Java 异常处理教学

1️⃣ 什么是异常？

在 Java 中，**异常（Exception）**是程序运行时发生的错误，可能会导致程序中断。异常通常发生在：

数学计算错误（如除以 0）
数组访问越界
文件找不到
空指针访问
类型转换错误等

为了保证程序的稳定性，Java 提供了异常处理机制来捕获和处理这些错误。

2️⃣ Java 异常体系

在 Java 中，异常类是 Throwable 类的子类，可以分为：

Error（错误）：通常是 JVM 级别的错误，不应该在代码中处理（如 OutOfMemoryError）。
Exception（异常）：
- 受检异常（Checked Exception）：必须在代码中处理，否则编译错误（如 IOException）。
- 非受检异常（Unchecked Exception）：程序运行时可能发生，但可以不处理（如 NullPointerException）。

Java 异常类层次结构

Throwable
│
├── Error（错误） ❌ 一般不处理
│   ├── OutOfMemoryError
│   ├── StackOverflowError
│   └── ...
│
└── Exception（异常） ✅ 可以处理
    ├── 受检异常（必须处理）
    │   ├── IOException
    │   ├── SQLException
    │   └── ...
    │
    └── 运行时异常（可选处理）
        ├── NullPointerException
        ├── ArithmeticException
        ├── ArrayIndexOutOfBoundsException
        ├── ClassCastException
        └── ...

3️⃣ 异常处理语句

Java 提供了 try-catch-finally 语句来处理异常，基本语法如下：

try {
    // 可能抛出异常的代码
} catch (异常类型 e) {
    // 处理异常
} finally {
    // 可选，始终执行（如释放资源）
}

3.1 try-catch 处理异常

public class ExceptionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int result = 10 / 0; // 发生异常
            System.out.println("结果：" + result);
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("发生算术异常：" + e.getMessage());
        }
        System.out.println("程序继续执行...");
    }
}

🔹 运行结果

1 2	发生算术异常：/ by zero 程序继续执行...

3.2 多个 catch 处理不同异常

public class MultiCatchDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int[] arr = {1, 2, 3};
            System.out.println(arr[5]); // 访问越界
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("算术异常：" + e.getMessage());
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            System.out.println("数组索引越界异常：" + e.getMessage());
        }
        System.out.println("程序继续执行...");
    }
}

🔹 运行结果

1 2	数组索引越界异常：Index 5 out of bounds for length 3 程序继续执行...

3.3 多异常合并（JDK 7+）

在 Java 7 及以上版本，可以使用 | 处理多个异常：

public class MultiExceptionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int num = Integer.parseInt("abc"); // NumberFormatException
        } catch (NumberFormatException | ArithmeticException e) {
            System.out.println("发生异常：" + e.getMessage());
        }
    }
}

3.4 finally 代码块

finally 代码块无论是否发生异常都会执行，通常用于释放资源（如关闭文件、数据库连接等）。

public class FinallyDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            System.out.println("打开文件...");
            int num = 10 / 0; // 发生异常
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("发生异常：" + e.getMessage());
        } finally {
            System.out.println("关闭文件...");
        }
    }
}

🔹 运行结果

1
2
3

打开文件...
发生异常：/ by zero
关闭文件...

4️⃣ 抛出异常（throw & throws）

4.1 使用 throw 关键字

throw 用于手动抛出异常。

public class ThrowDemo {
    public static void checkAge(int age) {
        if (age < 18) {
            throw new IllegalArgumentException("年龄必须 >= 18");
        }
        System.out.println("年龄合法");
    }

    public static void main(String[] args) {
        checkAge(15); // 这里会抛异常
    }
}

🔹 运行结果

1	Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: 年龄必须 >= 18

4.2 使用 throws 声明异常

throws 用于声明方法可能抛出的异常，调用者需要处理异常。

import java.io.*;

public class ThrowsDemo {
    public static void readFile(String filePath) throws IOException {
        FileReader file = new FileReader(filePath);
        BufferedReader br = new BufferedReader(file);
        System.out.println(br.readLine());
        br.close();
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
          	readFile("nonexistent.txt");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("文件读取错误：" + e.getMessage());
        }
    }
}

🔹 运行结果

1	文件读取错误：nonexistent.txt (系统找不到指定的文件。)

5️⃣ 自定义异常

Java 允许创建自己的异常类，继承 Exception 或 RuntimeException。

// 自定义异常类
class AgeException extends Exception {
    public AgeException(String message) {
        super(message);
    }
}

public class CustomExceptionDemo {
    public static void checkAge(int age) throws AgeException {
        if (age < 18) {
            throw new AgeException("未满18岁不能注册");
        }
        System.out.println("注册成功！");
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            checkAge(16);
        } catch (AgeException e) {
            System.out.println("异常：" + e.getMessage());
        }
    }
}

🔹 运行结果

1	异常：未满18岁不能注册

6️⃣ 异常处理最佳实践

✅ 只捕获必要的异常，不要用 catch(Exception e) 捕获所有异常
✅ 合理使用 finally 释放资源
✅ 使用自定义异常提高可读性
✅ 受检异常（Checked Exception）应该处理或声明
✅ 运行时异常（Unchecked Exception）一般不捕获，避免隐藏 bug

🎯 练习题

1️⃣ 编写一个方法，计算两个数的除法，如果除数为 0，抛出 ArithmeticException。
2️⃣ 编写一个读取文件的程序，如果文件不存在，抛出 FileNotFoundException 并处理它。
3️⃣ 创建自定义异常NegativeNumberException，如果方法参数是负数，则抛出异常。

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