Java异常处理与MIDI声音编程全解析

# Java异常处理与MIDI声音编程全解析 ## 1. 异常情况分析 在编程过程中，有些操作可能会出现异常，而这些异常是我们在代码中无法完全控制的。以下是一些常见操作及其可能出现的问题： | 操作 | 可能出现的问题 | | --- | --- | | 连接到远程服务器 | 服务器可能处于关闭状态 | | 访问数组超出其长度 | 会导致数组越界异常 | | 在屏幕上显示窗口 | 可能由于系统资源不足或其他问题无法显示 | | 从数据库中检索数据 | 数据库可能不可用、网络连接失败等 | | 检查文本文件是否在指定位置 | 文件可能被移动或删除 | | 创建新文件 | 可能没有足够的权限或磁盘空间不足 | | 从命令行读取字符 | 用户可能输入无效字符或命令行出现异常 | 其中，连接到远程服务器时服务器关闭这种情况，编译器需要关注，因为这是我们无法在代码中直接控制的外部因素。 ## 2. try/catch块中的流程控制 当调用一个有风险的方法时，会出现两种情况： - **方法调用成功**：try块正常完成。 - **方法抛出异常**：异常会被抛回到调用该方法的地方。 ### 2.1 finally块的作用 finally块用于放置无论是否发生异常都必须执行的代码。例如，在烹饪时，我们先打开烤箱，如果烹饪失败或成功，最后都需要关闭烤箱。以下是示例代码： ```java try { turnOvenOn(); x.bake(); } catch (BakingException e) { e.printStackTrace(); } finally { turnOvenOff(); } ``` 如果没有finally块，我们需要在try和catch块中都添加关闭烤箱的代码，这会导致代码重复。而使用finally块可以将重要的清理代码集中在一处。 ### 2.2 流程控制示例 假设存在以下代码逻辑，当`test`变量的值不同时，程序的输出也不同： ```plaintext 当test = “no”时：start try - start risky - end risky - end try - finally - end of main 当test = “yes”时：start try - start risky - scary exception - finally - end of main ``` 这表明无论try块是否成功，finally块都会执行。即使try或catch块中有return语句，finally块也会先执行，然后再返回。 ### 2.3 异常处理流程图 ```mermaid graph TD; A[调用有风险的方法] --> B{方法是否成功}; B -- 成功 --> C[try块完成]; B -- 失败 --> D[抛出异常]; D --> E[进入catch块]; C --> F[跳过catch块]; E --> G[执行finally块]; F --> G; G --> H[继续执行方法的其余部分]; ``` ## 3. 方法抛出多个异常 一个方法可以抛出多个异常，但必须在方法声明中声明所有可能抛出的检查异常。如果多个异常有共同的超类，方法可以只声明该超类。 ### 3.1 捕获多个异常 编译器会确保我们处理了所调用方法抛出的所有检查异常。我们需要将catch块堆叠在try块下方，一个接一个。有时，catch块的顺序很重要。 ### 3.2 异常的多态性 异常是对象，具有多态性。这意味着我们可以使用异常的超类来声明和捕获异常。例如，一个`LingerieException`对象可以赋值给一个`ClothingException`引用。这样，方法不必显式声明所有可能抛出的异常，catch块也不必为每个可能的异常编写单独的捕获代码。 ### 3.3 多个catch块的顺序 多个catch块必须按照从小到大的顺序排列。继承树中位置越高的异常，其捕获范围越大。例如，`ShirtException`可以捕获`TeeShirtException`或`DressShirtException`，而`ClothingException`的捕获范围更广。不能将大的捕获范围放在小的捕获范围之上，否则代码将无法编译。 ### 3.4 示例代码 ```java try { x.doRisky(); } catch(AlphaEx a) { // 处理AlphaEx异常 } catch(BetaEx b) { // 处理BetaEx异常 } catch(GammaEx c) { // 处理GammaEx异常 } catch(DeltaEx d) { // 处理DeltaEx异常 } ``` 我们可以根据不同的异常类型编写不同的处理逻辑。如果对某些异常的处理方式相同，可以使用它们的共同超类来捕获这些异常。 ## 4. 异常的声明与处理 ### 4.1 异常的声明（躲避异常） 如果不想处理异常，可以通过声明来躲避它。当调用有风险的方法时，编译器要求我们对其进行处理，通常是使用try/catch块，但我们也可以选择声明该方法会抛出相同的异常，将异常处理的责任交给调用者。 ### 4.2 异常声明的后果 如果躲避了异常，当有风险的方法抛出异常时，该方法会立即从栈中弹出，异常会被抛给调用它的方法。如果调用者也是躲避异常的，那么调用者也会从栈中弹出，异常继续向上传递，直到有人处理或到达JVM。如果main方法也躲避异常，最终JVM会关闭。 ### 4.3 异常处理规则 在处理异常时，需要遵循以下规则： - 不能没有try块而单独使用catch或finally块。 - try和catch块之间不能有其他代码。 - try块后面必须跟随catch或finally块。 - 只有finally块（没有catch块）的try块仍需声明异常。 ### 4.4 异常处理方式对比 | 处理方式 | 说明 | | --- | --- | | 处理（HANDLE） | 使用try/catch块捕获并处理异常 | | 声明（DECLARE） | 声明方法会抛出异常，将异常处理责任交给调用者 | 例如，在调用一个会抛出`ClothingException`的方法`doLaundry()`时，如果`foo()`方法调用了`doLaundry()`并声明了该异常，那么调用`foo()`的`main()`方法就需要处理这个异常。 ## 5. JavaSound编程基础 ### 5.1 MIDI数据与声音生成 MIDI数据包含了音乐演奏的指令，但它本身不会产生声音。要让扬声器发出声音，需要将MIDI数据通过某种MIDI设备（硬件乐器或软件合成器）进行处理。在JavaSound中，我们使用软件设备来实现声音生成。 ### 5.2 生成声音的步骤 要生成声音，我们需要以下四个要素，并按照以下五个步骤进行操作： #### 5.2.1 所需要素 - 一个Sequencer对象，用于播放MIDI数据。 - 一个Sequence对象，包含MIDI事件的序列。 - 一个Track对象，用于存储MIDI事件。 - 多个MidiEvent对象，代表音乐的具体指令。 #### 5.2.2 操作步骤 1. **获取Sequencer并打开它**： ```java Sequencer player = MidiSystem.getSequencer(); player.open(); ``` 2. **创建一个新的Sequence**： ```java Sequence seq = new Sequence(timing,4); ``` 3. **从Sequence中获取一个新的Track**： ```java Track t = seq.createTrack(); ``` 4. **将MidiEvent填充到Track中，并将Sequence交给Sequencer**： ```java t.add(myMidiEvent1); player.setSequence(seq); ``` ### 5.3 第一个声音播放器应用 通过上述步骤，我们可以创建一个简单的声音播放器应用，运行代码后，我们将听到钢琴弹奏的一个单音。 ### 5.4 MIDI事件的创建 MidiEvent是音乐的一部分指令，它由一个Message对象和一个时间戳组成。Message对象包含了具体的操作指令，而MidiEvent指定了该指令何时执行。 #### 5.4.1 创建Message ```java ShortMessage msg = new ShortMessage(); ``` #### 5.4.2 设置Message的指令 ```java msg.setMessage(144, 1, 20, 100); ``` #### 5.4.3 创建MidiEvent ```java MidiEvent event = new MidiEvent(msg, tick); ``` #### 5.4.4 将MidiEvent添加到Track中 ```java t.add(event); ``` ### 5.5 MIDI消息的结构 MIDI消息的第一个参数表示消息类型，其他三个参数根据消息类型的不同而有不同的