Java异常处理详解

1. 异常的定义与体系结构

异常是程序运行过程中出现的非正常情况，会中断程序的正常执行流程。Java异常体系结构如下图所示：

Throwable
├── Error（系统级错误，如内存溢出）
└── Exception（可处理异常）
    ├── RuntimeException（运行时异常，如空指针）
    └── 其他编译时异常（如IOException）

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2. 异常的作用

1. 调试辅助：通过异常信息快速定位问题根源

   Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: 
   Cannot invoke "String.length()" because "str" is null

2. 流程控制：作为特殊返回值传递错误状态

   public void processFile() throws IOException {
       // 文件处理逻辑
   }

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3. 异常处理方式

3.1 JVM默认处理

• 打印异常信息（名称、原因、位置）

• 终止程序运行

• 示例现象：

  Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
  at Main.main(Main.java:5)

3.2 try-catch捕获处理

基础语法：

try {
    // 可能抛出异常的代码
} catch (ExceptionType1 e1) {
    // 处理类型1异常
} catch (ExceptionType2 e2) {
    // 处理类型2异常
} finally {
    // 无论是否异常都会执行
}

关键要点：

• 多catch块顺序：子类异常在前，父类在后

• JDK7+多异常捕获：

  try {
      // code
  } catch (IOException | SQLException e) {
      e.printStackTrace();
  }

• finally块常用于资源释放

完整示例：

FileInputStream fis = null;
try {
    fis = new FileInputStream("test.txt");
    // 文件操作...
} catch (FileNotFoundException e) {
    System.out.println("文件未找到: " + e.getMessage());
} finally {
    if(fis != null) {
        try { fis.close(); } 
        catch (IOException e) { /* 处理关闭异常 */ }
    }
}

3.3 throws/throw抛出异常

关键字	位置	作用
throws	方法声明	声明可能抛出的异常类型
throw	方法体内	主动抛出异常对象

throws示例：

public void readFile() throws IOException {
    // 可能抛出IO异常的代码
}

throw示例：

public void setAge(int age) {
    if(age < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("年龄不能为负数");
    }
    this.age = age;
}

编译时异常 vs 运行时异常：

• 编译时异常：必须处理（捕获或声明抛出）

• 运行时异常：通常由程序逻辑错误引起，可不处理

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4. Throwable类核心方法

方法	输出示例	说明
getMessage()	"/ by zero"	异常详细信息
toString()	"java.lang.ArithmeticException: / by zero"	简短描述
printStackTrace()	完整堆栈跟踪信息	输出到标准错误流

示例使用：

try {
    int result = 10 / 0;
} catch (ArithmeticException e) {
    System.out.println(e.getMessage());  // / by zero
    System.out.println(e.toString());    // java.lang.ArithmeticException: / by zero
    e.printStackTrace();                 // 完整堆栈信息
}

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5. 自定义异常

实现步骤：

1. 继承Exception（编译时异常）或RuntimeException（运行时异常）

2. 添加构造方法

示例代码：

ublic class InvalidAgeException extends RuntimeException {
    // 无参构造
    public InvalidAgeException() {
        super("年龄无效异常");
    }
    
    // 带参构造
    public InvalidAgeException(String message) {
        super(message);
    }
}

// 使用示例
public class Person {
    private int age;
    
    public void setAge(int age) {
        if(age < 0 || age > 150) {
            throw new InvalidAgeException("无效年龄值: " + age);
        }
        this.age = age;
    }
}

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6. 异常处理最佳实践

1. 精准捕获：避免捕获过于宽泛的Exception

2. 资源管理：优先使用try-with-resources

   try (FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt")) {
       // 自动资源管理
   } catch (IOException e) {
       // 异常处理
   }

3. 异常包装：保留原始异常信息

   catch (SQLException e) {
       throw new ServiceException("数据库操作失败", e);
   }

4. 日志记录：使用日志框架代替printStackTrace()

5. 避免空catch块：至少要记录异常信息

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通过系统学习异常处理机制，开发者可以编写出更健壮、易维护的Java程序。正确处理异常不仅能提升系统稳定性，还能显著提高调试效率。