個線程執(zhí)行完才能繼續(xù)執(zhí)行就需要另一個進(jìn)程調(diào)用join()方法，該方法也要捕獲異常。join()方法也可以象wait()方法一樣帶參數(shù)表示需要另一個進(jìn)程運(yùn)行多長時間?！纠?-10】join()方法應(yīng)用，地鐵建設(shè)工程程序publicclassJianZhuextendsThread{//建筑隊(duì)類

publicvoidrun() { System.out.println("地鐵建設(shè)中"); System.out.println("水泥用完了，通知運(yùn)輸隊(duì)運(yùn)輸"); Threadyunshu=newYunShu();//創(chuàng)建運(yùn)輸隊(duì)線程

yunshu.start(); System.out.println("建筑隊(duì)等待水泥運(yùn)到"); try{ yunshu.join(); }//等待運(yùn)輸?shù)竭_(dá)

catch(Exceptione) {//防止在等待中出現(xiàn)異常中斷

System.err.println("運(yùn)輸隊(duì)途中遇阻"); System.err.println("建設(shè)工程停工"); } System.out.println("建設(shè)工程繼續(xù)"); } }publicclassYunShuextendsThread{//運(yùn)輸隊(duì)類

publicvoidrun(){ System.out.println("運(yùn)輸隊(duì)出發(fā)，水泥運(yùn)回需要三小時"); try{ for(inti=1;i<=3;i++)//運(yùn)輸所需時間

{ Thread.sleep(3000); System.out.print("\n等待"+i+"小時"); } } catch(Exceptione) { System.err.println("運(yùn)輸隊(duì)途中遇阻"); } System.out.println("\n水泥運(yùn)到"); } }publicclassDiTei{//地鐵建設(shè)類

publicstaticvoidmain(Stringargs[]) {Threadjianzhu=newJianZhu();//創(chuàng)建建筑線程

jianzhu.start(); }}例7-10中建立了三個類，JianZhu類的線程在執(zhí)行過程中需要YunShu類線程加入，線程yunshu調(diào)用了jion()方法，在線程yunshu執(zhí)行完后線程jianzhu才繼續(xù)執(zhí)行，結(jié)果如圖7-8。圖7-8（7）getPriority()和setPriority()方法我們可以用setPriority()方法來改變一個線程的優(yōu)先級，如：A.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY-3)。用getPriority()方法返回一個線程的優(yōu)先級。數(shù)值越大優(yōu)先權(quán)就越高越先執(zhí)行。每隔幾毫秒，操作系統(tǒng)的調(diào)度器就會確定一次系統(tǒng)中等待執(zhí)行的所有線程的優(yōu)先級，并將時間片分配給優(yōu)先級最高的線程。如果兩個或更多的線程有相同的優(yōu)先值，執(zhí)行哪個線程將是不確定的。假設(shè)有A、B、C、D四個線程優(yōu)先值相同，如果時間片先分給了線程A那么當(dāng)這個時間片用完，操作系統(tǒng)就會將A轉(zhuǎn)入可運(yùn)行狀態(tài)，然后從相同優(yōu)先級的A、B、C、D四個線程中任選一個執(zhí)行，A有可能又被重新選中獲得執(zhí)行。優(yōu)先級低的線程也不是沒有機(jī)會，只是機(jī)會要小一些。還有就是盡量不要通過改變進(jìn)程的優(yōu)先級來調(diào)度進(jìn)程，這樣做比較容易產(chǎn)生錯誤。7.2.4線程的同步由于同一進(jìn)程的多個線程共享同一片存儲空間，在帶來方便的同時，也帶來了訪問沖突這個嚴(yán)重的問題。為有效避免了同一個數(shù)據(jù)對象被多個線程同時訪問，Java語言提供了專門機(jī)制以解決這種沖突。由于我們可以通過private關(guān)鍵字來保證數(shù)據(jù)對象只能被方法訪問，所以我們只需針對方法提出一套機(jī)制，這套機(jī)制就是synchronized關(guān)鍵字，它包括兩種用法：synchronized方法和synchronized塊。

（1）synchronized方法：通過在方法聲明中加入synchronized關(guān)鍵字來聲明synchronized方法。如：publicsynchronizedvoid方法名(參數(shù)1，參數(shù)2);synchronized方法控制對類成員變量的訪問：每個類實(shí)例對應(yīng)一把鎖，每個synchronized方法都必須獲得調(diào)用該方法的類實(shí)例的鎖方能執(zhí)行，否則所屬線程阻塞，方法一旦執(zhí)行，就獨(dú)占該鎖，直到從該方法返回時才將鎖釋放，此后被阻塞的線程方能獲得該鎖，重新進(jìn)入可執(zhí)行狀態(tài)。這種機(jī)制確保了同一時刻對于每一個類實(shí)例，其所有聲明為synchronized的成員函數(shù)中至多只有一個處于可執(zhí)行狀態(tài)，從而有效避免了類成員變量的訪問沖突?！纠?-12】wait()和notify()方法與synchronized修飾符應(yīng)用，大炮發(fā)射程序publicclassCannons{//大炮類privatebooleanshells=false;privateinti,j=0;synchronizedvoidshot(){//發(fā)射炮彈

while(!shells){ try{wait(); } catch(InterruptedExceptione){ System.out.print("程序中斷");}} shells=false; i++; if(i>5)//發(fā)射5次后退出

{System.exit(1);} System.out.println("大炮第"+i+"次發(fā)送完畢，請裝填炮彈"); notify();//喚醒裝填手 }synchronizedvoidload(){ while(shells){ try{wait();} catch(InterruptedExceptione){ System.out.print("程序中斷");}} shells=true; j++; if(j>5) {System.exit(1);} System.out.println("炮彈裝填完畢"); notify();//通知炮手

} }classArtilleryextendsThre