Java異常：認識異常、異常的作用、自定義異常

1.什么是異常？

在這里插入圖片描述
Error:代表的系統級別錯誤(屬于嚴重問題)
Exception:異常，代表的才是我們程序可能出現的問題，通常會用Exception以及它的子類來封裝程序出現的問題
運行時異常:RuntimeException及其子類，編譯階段不會出現錯誤提醒，運行時出現的異常(如:數組索引越界異常)，通常因為編寫的代碼有問題導致
編譯時異常:編譯階段就會出現錯誤提醒的(如:日期解析異常)，通常是Java官方對認為容易出問題的地方進行異常提醒，需要拋出異常或捕獲異常，對異常進行處理

1）運行時異常

int[] arr = {1,2,3};
System.out.println(arr[3]);
執行后報數組越界異常：
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);
執行后報運算異常：
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zeroat excepttion.Test.main(Test.java:5)String s = null;
System.out.println(s.length());
執行后報空指針異常：
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "s" is nullat excepttion.Test.main(Test.java:6)

2）編譯時異常

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案例：處理異常可在方法名后使用throws關鍵字將異常拋給方法調用者處理或使用try…catch捕獲并拋出異常

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";//存在編譯異常的方法調用時需使用try-catch塊處理異常或在main方法中使用throws關鍵字try {StringToDate(str); //調用方法轉換字符串為日期} catch (ParseException e) { //當字符串內容的格式不符合要求時(yyyy-MM-dd)，會拋出ParseException異常e.printStackTrace(); //打印異常信息}}//定義轉換字符串為日期的方法并使用throws關鍵字拋出異常給調用者處理public static void StringToDate(String str) throws ParseException {SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");//調用parse方法將字符串轉換成日期對象//此處出現編譯異常的原因：輸入的字符串格式和可能和SimpleDateFormat的格式不一致//例如需要輸入2019/09/09，但SimpleDateFormat的格式是yyyy-MM-dd//因此此處會拋出ParseException，解決方式：使用try...catch或者throws關鍵字Date date = sdf.parse(str);System.out.println(date);}
}

案例：存在多個編譯時異常可使用Exception接所有類型的異常

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塊處理異常try {StringToDate();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}//使用Exception接收所有異常public static void StringToDate() throws Exception {String str = "2025-05-06";SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");//出現ParseException異常Date date = sdf.parse(str);System.out.println(date);//創建讀取文件對象，拋出FileNotFoundException異常FileReader fr = new FileReader("d:/a.txt");}
}

2.異常的作用

Java 異常的作用分析：定位 BUG 與作為方法內部特殊返回值

1）Java 異常在定位 BUG 中的核心作用

Java 異常機制的核心價值之一是提供精準的錯誤定位能力，其通過異常堆棧跟蹤（Stack Trace）實現對程序運行時錯誤的可視化追蹤。當程序拋出未捕獲的異常時，JVM 會自動生成包含異常類型、發生位置及調用鏈路的堆棧信息，幫助開發者快速定位問題根源。
①異常堆棧跟蹤的信息構成
異常堆棧跟蹤是定位 BUG 的 “導航圖”，其結構包含三部分關鍵信息：
異常類型與消息：首行顯示異常的全限定類名（如java.lang.NullPointerException）及異常消息（如Cannot invoke “String.length()” because “s” is null），直接揭示錯誤類別及觸發原因；
堆棧幀序列：后續每行對應一個棧幀（StackTraceElement），包含異常傳播路徑中的調用信息，具體格式為at 類名.方法名(文件名:行號)，其中行號是定位具體代碼位置的關鍵。

例如，執行以下代碼時：

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

會拋出NullPointerException，其堆棧跟蹤信息如下：

java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "s" is nullat Bug定位示例.printLength(Bug定位示例.java:8)  // 異常發生點：第8行at Bug定位示例.main(Bug定位示例.java:4)        // 調用鏈路：main方法第4行觸發

②基于堆棧跟蹤的 BUG 定位流程

開發者可通過以下步驟定位 BUG：

識別異常類型：通過異常類名判斷錯誤類別（如NullPointerException表示空指針訪問，IndexOutOfBoundsException表示數組越界），縮小排查范圍；
解析異常消息：異常消息通常包含直接原因（如上述示例中s is null），可快速定位變量狀態異常；
追蹤堆棧幀鏈路：堆棧幀從下到上為調用鏈（最下方是異常發生點，上方是調用方），結合行號直接定位到具體代碼行（如示例中的第 8 行s.length()），進而檢查變量賦值、方法參數傳遞等上下文邏輯，最終找到根本原因（如 main 方法中str被賦值為null）。

③實戰價值：減少 “盲猜式” 調試

傳統調試依賴日志打印或斷點調試，需手動排查代碼執行路徑；而異常堆棧跟蹤直接標記錯誤發生的精確位置及傳播路徑，避免開發者在海量代碼中 “盲猜”。例如，在多層調用的復雜系統中（如 Controller→Service→DAO），異常堆棧可直接顯示異常是在 DAO 層 SQL 執行時拋出，還是在 Service 層參數校驗時觸發，大幅縮短定位時間。

2）Java 異常作為方法內部特殊返回值的作用

在方法設計中，除返回正常值外，常需傳遞 “特殊狀態”（如文件不存在、參數非法、業務規則沖突等）。傳統方案（如返回null、錯誤碼）存在信息缺失或易被忽略的問題，而 Java 異常可作為結構化的 “特殊返回值”，高效傳遞異常狀態并強制處理。

①傳統特殊狀態返回方案的局限性
錯誤碼方案：如返回-1表示 “參數錯誤”、-2表示 “資源不存在”，需開發者主動檢查返回值，若遺漏（如直接使用返回值參與運算），會導致錯誤傳播。例如：

// 錯誤碼方案示例（存在隱患）
public int divide(int a, int b) {if (b == 0) return -1; // 返回-1表示除數為0return a / b;
}
// 調用方可能忘記檢查錯誤碼，直接使用返回值：
int result = divide(5, 0);
System.out.println(result); // 輸出-1，錯誤被掩蓋

null返回方案：用null表示 “無結果”（如查詢不到數據），但調用方若未判空直接操作（如調用null對象的方法），會觸發NullPointerException，反而引入新錯誤。

②異常作為特殊返回值的優勢

強制關注特殊狀態：

受檢異常（Checked Exception）：如IOException、ClassNotFoundException，編譯器強制要求調用方通過try-catch捕獲或throws聲明拋出，避免遺漏處理。例如，FileInputStream構造方法拋出FileNotFoundException（受檢異常），強制開發者處理 “文件不存在” 的場景：

// 受檢異常強制處理示例
public void readFile(String path) {try (FileInputStream fis = new FileInputStream(path)) { // 此處必須處理FileNotFoundException// 文件讀取邏輯} catch (FileNotFoundException e) {System.err.println("文件不存在：" + path); // 顯式處理特殊狀態} catch (IOException e) {System.err.println("文件讀取失敗：" + e.getMessage());}
}

非受檢異常（Unchecked Exception）：如NullPointerException、IllegalArgumentException，雖不強制捕獲，但通過異常類型和消息提醒開發者關注（如參數校驗失敗），比null或錯誤碼更直觀。

3）自定義異常

異常可封裝比錯誤碼 /null更詳細的信息，包括：
異常類型：通過不同異常類區分特殊狀態類別（如IllegalArgumentException表示參數錯誤，TimeoutException表示超時）；
異常消息：自定義文本描述具體原因（如"用戶ID=123不存在"）；
自定義字段：通過自定義異常類添加業務相關屬性（如錯誤碼、用戶 ID、操作類型等）。
例如，自定義業務異常傳遞多維度信息：

// 自定義異常作為特殊返回值（攜帶業務上下文）
class UserNotFoundException extends Exception {private final int userId; // 攜帶異常相關的用戶IDprivate final String errorCode; // 攜帶業務錯誤碼public UserNotFoundException(String message, int userId, String errorCode) {super(message);this.userId = userId;this.errorCode = errorCode;}// Getter方法獲取自定義字段public int getUserId() { return userId; }public String getErrorCode() { return errorCode; }
}// 方法中拋出自定義異常
public User getUserById(int id) throws UserNotFoundException {User user = userDao.query(id);if (user == null) {// 拋出異常時傳遞詳細信息：消息、用戶ID、錯誤碼throw new UserNotFoundException("用戶不存在", id, "USER_NOT_FOUND_001");}return user;
}// 調用方捕獲異常并獲取上下文
try {User user = getUserById(123); 
} catch (UserNotFoundException e) {log.error("查詢失敗：{}，用戶ID：{}，錯誤碼：{}", e.getMessage(), e.getUserId(), e.getErrorCode()); // 輸出：查詢失敗：用戶不存在，用戶ID：123，錯誤碼：USER_NOT_FOUND_001
}