Java常见异常处理指南

### Java 常见异常处理指南 在 Java 编程中，常见的异常如 `NullPointerException`、`IndexOutOfBoundsException` 和 `ClassCastException` 会给开发带来困扰。下面将详细介绍这些异常的产生原因及避免方法。 #### 1. `NullPointerException` `NullPointerException` 是 Java 中常见的异常之一，通常是由于尝试访问空对象的属性或方法导致的。以下是避免该异常的一些方法： - **使用防御性检查**：在 API 边界使用 `requireNonNull()` 等方法进行防御性检查，确保不接受空值。 - **检查集合元素**：检查输入集合中是否包含空元素，虽然这可能会带来一定的性能开销。 - **避免返回空值**：当变量类型为 `Collection`、`Stream` 或 `Optional` 时，尽量返回空容器而不是空值。 - **避免返回包含空元素的数组、集合或映射**：调用者通常不期望返回的数组或集合中包含空元素。 - **抛出异常而非返回空值**：当遇到无法自行恢复的错误时，抛出包含详细信息的异常，而不是返回空值。 - **使用特殊枚举常量**：对于枚举类型，考虑引入特殊的枚举常量来代替返回空值。 - **避免使用包装类型**：避免使用 `Integer` 或 `Boolean` 等包装类型，因为它们可以存储空值，但这种情况的含义通常不明确。可以使用包含三个常量的枚举来代替 `Boolean`。 ##### 使用 `Optional` 代替空值 一些开发者更喜欢使用 `Optional` 类型来避免空值。`Optional` 可以看作是一个盒子，它可以为空，也可以包含一个非空值。以下是一个示例： ```java public Optional<User> findUser(String name) { if (!userExists(name)) { return Optional.empty(); } return Optional.of(getExistingUser(name)); } ``` 使用 `Optional` 作为返回值可以明确告知 API 客户端可能存在空值，并且客户端必须处理这种情况。`Optional` 提供了一些有用的方法来流畅地转换结果，例如： ```java String fullName = findUser(name).map(User::fullName) .orElse("(no such user)"); ``` 获取 `Optional` 对象有三种标准方法： - `Optional.empty()`：获取一个空的 `Optional`。 - `Optional.of(value)`：获取一个非空的 `Optional`，如果值为空则抛出 `NullPointerException`。 - `Optional.ofNullable(value)`：如果值为空则获取一个空的 `Optional`，否则获取一个包含该值的非空 `Optional`。 需要注意的是，使用 `Optional.ofNullable()` 时要谨慎，因为它可能会掩盖潜在的问题。如果已知值永远不会为空，最好使用 `Optional.of()`。 ##### 空值注解 使用空值注解是减少 `NullPointerException` 问题的一种流行方法。常见的注解有 `@Nullable` 和 `@NotNull`（或 `@Nonnull`）。`@Nullable` 表示注解的变量可能为空或注解的方法可能返回空值，而 `@NotNull` 表示注解的值永远不会为空。这些注解可以为代码提供文档，并为静态分析工具提供提示。 以下是一个使用空值注解的示例： ```java import org.jetbrains.annotations.*; interface MyInterface { @NotNull String getNotNull(); @Nullable String getNullable(); default void test() { if (getNotNull() == null) { … } System.out.println(getNullable().trim()); } } ``` 静态分析工具可以帮助检测空值注解相关的问题，例如 IntelliJ IDEA 可以检测到对可空值的解引用而没有进行空值检查，以及对非空值进行空值检查的情况。 #### 2. `IndexOutOfBoundsException` Java 会自动进行边界检查，当尝试访问数组、字符串或列表的越界元素时，会抛出 `ArrayIndexOutOfBoundsException` 或 `StringIndexOutOfBoundsException` 等异常。然而，开发者仍然需要自己进行边界检查，以避免这些异常的发生。 以下是一个忘记进行边界检查的示例： ```java void processString(String s) { if (Character.isDigit(s.charAt(0))) { processStringStartingWithDigit(s); } } ``` 上述代码在输入为空字符串时会抛出异常。此外，边界检查可能会出现以下三种典型问题： - **检查顺序错误**：边界检查在索引访问之后进行，可能是由于重构或复制粘贴错误导致的。 ```java void processArrayElement(int[] data, int index) { if (data[index] >= 0 && index < data.length) { … } } ``` - **关系错误**：比较关系意外翻转，例如应该是 `data.length > index` 却写成了 `data.length < index`。 ```java void processInput(int[] data, int index) { if (data.length < index && data[index] >= 0) { … } } ``` - **差一错误**：在索引等于数组、列表或字符串长度的边界情况下，开发者可能没有注意到这种情况。 ```java void processInput(int[] data, int index) { if (index > data.length) return; if (data[index] >= 0) { … } } ``` 静态分析工具可以帮助检测这些问题，例如 IntelliJ IDEA 可以检测前两种情况，PVS-Studio 可以检测差一错误。 当需要访问连续的索引范围时，需要进行更复杂的边界检查。例如，填充数组的一部分时，需要确保起始偏移量和元素数量是非负的，并且数组大小至少等于起始偏移量和元素数量的总和。同时，要注意偏移量和元素数量的总和可能会溢出，因此简单的检查 `offset + count <= length` 可能不够。可以使用以下溢出安全的条件： ```java length >= 0 && offset >= 0 && count >= 0 && count <= length - offset ``` Java 9 引入了 `java.util.Objects` 类中的 `checkFromIndexSize()`、`checkIndex()` 和 `checkFromToIndex()` 方法，可以帮助进行边界检查。例如： ```java class MyInputStream extends InputStream { @Override public in ```