Java 常见异常排查与修复实战指南

排查思路：

1. 定位堆栈中第一个出现自己代码的行号。
2. 检查该行代码有哪些对象可能为 null。
3. 确认对象来源（调用方传入？方法返回？变量初始化？）。

修正与预防：

• 参数校验：在方法入口处检查参数。

void parseDocument(@NonNull Document doc) {
    if (doc == null) {
        throw new IllegalArgumentException("doc cannot be null");
    }
    doc.getElements();
}

• 使用 Optional（Java 8+）：

public Optional<String> lookupElement(Document doc) {
    return Optional.ofNullable(doc.findElement("span")).map(Element::getValue);
}

• 预防措施：明确空值来源，使用 @NonNull/@Nullable 注解，遵循'尽早失败'原则。

2.2 ArrayIndexOutOfBoundsException（数组下标越界异常）

当试图使用非法索引访问数组元素时抛出。

出现场景：

• 索引超出数组长度（如 i <= scores.length 应为 i < scores.length）。
• 循环条件错误。
• 索引为负数。

示例：

int[] scores = {85, 90, 78, 92};
for (int i = 0; i <= scores.length; i++) { // 错误：最后一次循环 i=4，越界
    System.out.println(scores[i]);
}

修正方案：

• 优先使用增强 for 循环。
• 动态计算索引时添加边界检查。

for (int score : scores) {
    System.out.println(score);
}

2.3 ClassCastException（类型转换异常）

当试图将一个对象强制转换为它不是实例的子类时抛出。

出现场景：

• 将父类对象强制转换为子类类型。
• 集合中元素类型不一致（未使用泛型）。
• 不正确的向下转型。

示例：

Object obj = new Object();
Integer num = (Integer) obj; // Object 不能转换为 Integer

修正方案：

• 使用泛型：确保集合类型安全。

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
String s = list.get(0); // 无需强制转换

• 使用 instanceof 检查：

if (obj instanceof String str) { // Java 16+ Pattern Matching
    System.out.println(str.length());
}

2.4 ArithmeticException（算术异常）

最常见的是整数除零。

注意：浮点数除零不会抛出异常，会返回 Infinity 或 NaN。

修正方案：

• 在进行除法或取模前，始终检查除数是否为 0。

public int divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        throw new IllegalArgumentException("除数不能为 0");
    }
    return a / b;
}

2.5 NumberFormatException（数字格式异常）

当尝试将字符串转换为数字类型，但字符串格式不合法时抛出。

出现场景：

• 字符串包含非数字字符。
• 字符串包含空格或特殊符号。
• 数字超出类型范围。

修正方案：

• 数据清洗（trim）。
• 解析前验证格式。

public int parsePostalCode(String input) {
    if (input == null || !input.matches("\\d{5}")) {
        throw new IllegalArgumentException("邮政编码必须是 5 位数字");
    }
    return Integer.parseInt(input);
}

2.6 IllegalArgumentException & IllegalStateException

• IllegalArgumentException：向方法传递了不合法或不适当的参数（调用者责任）。
• IllegalStateException：方法在非法或不适当的时间被调用（被调用者状态不适合）。

建议：在方法开头进行参数校验，并在文档中说明前置条件。

三、常见受检异常解析

3.1 IOException（输入输出异常）

最典型的受检异常，处理文件、网络、流操作时经常遇到。

排查思路：

1. 查看异常消息中的具体原因（如 FileNotFoundException, SocketException）。
2. 检查文件路径和存在性。
3. 检查网络连接状态或磁盘空间。

修正方案：

• 使用 try-with-resources：确保资源自动关闭。

public String readFile(String path) throws IOException {
    try (FileReader fr = new FileReader(path);
         BufferedReader br = new BufferedReader(fr)) {
        return br.readLine();
    }
}

• 操作前检查文件和目录状态。

3.2 ClassNotFoundException

当应用程序试图通过字符串名加载类，但在类路径中找不到该类的定义时抛出。

排查思路：

1. 查看缺少的类名。
2. 确认该类属于哪个库/JAR。
3. 检查类路径配置或依赖管理。

修正方案：

• 确保 JAR 包在类路径中（Maven 项目检查 pom.xml）。
• 捕获并处理异常，提供友好的错误信息。

四、综合实战与最佳实践

4.1 复杂异常排查案例：异常链

在银行转账系统中，可能会遇到异常链的情况。

场景：

com.example.BusinessException: 转账失败，请稍后重试
at com.example.BankingService.transfer(BankingService.java:45)
Caused by: java.sql.SQLException: Connection timed out
at com.mysql.jdbc.ConnectionImpl.createNewIO(ConnectionImpl.java:2189)

排查步骤：

1. 看顶层异常：BusinessException，但消息太泛化。
2. 看 Caused by：SQLException: Connection timed out，这才是真正原因。
3. 追溯源头：数据库连接超时。

教训：包装异常时不要丢失原始信息，提供具体的错误消息有助于排查。

4.2 异常处理最佳实践总结

4.3 其他注意事项

• 多异常捕获（Java 7+）：

try {
    // 业务代码
} catch (IOException | SQLException e) {
    logger.error("数据访问错误", e);
    throw e;
}

• 事务管理：运行时异常通常触发事务回滚，受检异常需配置 rollbackFor。

五、总结

通过本文的学习，我们覆盖了异常基础体系、常见运行时与受检异常的排查方法，以及异常处理的最佳实践。记住，异常处理的核心在于：快速定位问题根源，优雅地处理错误，并确保系统状态的稳定性。在实际开发中，养成阅读堆栈信息的习惯，遵循'精准捕获、绝不吞噬、及时释放'的原则，你的代码将更加健壮可靠。