Java中的异常分类与自定义异常

Java中的异常机制是非常重要的编程概念，它帮助我们捕获和处理运行时错误，确保程序的健壮性与可靠性。本节课将深入探讨Java中的异常分类、如何自定义异常以及自定义异常的应用。

1. 异常概述

异常是指在程序执行过程中出现的意外情况或错误，通常会导致程序的执行中断。Java通过Throwable类及其子类来处理异常。

1.1 Throwable类

在Java中，所有异常类都继承自Throwable类。Throwable类有两个主要的子类：

Exception：程序可以处理的异常（可检查异常）。
Error：程序无法处理的严重问题（如OutOfMemoryError等）。

2. Java中的异常分类

Java中的异常分为两大类：检查异常（Checked Exceptions）和运行时异常（Unchecked Exceptions）。

2.1 检查异常（Checked Exceptions）

检查异常是指在编译时必须处理的异常，通常由程序员明确处理或者通过throws关键字声明抛出。常见的检查异常有：IOException、SQLException等。

示例：IOException

import java.io.File;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class CheckedExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            File file = new File("example.txt");
            FileReader fr = new FileReader(file); // 可能会抛出IOException
        } catch (IOException e) {
            // 处理IOException异常
            System.out.println("文件读取错误：" + e.getMessage());
        }
    }
}

代码解析：

在使用FileReader时，可能会发生IOException，所以必须用try-catch块来捕获该异常。

2.2 运行时异常（Unchecked Exceptions）

运行时异常是指在程序运行时出现的异常，通常是由程序员的逻辑错误导致的，这类异常继承自RuntimeException类。常见的运行时异常有：NullPointerException、ArrayIndexOutOfBoundsException等。

示例：NullPointerException

public class UncheckedExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        String str = null;
        try {
            // 会抛出NullPointerException
            System.out.println(str.length());
        } catch (NullPointerException e) {
            // 处理NullPointerException异常
            System.out.println("空指针异常：" + e.getMessage());
        }
    }
}

代码解析：

在对null对象进行操作时会抛出NullPointerException，程序员应避免对null对象进行调用。

2.3 Error类

Error类表示严重的错误，通常不由程序员处理，且不会通过异常捕获。常见的错误有：OutOfMemoryError、StackOverflowError等。

示例：StackOverflowError

public class ErrorExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 会导致StackOverflowError
        recursiveMethod();
    }

    public static void recursiveMethod() {
        recursiveMethod(); // 无限递归
    }
}

代码解析：

该示例会导致StackOverflowError，通常是由于程序进入无限递归或栈溢出导致的错误。

3. 自定义异常

在实际开发中，我们有时需要根据业务需求定义自定义异常，以便更好地捕获和处理特定的错误场景。

3.1 自定义检查异常

检查异常继承自Exception类，可以通过throws关键字声明抛出。

示例：自定义检查异常

// 自定义检查异常
public class InvalidAgeException extends Exception {
    public InvalidAgeException(String message) {
        super(message); // 调用父类的构造方法传入异常信息
    }
}

public class CustomCheckedExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            validateAge(-5); // 传入非法年龄，抛出自定义异常
        } catch (InvalidAgeException e) {
            // 处理自定义异常
            System.out.println("捕获异常：" + e.getMessage());
        }
    }

    // 验证年龄方法
    public static void validateAge(int age) throws InvalidAgeException {
        if (age < 0) {
            throw new InvalidAgeException("年龄不能为负数！");
        }
        System.out.println("年龄验证通过！");
    }
}

代码解析：

InvalidAgeException继承自Exception，是一个自定义的检查异常。
validateAge方法会抛出自定义异常InvalidAgeException，如果年龄小于0，则抛出该异常。

3.2 自定义运行时异常

运行时异常继承自RuntimeException类，通常不需要显式声明抛出。

示例：自定义运行时异常

// 自定义运行时异常
public class InvalidParameterException extends RuntimeException {
    public InvalidParameterException(String message) {
        super(message); // 调用父类构造方法
    }
}

public class CustomUncheckedExceptionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            validateParameter(0); // 传入无效参数，抛出自定义异常
        } catch (InvalidParameterException e) {
            // 处理自定义运行时异常
            System.out.println("捕获异常：" + e.getMessage());
        }
    }

    // 验证参数方法
    public static void validateParameter(int param) {
        if (param <= 0) {
            throw new InvalidParameterException("参数必须大于零！");
        }
        System.out.println("参数验证通过！");
    }
}

代码解析：

InvalidParameterException继承自RuntimeException，是一个自定义的运行时异常。
validateParameter方法会抛出自定义运行时异常InvalidParameterException，如果参数小于等于0。

4. 自定义异常的使用场景

自定义异常可以在多个场景中使用，常见的场景有：

业务逻辑错误：如用户输入的年龄不合法、商品库存不足等。
数据校验：如数据格式错误、字段缺失等。
服务异常：如服务调用失败、服务超时等。

4.1 业务逻辑错误示例

public class OrderService {
    public void placeOrder(int productId, int quantity) throws ProductOutOfStockException {
        if (quantity > 100) {
            throw new ProductOutOfStockException("库存不足！");
        }
        // 执行其他订单处理逻辑
    }
}

代码解析：

在订单服务中，如果订单数量超过100，则抛出自定义的ProductOutOfStockException异常。

4.2 数据校验错误示例

public class UserService {
    public void createUser(String username) throws InvalidUsernameException {
        if (username == null || username.isEmpty()) {
            throw new InvalidUsernameException("用户名不能为空！");
        }
        // 执行其他用户创建逻辑
    }
}