Java学习笔记（四）：异常处理

声明：本篇笔记部分摘自《Java核心技术（卷Ⅰ） - 机械工业出版社》及Java教程-廖雪峰-2025-06-16，遵循CC BY 4.0协议。
存在由AI生成的小部分内容，仅供参考，请仔细甄别可能存在的错误。笔记中有一些代码例子沿用了廖老师的示例，这里为了方便读者运行示例，将主类名称改成了统一的 Demo。如涉及侵权请联系我反馈，我会尽快将其删除。

终于啃下了面向对象这一个大难关，我们后面篇幅也可以短一些了，学轻松一点吧：

一、Java异常

1.什么是异常

我们在写程序时，经常会遇到各种情况，例如：

期望接收一个整型值的输入，但是用户输入了字符串，触发 NumberFormatException 异常，程序崩溃并停止运行；
试图读取某个不存在的文件，或者写错了路径，触发 FileNotFoundException 异常，程序崩溃并停止运行；
……

但是，我们在日常使用各种APP或者网站时，很少遇到由于错误操作或者突发情况，导致程序直接卡死退出的情况：

摸鱼刷视频时网络断开连接，软件停止播放并显示“正在缓冲”提示，而不是直接崩溃推出；
输入了格式不对的手机号，注册/登录表单标红提示“格式错误，请仔细检查”，而不是直接跳转到错误警告的页面；
蓝牙耳机断开与主机的连接，语音提示“蓝牙已断开”并且开始搜索可用的主机，而不是直接关机；

为了提升用户的体验，也为了提高程序的健壮性（robustness，鲁棒性），一些成熟的程序都会对一些预料到的错误情况预先定义好处理方式，在触发这些情况时按照提前定义的“预案”执行操作，就不会“手忙脚乱”乃至整个程序崩溃了。

程序是如何发现和捕获这样的错误的呢？

我们可以规定一套错误编码，如同C++中的 return 0 表示成功执行、返回其他数字时表示出现异常一样：

int code = processFile("C:\\test.txt");
if (code == 0) {
    // ok:
} else {
    // error:
    switch (code) {
    case 1:
        // 找不到文件
    case 2:
        // 无访问权限
    default:
        // 其他错误
    }
}

这样，调用 processFile() 方法时，就可以根据返回值的情况判断是执行成功了，还是遇到了其他的问题。但是这样使用整数错误码表示运行结果不太友好，信息太少了以至于还得去“查表”才能知道是什么问题。

2.try-catch语句

Java内置了一套异常处理机制，总是使用异常（Exception）来表示错误。当遇到了一些错误时，程序会抛出这些异常，我们可以通过 try-catch 语句来“逮住”程序抛出的这些错误，并且定义一些处理方法。这样程序遇到错误时就有了处理方法，而不是直接崩溃并停止运行。

import java.util.InputMismatchException;  
import java.util.Scanner;  
  
public class Demo {  
    public static void main(String[] args) {  
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);  
        int num = 0;  
  
        while (true) {  
            try {  
                System.out.print("请输入一个正整数：");  
                num = scanner.nextInt();  
  
                // 输入负数时，手动抛出异常  
                if (num <= 0) {  
                    throw new IllegalArgumentException();  
                }  
  
                // 如果能运行到这里，说明没有遇到异常，认为输入正确，跳出循环  
                break;  
  
            } catch (InputMismatchException e) {  
                System.out.println("输入的数据类型不正确，请重试。");  
            } catch (IllegalArgumentException e) {  
                System.out.println("这个数字不是正数，请重试。");  
            } finally {
			    scanner.nextLine(); // 清除错误的输入  
            }
        }  
  
        // break结束运行后，程序跳转到这里执行，给出合法的输入值：  
        System.out.println("接收成功，您输入的正整数是：" + num);  
        scanner.close();  
    }  
}

/* 运行结果示例：
请输入一个正整数：test
输入的数据类型不正确，请重试。
请输入一个正整数：-12
这个数字不是正数，请重试。
请输入一个正整数：0x23
输入的数据类型不正确，请重试。
请输入一个正整数：15
接收成功，您输入的正整数是：15
*/

这个例子以接收正整数输入为背景，处理了数据类型不正确、数值非法两个异常情况，其中数值非法的情况是通过 throw() 手动抛出的，是一个比较全面的例子，大家可以粘贴到IDE中运行体验一下。

需要注意的是，在循环中接收输入后，要及时调用 Scanner.nextLine() 方法（上例放在 finally 中，这样无论是成功执行还是触发异常，都会进行这一步处理）将输入的缓冲区清理掉，否则程序会一直判断缓冲区中的输入内容非法，从而反复触发异常，进入死循环的情况（别问我怎么知道的，问就是年少无知写出了差点卡死IDE的代码…）

3.异常也是一种类

异常也是一种 class，有如下的继承关系：

（感谢廖老师的图示，这样表示清晰多了，而且画起来估计也挺费时间的…）

从继承关系可知：Throwable是异常体系的根，它继承自Object。Throwable有两个体系：Error和Exception，Error表示严重的错误，程序对此一般无能为力，例如：

OutOfMemoryError：内存耗尽
NoClassDefFoundError：无法加载某个Class
StackOverflowError：栈溢出

而Exception则是运行时的错误，它可以被捕获并处理。

某些异常是应用程序逻辑处理的一部分，应该捕获并处理。例如：

NumberFormatException：数值类型的格式错误
FileNotFoundException：未找到文件
SocketException：读取网络失败

还有一些异常是程序逻辑编写错误造成的，应该修复程序本身。例如：

NullPointerException：对某个null的对象调用方法或字段
IndexOutOfBoundsException：数组索引越界

Exception又分为两大类：

RuntimeException以及它的子类；
非RuntimeException（包括IOException、ReflectiveOperationException等等）

Java规定：

必须捕获的异常，包括Exception及其子类，但不包括RuntimeException及其子类，这种类型的异常称为Checked Exception。
不需要捕获的异常，包括Error及其子类，RuntimeException及其子类。

4.异常类型表

异常类型	名称	触发场景
Exception	异常基类	所有异常的父类
├─ RuntimeException	运行时异常	不需要显式捕获的异常（程序本身出错）
│ ├─ NullPointerException	空指针异常	尝试访问null对象的成员或方法
│ ├─ IndexOutOfBoundsException	索引越界异常	访问数组、集合的无效索引
│ ├─ SecurityException	安全异常	违反安全策略的操作
│ └─ IllegalArgumentException	非法参数异常	方法接收到不合法参数
│ └─ NumberFormatException	数字格式异常	字符串转换为数字时格式错误
├─ IOException	输入输出异常	输入输出操作相关的异常
│ ├─ UnsupportedCharsetException	不支持的字符集异常	使用不支持的字符编码
│ ├─ FileNotFoundException	文件未找到异常	尝试访问不存在的文件
│ └─ SocketException	套接字异常	网络套接字操作失败
├─ ParseException	解析异常	数据解析失败（如日期格式解析）
├─ GeneralSecurityException	通用安全异常	安全相关操作的通用异常
├─ SQLException	SQL异常	数据库操作相关的异常
└─ TimeoutException	超时异常	操作执行超时

5.自定义异常

当我们在代码中需要抛出异常时，尽量使用JDK已定义的异常类型。但是有时如果实在找不到合适的已有异常，也可以自定义一个异常类型。自定义的异常也应该保持合理的继承体系。常见的做法是自定义一个BaseException作为“根异常”，然后，派生出各种业务类型的异常。通常建议从RuntimeException派生：

1	`public class BaseException extends RuntimeException {...}`

其他业务类型的异常就可以从BaseException派生：

public class UserNotFoundException extends BaseException {
}

public class LoginFailedException extends BaseException {
}

...

自定义的BaseException应该提供多个构造方法：

public class BaseException extends RuntimeException {
    public BaseException() {
        super();
    }

    public BaseException(String message, Throwable cause) {
        super(message, cause);
    }

    public BaseException(String message) {
        super(message);
    }

    public BaseException(Throwable cause) {
        super(cause);
    }
}

上述构造方法实际上都是原样照抄RuntimeException。这样，抛出异常的时候，就可以选择合适的构造方法。通过IDE可以根据父类快速生成子类的构造方法。

6.NullPointerException

在 RuntimeException 中，NUllPointerException（NPE，空指针异常）是比较常见的一种异常，我们来“重点关注”一下：

如果一个对象为null，调用其方法或访问其字段就会产生NullPointerException，这个异常通常是由JVM抛出的。Java中没有“指针”的概念，这里更多的是指一种“引用”（reference）的关系，其实区别也不是很大。

对于一般的 RuntimeException，应该遵循“早暴露，早修复”的原则，不能使用 catch 来隐藏。既然这种异常多在试图访问一个 null 值时发生，我们可以采取这样的策略来尽量避免这样的异常发生：

定义成员变量时立即初始化，如 String s = ""，因为 String 的默认值为 null。

定位哪一个是null

调用 a.b.c.x() 时，如果触发 NullPointerException，我们需要调查清楚到底是哪一种情况：

a是null?
a.b是null?
a.b.c是null?

从Java 14开始，如果产生了NullPointerException，JVM可以给出详细的信息告诉我们null对象到底是谁：

public class Demo {  
    public static void main(String[] args) {  
        Person p = new Person();  
        System.out.println(p.address.city.toLowerCase());  
    }  
}  
  
class Person {  
    String[] name = new String[2];  
    Address address = new Address();  
}  
  
class Address {  
    String city;  
    String street;  
    String zipcode;  
}

//输出：Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.toLowerCase()" because "p.address.city" is null

永远不要对报错信息感到畏惧或者是厌烦，这些信息会很清晰地告知我们问题的类型和出现和可能的成因，方便我们“对症下药”。最开始可以使用翻译工具翻译之后再看，或者询问AI；熟悉之后建议阅读错误信息原文并且尝试自己解决，这样才能积累编码经验。
比如说在这个例子中，很明确地告知了我们发生了控空指针异常，具体情况是"String.toLowerCase()"这个方法无法执行，原因是"p.address.city"是null。

二、断言

断言（Assertion）是一种调试程序的方式。在Java中，使用assert关键字来实现断言。

举个例子，玩家在支付虚拟货币兑换游戏道具时，需要判断玩家的货币数量是否足够，不足时就不能够成功兑换：

total_coin = player.getCoin();  // 获取玩家的金币数量
price = commodity.getPrice();   // 获取道具的价格

assert total_coin > price : "金币数量不足。" // 玩家需持有足够的货币才可以兑换，否则提示金币不足。

player.expend(price);     // 玩家扣费操作
player.addToBag(conmodity);  // 添加道具到玩家背包

这样，当玩家的金币数量不足时，就会触发 AssertionError 并且退出程序。注意这里只是用于演示断言的作用，实际开发中不建议使用这样的逻辑，使用 if 直接判断其实就行了。

Java断言的特点是：断言失败时会抛出AssertionError，导致程序结束退出。因此，断言不能用于可恢复的程序错误，只应该用于开发和测试阶段。实际开发中也很少使用断言，更多的是编写单元测试。

三、JDK Logging

在进行开发时，我们经常会通过 System.out.println()来打印某个变量的值，以便随着程序的运行观察和调试。

但是代码修改完成，准备编译发行版本是又需要去掉这些输出语句；后面调试时又需要给它们添加回来（将大象放进冰箱？），非常的繁琐。

一个好的解决方案是使用日志。输出日志，而不是用System.out.println()，有以下几个好处：

可以设置输出样式，避免自己每次都写"ERROR: " + var；
可以设置输出级别，禁止某些级别输出。例如，只输出错误日志；
可以被重定向到文件，这样可以在程序运行结束后查看日志；
可以按包名控制日志级别，只输出某些包打的日志；
……

因为Java标准库内置了日志包java.util.logging，我们可以直接用。先看一个简单的例子：

import java.util.logging.Logger;  
  
public class Demo {  
    public static void main(String[] args) {  
        Logger logger = Logger.getGlobal();  
        logger.info("启动程序中...");  
        logger.warning("内存已被占满。");  
        logger.fine("程序运行正常。");  
        logger.severe("进程已结束。");  
    }  
}

运行上述代码，得到类似如下的输出（Intellij IDEA环境）：

8月 25, 2025 2:06:39 下午 Demo main
信息: 启动程序中...
8月 25, 2025 2:06:40 下午 Demo main
警告: 内存已被占满。
8月 25, 2025 2:06:40 下午 Demo main
严重: 进程已结束。

对比可见，使用日志最大的好处是，它自动打印了时间、调用类、调用方法等很多有用的信息。

再仔细观察发现，4条日志只打印了3条，logger.fine()没有打印。这是因为日志的输出可以设定级别。JDK的Logging定义了7个日志级别，从严重到普通：

SEVERE
WARNING
INFO
CONFIG
FINE
FINER
FINEST

日志记录的默认级别是INFO，因此，INFO级别以下的日志，不会被打印出来。使用日志级别的好处在于，调整级别，就可以屏蔽掉很多调试相关的日志输出。

参考资料

廖雪峰的官方网站.Java教程[EB/OL].(2025-06-07)[2025-08-21]. https://liaoxuefeng.com/books/java/introduction/index.html ↩

学习笔记 > Java

#Java

Java学习笔记（四）：异常处理

http://blog.morely.top/2025/08/25/Java学习笔记（四）：异常处理/

作者

陌离

发布于

2025年8月25日

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