你是否曾遇到過這樣的場(chǎng)景：辛辛苦苦寫了幾百行 Java 代碼，運(yùn)行時(shí)卻突然彈出一行刺眼的紅色文字，程序直接崩潰？別慌，這其實(shí)是 Java 在 “善意提醒”—— 你的代碼出了點(diǎn)小狀況，而這個(gè) “提醒” 就是我們今天要深入探討的主角 ——異常（Exception）。

作為 Java 開發(fā)者，掌握異常處理不僅能讓你的程序更健壯，還能在調(diào)試時(shí)少走彎路。今天這篇文章，我們就從理論到實(shí)踐，全方位剖析 Java 異常，讓你從此面對(duì)異常不再手足無(wú)措！

一、什么是 Java 異常？

簡(jiǎn)單來說，異常就是程序運(yùn)行過程中出現(xiàn)的意外情況。比如你寫了一段讀取文件的代碼，但運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)這個(gè)文件被刪除了；或者你想把字符串轉(zhuǎn)換成數(shù)字，卻不小心傳入了字母 —— 這些都會(huì)導(dǎo)致異常。

舉個(gè)生活中的例子：你去自動(dòng)取款機(jī)取錢，正常流程是插卡、輸密碼、取錢、退卡。但如果中途銀行卡被吞了（機(jī)器故障），或者密碼輸錯(cuò)三次被鎖定（操作錯(cuò)誤），這些 “意外情況” 就相當(dāng)于程序中的 “異常”。此時(shí)取款機(jī)不會(huì)一直卡在那里，而是會(huì)提示你 “卡已被吞，請(qǐng)聯(lián)系銀行”，這其實(shí)就是一種 “異常處理”。

在 Java 中，異常本質(zhì)上是一個(gè)對(duì)象，它繼承自Throwable類。當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，Java 虛擬機(jī)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)異常對(duì)象，并停止當(dāng)前的執(zhí)行流程，轉(zhuǎn)而尋找能處理這個(gè)異常的代碼 —— 這個(gè)過程叫做 “拋出異常（throw）” 和 “捕獲異常（catch）”。

二、異常的 “家族圖譜”：三類異常你必須分清

Java 的異常體系就像一個(gè)大家族，從上到下分了多個(gè)層級(jí)，最核心的有三類：

1. 檢查型異常（Checked Exception）

這類異常是編譯器 “強(qiáng)制要求” 你處理的，如果你不處理，代碼根本編譯不過。它們通常是由外部因素引起的，比如文件不存在、網(wǎng)絡(luò)連接失敗等。

典型代表：

• IOException（輸入輸出異常）：涵蓋了大量與輸入輸出相關(guān)的異常，如文件讀寫錯(cuò)誤、網(wǎng)絡(luò)傳輸錯(cuò)誤等。
• FileNotFoundException（文件未找到異常）：當(dāng)試圖訪問的文件不存在時(shí)拋出。
• SQLException（數(shù)據(jù)庫(kù)操作異常）：在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)連接、查詢、更新等操作時(shí)可能出現(xiàn)，如數(shù)據(jù)庫(kù)連接失敗、SQL 語(yǔ)句語(yǔ)法錯(cuò)誤等。
• ClassNotFoundException（類未找到異常）：當(dāng)程序試圖加載一個(gè)不存在的類時(shí)拋出，常見于反射機(jī)制中。
• InterruptedException（中斷異常）：當(dāng)線程在睡眠、等待等狀態(tài)時(shí)被中斷，就會(huì)拋出該異常。
• ParseException（解析異常）：在解析字符串為特定格式（如日期格式）時(shí)，如果格式不匹配則會(huì)拋出，例如使用SimpleDateFormat解析日期字符串出錯(cuò)。

2. 非檢查型異常（Unchecked Exception）

編譯器不會(huì)強(qiáng)制你處理這類異常，它們通常是由代碼邏輯錯(cuò)誤導(dǎo)致的，比如數(shù)組越界、空指針調(diào)用等。

典型代表：

• NullPointerException（空指針異常）：當(dāng)調(diào)用一個(gè)null對(duì)象的方法或訪問其屬性時(shí)拋出，是最常見的異常之一。
• IndexOutOfBoundsException（索引越界異常）：包括數(shù)組索引越界和集合索引越界等情況，如訪問數(shù)組時(shí)索引值超出范圍。
• ArrayIndexOutOfBoundsException（數(shù)組索引越界異常）：專門針對(duì)數(shù)組的索引越界情況。
• StringIndexOutOfBoundsException（字符串索引越界異常）：操作字符串時(shí)，索引超出字符串長(zhǎng)度范圍拋出。
• ArithmeticException（算術(shù)異常）：發(fā)生非法算術(shù)運(yùn)算時(shí)拋出，最常見的情況是除以 0。
• ClassCastException（類型轉(zhuǎn)換異常）：當(dāng)試圖將一個(gè)對(duì)象強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為不兼容的類型時(shí)拋出，例如將字符串對(duì)象強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為整數(shù)對(duì)象。
• IllegalArgumentException（非法參數(shù)異常）：當(dāng)方法接收到的參數(shù)不符合預(yù)期要求時(shí)拋出，通常由開發(fā)者主動(dòng)拋出以提示參數(shù)錯(cuò)誤。
• NumberFormatException（數(shù)字格式異常）：將字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)字時(shí)，如果字符串格式不符合數(shù)字要求則拋出，如Integer.parseInt("123a")。
• NoSuchElementException（無(wú)此元素異常）：在操作集合的迭代器時(shí)，試圖訪問不存在的元素會(huì)拋出該異常。
• ConcurrentModificationException（并發(fā)修改異常）：當(dāng)使用迭代器遍歷集合的同時(shí)，對(duì)集合進(jìn)行修改（添加或刪除元素）時(shí)拋出。

3. 錯(cuò)誤（Error）

這是最嚴(yán)重的問題，通常是由 Java 虛擬機(jī)本身出現(xiàn)故障引起的，比如內(nèi)存溢出、棧溢出等。這類問題程序員一般無(wú)法通過代碼處理，只能從硬件或環(huán)境層面解決。

典型代表：

• OutOfMemoryError（內(nèi)存溢出錯(cuò)誤）：當(dāng)程序需要的內(nèi)存超過了 Java 虛擬機(jī)所能分配的最大內(nèi)存時(shí)拋出，可能是由于創(chuàng)建了過多大對(duì)象、內(nèi)存泄漏等原因?qū)е隆?/li>
• StackOverflowError（棧溢出錯(cuò)誤）：當(dāng)方法調(diào)用層次過深，導(dǎo)致棧內(nèi)存被耗盡時(shí)拋出，比如遞歸調(diào)用沒有正確的終止條件。
• NoClassDefFoundError（類定義未找到錯(cuò)誤）：當(dāng)虛擬機(jī)在運(yùn)行時(shí)找不到某個(gè)類的定義時(shí)拋出，可能是類文件被刪除、類路徑配置錯(cuò)誤等原因?qū)е拢cClassNotFoundException不同，它是在編譯時(shí)存在該類，運(yùn)行時(shí)卻找不到。
• UnsupportedClassVersionError（不支持的類版本錯(cuò)誤）：當(dāng) Java 虛擬機(jī)試圖加載的類所使用的類文件版本高于當(dāng)前虛擬機(jī)支持的版本時(shí)拋出。
• InternalError（內(nèi)部錯(cuò)誤）：表示 Java 虛擬機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)了錯(cuò)誤，通常是虛擬機(jī)本身的問題。

記住一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：我們?nèi)粘ｉ_發(fā)中需要重點(diǎn)處理的是前兩類異常，尤其是檢查型異常和常見的非檢查型異常。

三、異常處理的 “三板斧”：try-catch-finally

當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，Java 提供了一套標(biāo)準(zhǔn)的處理機(jī)制 ——try-catch-finally，這三者配合使用，能讓程序在遇到異常時(shí) “優(yōu)雅降級(jí)”，而不是直接崩潰。

基本語(yǔ)法：

try {
   // 可能發(fā)生異常的代碼塊
} catch (異常類型1 異常對(duì)象) {

   // 處理異常類型1的代碼
} catch (異常類型2 異常對(duì)象) {

   // 處理異常類型2的代碼
} finally {
   // 無(wú)論是否發(fā)生異常，都會(huì)執(zhí)行的代碼（比如釋放資源）
}

實(shí)例 1：用 try-catch 捕獲算術(shù)異常

public class ExceptionDemo {
   public static void main(String\[] args) {
       int a = 10;
       int b = 0;
       
       try {
           // 這里可能發(fā)生除以0的異常
           int result = a / b;
           System.out.println("結(jié)果是：" + result);
       } catch (ArithmeticException e) {
           // 捕獲并處理算術(shù)異常
           System.out.println("出錯(cuò)了：" + e.getMessage()); // 輸出異常信息
           e.printStackTrace(); // 打印異常堆棧信息，方便調(diào)試
       } finally {
           System.out.println("無(wú)論是否發(fā)生異常，我都會(huì)執(zhí)行！");
       }
       System.out.println("程序繼續(xù)執(zhí)行..."); // 如果異常被捕獲，這句會(huì)正常輸出
   }
}

運(yùn)行結(jié)果：

出錯(cuò)了：/ by zero
java.lang.ArithmeticException: / by zero
   at ExceptionDemo.main(ExceptionDemo.java:8)
無(wú)論是否發(fā)生異常，我都會(huì)執(zhí)行！
程序繼續(xù)執(zhí)行...

代碼解析：

• try塊：包裹可能發(fā)生異常的代碼。這里執(zhí)行10/0時(shí)，必然會(huì)拋出ArithmeticException。
• catch塊：當(dāng)try塊中發(fā)生指定類型的異常時(shí)，就會(huì)執(zhí)行這里的代碼。我們可以通過異常對(duì)象e獲取異常信息，比如e.getMessage()返回異常描述，e.printStackTrace()打印完整的堆棧軌跡（強(qiáng)烈建議調(diào)試時(shí)使用）。
• finally塊：無(wú)論try塊是否發(fā)生異常，這里的代碼一定會(huì)執(zhí)行。它通常用于釋放資源，比如關(guān)閉文件流、數(shù)據(jù)庫(kù)連接等。

四、主動(dòng)拋出異常：throw 和 throws 的用法

有時(shí)候，我們需要在代碼中主動(dòng)拋出異常，比如當(dāng)方法的參數(shù)不符合要求時(shí)。這時(shí)就需要用到throw和throws關(guān)鍵字。

1. throw：在方法內(nèi)部主動(dòng)拋出異常

public class ThrowDemo {
   public static void checkAge(int age) {
       if (age < 0 || age > 150) {
           // 當(dāng)年齡不合法時(shí)，主動(dòng)拋出IllegalArgumentException
           throw new IllegalArgumentException("年齡必須在0-150之間，你輸入的是：" + age);
       }
       System.out.println("年齡合法：" + age);
   }

   public static void main(String\[] args) {
       try {
           checkAge(200); // 調(diào)用方法時(shí)可能會(huì)觸發(fā)異常
       } catch (IllegalArgumentException e) {
           System.out.println("捕獲到異常：" + e.getMessage());
       }
   }
}

運(yùn)行結(jié)果：

捕獲到異常：年齡必須在0-150之間，你輸入的是：200

2. throws：聲明方法可能拋出的異常

如果一個(gè)方法內(nèi)部可能會(huì)拋出檢查型異常，而你不想在方法內(nèi)部處理，就可以用throws在方法聲明處告訴調(diào)用者 “這個(gè)方法可能會(huì)拋出這些異常，你需要處理”。

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
public class ThrowsDemo {
   // 聲明方法可能拋出FileNotFoundException（檢查型異常）
   public static void readFile(String filePath) throws FileNotFoundException {
       // 讀取文件的操作可能會(huì)拋出FileNotFoundException
       File file = new File(filePath);
       FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
   }

   public static void main(String\[] args) {
       try {
           readFile("不存在的文件.txt"); // 調(diào)用者必須處理聲明的異常
       } catch (FileNotFoundException e) {
           System.out.println("文件找不到：" + e.getMessage());
       }
   }
}

注意：如果方法聲明了throws檢查型異常，調(diào)用者必須用try-catch處理，或者繼續(xù)用throws向上傳遞，否則編譯報(bào)錯(cuò)。

五、實(shí)戰(zhàn)避坑：這些常用異常你一定遇到過！

1. 空指針異常（NullPointerException）

最常見的異常沒有之一！當(dāng)你調(diào)用一個(gè)null對(duì)象的方法或?qū)傩詴r(shí)就會(huì)觸發(fā)。

錯(cuò)誤示例：

String str = null;
System.out.println(str.length()); // 報(bào)錯(cuò)：NullPointerException

避坑技巧：調(diào)用方法前先判斷對(duì)象是否為null，或使用 Java 8 的Optional類進(jìn)行處理：

// 傳統(tǒng)判斷
if (str != null) {
   System.out.println(str.length());
}
// 使用Optional
Optional\<String> optionalStr = Optional.ofNullable(str);
optionalStr.ifPresent(s -> System.out.println(s.length()));

2. 數(shù)組索引越界異常（ArrayIndexOutOfBoundsException）

當(dāng)訪問數(shù)組時(shí)，索引值小于 0 或大于等于數(shù)組長(zhǎng)度時(shí)觸發(fā)。

錯(cuò)誤示例：

int\[] arr = {1, 2, 3};
System.out.println(arr\[3]); // 數(shù)組長(zhǎng)度為3，索引最大是2，這里報(bào)錯(cuò)

避坑技巧：訪問數(shù)組前先檢查索引范圍：

int index = 3;
if (index >= 0 && index < arr.length) {
   System.out.println(arr\[index]);
} else {
   System.out.println("索引超出范圍");
}

3. 類型轉(zhuǎn)換異常（ClassCastException）

當(dāng)試圖將一個(gè)對(duì)象強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為不兼容的類型時(shí)觸發(fā)。

錯(cuò)誤示例：

Object obj = "hello";
Integer num = (Integer) obj; // 字符串不能轉(zhuǎn)換為Integer，報(bào)錯(cuò)

避坑技巧：轉(zhuǎn)換前用instanceof判斷類型是否兼容：

Object obj = "hello";
if (obj instanceof Integer) {
   Integer num = (Integer) obj;
} else {
   System.out.println("類型不兼容，無(wú)法轉(zhuǎn)換");
}

4. 數(shù)字格式異常（NumberFormatException）

將字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)字時(shí)，如果字符串格式不符合數(shù)字要求，就會(huì)拋出該異常。

錯(cuò)誤示例：

String numStr = "123a";
int num = Integer.parseInt(numStr); // 報(bào)錯(cuò)：NumberFormatException

避坑技巧：轉(zhuǎn)換前先驗(yàn)證字符串格式：

String numStr = "123a";
if (numStr.matches("\\\d+")) {
   int num = Integer.parseInt(numStr);
} else {
   System.out.println("字符串格式不符合數(shù)字要求");
}

5. 算術(shù)異常（ArithmeticException）

發(fā)生非法算術(shù)運(yùn)算時(shí)拋出，最常見的情況是除以 0。

錯(cuò)誤示例：

int a = 10;
int b = 0;
int result = a / b; // 報(bào)錯(cuò)：ArithmeticException

避坑技巧：進(jìn)行除法運(yùn)算前，判斷除數(shù)是否為 0：

int a = 10;
int b = 0;
if (b != 0) {
   int result = a / b;
} else {
   System.out.println("除數(shù)不能為0");
}

6. 輸入輸出異常（IOException）

這是一個(gè)檢查型異常，在進(jìn)行文件讀寫、網(wǎng)絡(luò)操作等輸入輸出操作時(shí)可能會(huì)拋出，比如文件不存在、權(quán)限不足等。

錯(cuò)誤示例：

// 未處理檢查型異常，編譯報(bào)錯(cuò)
FileReader fileReader = new FileReader("test.txt");

避坑技巧：使用try-catch處理或在方法上聲明throws，并確保資源正確關(guān)閉：

try (FileReader fileReader = new FileReader("test.txt")) {
   // 讀取文件操作
} catch (FileNotFoundException e) {
   System.out.println("文件不存在：" + e.getMessage());
} catch (IOException e) {
   System.out.println("文件讀取錯(cuò)誤：" + e.getMessage());
}

7. 非法參數(shù)異常（IllegalArgumentException）

當(dāng)方法接收到的參數(shù)不符合預(yù)期要求時(shí)拋出，通常由開發(fā)者主動(dòng)拋出。

錯(cuò)誤示例：

public static void setAge(int age) {
   if (age < 0) {
       throw new IllegalArgumentException("年齡不能為負(fù)數(shù)");
   }
}
// 調(diào)用時(shí)傳入非法參數(shù)
setAge(-5); // 報(bào)錯(cuò)：IllegalArgumentException

避坑技巧：在方法入口處對(duì)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，提前發(fā)現(xiàn)問題：

public static void setAge(int age) {
   if (age < 0) {
       throw new IllegalArgumentException("年齡不能為負(fù)數(shù)，傳入值：" + age);
   }
   // 正常業(yè)務(wù)邏輯
}

8. 集合為空異常（NoSuchElementException）

在操作集合（如迭代器）時(shí)，當(dāng)試圖訪問不存在的元素時(shí)會(huì)拋出該異常。

錯(cuò)誤示例：

List\<String> list = new ArrayList<>();
Iterator\<String> iterator = list.iterator();
System.out.println(iterator.next()); // 集合為空，報(bào)錯(cuò)：NoSuchElementException

避坑技巧：操作前判斷元素是否存在：

List\<String> list = new ArrayList<>();
Iterator\<String> iterator = list.iterator();
if (iterator.hasNext()) {
   System.out.println(iterator.next());
} else {
   System.out.println("集合中沒有元素");
}

9. 并發(fā)修改異常（ConcurrentModificationException）

當(dāng)使用迭代器遍歷集合時(shí)，同時(shí)修改集合（如添加或刪除元素）會(huì)拋出該異常。

錯(cuò)誤示例：

List\<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("a", "b", "c"));
for (String s : list) {
   if (s.equals("b")) {
       list.remove(s); // 報(bào)錯(cuò)：ConcurrentModificationException
   }
}

避坑技巧：使用迭代器的remove方法，或使用Stream操作：

// 使用迭代器的remove方法
Iterator\<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
   String s = iterator.next();
   if (s.equals("b")) {
       iterator.remove();
   }
}
// 使用Stream過濾
List\<String> newList = list.stream().filter(s -> !s.equals("b")).collect(Collectors.toList());

10. 類未找到異常（ClassNotFoundException）

當(dāng)試圖加載一個(gè)不存在的類時(shí)拋出，常見于反射操作中。

錯(cuò)誤示例：

Class.forName("com.example.NonExistentClass"); // 報(bào)錯(cuò)：ClassNotFoundException

避坑技巧：確保類名和包名正確，檢查類路徑是否包含該類：