Java 异常体系详解与最佳实践

异常体系架构

Java 中的所有异常和错误都继承自 Throwable 类。理解这个层级结构是掌握异常处理的基础。

Throwable (所有错误和异常的根父类)
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├── Error (严重错误)
│    ├── OutOfMemoryError (OOM)
│    ├── StackOverflowError (栈溢出)
│    └── ... (通常是 JVM 或系统级问题，程序无法恢复，不应捕获)
│
└── Exception (程序可处理的异常)
     │
     ├── Checked Exception (检查型/编译时异常)
     │    ├── IOException (文件/网络操作)
     │    ├── SQLException (数据库操作)
     │    ├── ClassNotFoundException
     │    └── ... (编译器强制要求处理，要么 try-catch，要么 throws)
     │
     └── Unchecked Exception / RuntimeException (非检查型/运行时异常)
          ├── NullPointerException (NPE)
          ├── ArrayIndexOutOfBoundsException (数组越界)
          ├── ClassCastException (类型转换错误)
          ├── ArithmeticException (算术异常, 如 /0)
          └── ... (通常由代码逻辑错误导致，编译器不强制处理)

核心概念与分类

1. Error vs Exception

• Error: 代表了 JVM 本身无法处理的严重错误（如内存耗尽、虚拟机崩溃）。程序不应该尝试捕获这些错误，因为一旦发生，程序通常无法恢复正常运行。
• Exception: 代表程序运行过程中可以预见、可以捕获并处理的异常情况。

2. Checked vs Unchecked (RuntimeException)

这是面试中最常问到的区别，可以用口诀记忆：“检查要动手，运行靠逻辑”。

关键字与语法解析

throw vs throws

• throws: 用在方法签名上。
  • 作用: 声明该方法可能抛出的风险。告诉调用者：“我可能会出问题，你自己看着办”。
  • 示例: public void readFile() throws IOException { ... }
• throw: 用在方法体内部。
  • 作用: 执行抛出异常对象的动作。
  • 示例: if (obj == null) throw new NullPointerException("参数为空");

try-catch-finally 执行机制

• try: 标记危险区域，包裹可能抛出异常的代码。
• catch: 捕获处理异常。
  • 注意: 必须先捕获子类异常，再捕获父类异常。如果 Exception 在 IOException 前面，具体的 IO 异常将永远无法进入其专属的 catch 块。
• finally: 保底执行。无论是否发生异常，该块代码几乎总会执行（除非 JVM 退出）。主要用于资源释放。

进阶与最佳实践

1. 资源管理的进化：try-with-resources

在 JDK 7 之前，我们需要在 finally 中繁琐地关闭流。JDK 7 引入了 try-with-resources，适用于实现了 AutoCloseable 接口的资源。

传统写法 (不推荐):

FileInputStream fis = null;
try {
    fis = new FileInputStream("file.txt");
    // ...
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    if (fis != null) {
        try {
            fis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

现代写法 (推荐):

// 编译器自动生成关闭逻辑，安全且简洁
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt")) {
    // 业务逻辑
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

2. 异常处理的性能与规范

• 不要用异常控制流程: 创建异常对象（需要捕获栈轨迹）开销较大。例如，不要用 try-catch 来处理数组遍历结束，而应该用循环条件。
• 不要“吞”异常: catch 块中至少要记录日志。catch (Exception e) {} 是大忌，这会让排查问题变得不可能。
• 异常链保持: 捕获低级异常抛出高级异常时，务必保留原始异常：throw new BusinessException("业务错误", causeException);。

3. 自定义异常

• 目的: 提供更具业务含义的错误信息。
• 实现:
  • 业务逻辑错误继承 Exception (Checked)。
  • 通用技术错误继承 RuntimeException (Unchecked)。
  • 必须提供包含 String message 和 Throwable cause 的构造函数。

高频面试题剖析

Q1: finally 块中的代码一定会执行吗？

答: 几乎一定。只有在 try 块中调用了 System.exit(0) 强制终止 JVM 时，finally 才不会执行。

Q2: 如果 try 中有 return，finally 还会执行吗？

答: 会执行。
执行顺序是：

1. 执行 try 中的代码。
2. 遇到 return，先计算返回值并暂存。
3. 执行 finally 块。
4. 如果 finally 中没有 return：方法返回第 2 步暂存的值。
5. 如果 finally 中也有 return (危险)：finally 的返回值会覆盖 try 中的返回值。应避免在 finally 中写 return。

Q3: 常见的运行时异常有哪些？

• NullPointerException (NPE)
• ArrayIndexOutOfBoundsException
• ClassCastException
• IllegalArgumentException
• ArithmeticException