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Java异常：认识异常、异常的作用、自定义异常

news 2025/8/10 13:12:46

1.什么是异常？

在这里插入图片描述
Error:代表的系统级别错误(属于严重问题)
Exception:异常，代表的才是我们程序可能出现的问题，通常会用Exception以及它的子类来封装程序出现的问题
运行时异常:RuntimeException及其子类，编译阶段不会出现错误提醒，运行时出现的异常(如:数组索引越界异常)，通常因为编写的代码有问题导致
编译时异常:编译阶段就会出现错误提醒的(如:日期解析异常)，通常是Java官方对认为容易出问题的地方进行异常提醒，需要抛出异常或捕获异常，对异常进行处理

1）运行时异常

int[] arr = {1,2,3};
System.out.println(arr[3]);
执行后报数组越界异常：
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Index 3 out of bounds for length 3at excepttion.Test.main(Test.java:6)System.out.println(10/0);
执行后报运算异常：
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zeroat excepttion.Test.main(Test.java:5)String s = null;
System.out.println(s.length());
执行后报空指针异常：
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "s" is nullat excepttion.Test.main(Test.java:6)

2）编译时异常

在这里插入图片描述
案例：处理异常可在方法名后使用throws关键字将异常抛给方法调用者处理或使用try…catch捕获并抛出异常

import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;public class Test {public static void main(String[] args) {String str = "2025-05-06";//存在编译异常的方法调用时需使用try-catch块处理异常或在main方法中使用throws关键字try {StringToDate(str); //调用方法转换字符串为日期} catch (ParseException e) { //当字符串内容的格式不符合要求时(yyyy-MM-dd)，会抛出ParseException异常e.printStackTrace(); //打印异常信息}}//定义转换字符串为日期的方法并使用throws关键字抛出异常给调用者处理public static void StringToDate(String str) throws ParseException {SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");//调用parse方法将字符串转换成日期对象//此处出现编译异常的原因：输入的字符串格式和可能和SimpleDateFormat的格式不一致//例如需要输入2019/09/09，但SimpleDateFormat的格式是yyyy-MM-dd//因此此处会抛出ParseException，解决方式：使用try...catch或者throws关键字Date date = sdf.parse(str);System.out.println(date);}
}

案例：存在多个编译时异常可使用Exception接所有类型的异常

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;public class Test2 {public static void main(String[] args) {//使用try-catch块处理异常try {StringToDate();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}//使用Exception接收所有异常public static void StringToDate() throws Exception {String str = "2025-05-06";SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");//出现ParseException异常Date date = sdf.parse(str);System.out.println(date);//创建读取文件对象，抛出FileNotFoundException异常FileReader fr = new FileReader("d:/a.txt");}
}

2.异常的作用

Java 异常的作用分析：定位 BUG 与作为方法内部特殊返回值

1）Java 异常在定位 BUG 中的核心作用

Java 异常机制的核心价值之一是提供精准的错误定位能力，其通过异常堆栈跟踪（Stack Trace）实现对程序运行时错误的可视化追踪。当程序抛出未捕获的异常时，JVM 会自动生成包含异常类型、发生位置及调用链路的堆栈信息，帮助开发者快速定位问题根源。
①异常堆栈跟踪的信息构成
异常堆栈跟踪是定位 BUG 的 “导航图”，其结构包含三部分关键信息：
异常类型与消息：首行显示异常的全限定类名（如java.lang.NullPointerException）及异常消息（如Cannot invoke “String.length()” because “s” is null），直接揭示错误类别及触发原因；
堆栈帧序列：后续每行对应一个栈帧（StackTraceElement），包含异常传播路径中的调用信息，具体格式为at 类名.方法名(文件名:行号)，其中行号是定位具体代码位置的关键。

例如，执行以下代码时：

public class Bug定位示例 {public static void main(String[] args) {String str = null;printLength(str); // 第4行：调用printLength方法}private static void printLength(String s) {System.out.println(s.length()); // 第8行：尝试调用null对象的length()方法}
}

会抛出NullPointerException，其堆栈跟踪信息如下：

java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "s" is nullat Bug定位示例.printLength(Bug定位示例.java:8)  // 异常发生点：第8行at Bug定位示例.main(Bug定位示例.java:4)        // 调用链路：main方法第4行触发

②基于堆栈跟踪的 BUG 定位流程

开发者可通过以下步骤定位 BUG：

识别异常类型：通过异常类名判断错误类别（如NullPointerException表示空指针访问，IndexOutOfBoundsException表示数组越界），缩小排查范围；
解析异常消息：异常消息通常包含直接原因（如上述示例中s is null），可快速定位变量状态异常；
追踪堆栈帧链路：堆栈帧从下到上为调用链（最下方是异常发生点，上方是调用方），结合行号直接定位到具体代码行（如示例中的第 8 行s.length()），进而检查变量赋值、方法参数传递等上下文逻辑，最终找到根本原因（如 main 方法中str被赋值为null）。

③实战价值：减少 “盲猜式” 调试

传统调试依赖日志打印或断点调试，需手动排查代码执行路径；而异常堆栈跟踪直接标记错误发生的精确位置及传播路径，避免开发者在海量代码中 “盲猜”。例如，在多层调用的复杂系统中（如 Controller→Service→DAO），异常堆栈可直接显示异常是在 DAO 层 SQL 执行时抛出，还是在 Service 层参数校验时触发，大幅缩短定位时间。

2）Java 异常作为方法内部特殊返回值的作用

在方法设计中，除返回正常值外，常需传递 “特殊状态”（如文件不存在、参数非法、业务规则冲突等）。传统方案（如返回null、错误码）存在信息缺失或易被忽略的问题，而 Java 异常可作为结构化的 “特殊返回值”，高效传递异常状态并强制处理。

①传统特殊状态返回方案的局限性
错误码方案：如返回-1表示 “参数错误”、-2表示 “资源不存在”，需开发者主动检查返回值，若遗漏（如直接使用返回值参与运算），会导致错误传播。例如：

// 错误码方案示例（存在隐患）
public int divide(int a, int b) {if (b == 0) return -1; // 返回-1表示除数为0return a / b;
}
// 调用方可能忘记检查错误码，直接使用返回值：
int result = divide(5, 0);
System.out.println(result); // 输出-1，错误被掩盖

null返回方案：用null表示 “无结果”（如查询不到数据），但调用方若未判空直接操作（如调用null对象的方法），会触发NullPointerException，反而引入新错误。

②异常作为特殊返回值的优势

强制关注特殊状态：

受检异常（Checked Exception）：如IOException、ClassNotFoundException，编译器强制要求调用方通过try-catch捕获或throws声明抛出，避免遗漏处理。例如，FileInputStream构造方法抛出FileNotFoundException（受检异常），强制开发者处理 “文件不存在” 的场景：

// 受检异常强制处理示例
public void readFile(String path) {try (FileInputStream fis = new FileInputStream(path)) { // 此处必须处理FileNotFoundException// 文件读取逻辑} catch (FileNotFoundException e) {System.err.println("文件不存在：" + path); // 显式处理特殊状态} catch (IOException e) {System.err.println("文件读取失败：" + e.getMessage());}
}

非受检异常（Unchecked Exception）：如NullPointerException、IllegalArgumentException，虽不强制捕获，但通过异常类型和消息提醒开发者关注（如参数校验失败），比null或错误码更直观。

3）自定义异常

异常可封装比错误码 /null更详细的信息，包括：
异常类型：通过不同异常类区分特殊状态类别（如IllegalArgumentException表示参数错误，TimeoutException表示超时）；
异常消息：自定义文本描述具体原因（如"用户ID=123不存在"）；
自定义字段：通过自定义异常类添加业务相关属性（如错误码、用户 ID、操作类型等）。
例如，自定义业务异常传递多维度信息：

// 自定义异常作为特殊返回值（携带业务上下文）
class UserNotFoundException extends Exception {private final int userId; // 携带异常相关的用户IDprivate final String errorCode; // 携带业务错误码public UserNotFoundException(String message, int userId, String errorCode) {super(message);this.userId = userId;this.errorCode = errorCode;}// Getter方法获取自定义字段public int getUserId() { return userId; }public String getErrorCode() { return errorCode; }
}// 方法中抛出自定义异常
public User getUserById(int id) throws UserNotFoundException {User user = userDao.query(id);if (user == null) {// 抛出异常时传递详细信息：消息、用户ID、错误码throw new UserNotFoundException("用户不存在", id, "USER_NOT_FOUND_001");}return user;
}// 调用方捕获异常并获取上下文
try {User user = getUserById(123); 
} catch (UserNotFoundException e) {log.error("查询失败：{}，用户ID：{}，错误码：{}", e.getMessage(), e.getUserId(), e.getErrorCode()); // 输出：查询失败：用户不存在，用户ID：123，错误码：USER_NOT_FOUND_001
}