第22章 异常处理：让程序面对错误时有章法
前面三阶段写的程序，大多数都在“正确输入、正确流程”下运行。真实程序不会这么顺利。
用户会输入空姓名。文件可能不存在。日期格式可能写错。手机号可能重复。网络可能断开。数据库可能连接失败。程序员自己也可能传错参数。
如果每个错误都让程序直接崩掉，用户体验会很差；如果把错误全部吞掉，问题会更可怕，因为数据可能悄悄错了。
异常处理要解决的不是“让程序永远不报错”，而是：
错误发生时，程序能明确知道哪里错了；
能在合适的位置处理；
处理不了时能带着清楚原因继续向上报告。
这一章会讲：
- 异常是什么。
- 为什么不能只靠 if 返回错误码。
- try/catch/finally 怎么用。
- throw 和 throws 的区别。
- 受检异常和运行时异常。
- 常见异常类怎么判断。
- 如何设计自定义业务异常。
- 为什么不要吞异常。
- 如何把异常用到图书馆和联系人项目里。
一、程序失败是正常情况
先看一个简单输入程序：
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.print("请输入年龄：");
int age = scanner.nextInt();
System.out.println("年龄：" + age);
如果用户输入：
18
没问题。
如果用户输入：
abc
程序会报错。
这不是 Java 脆弱，而是程序收到的数据不符合预期。真实系统里，这种事情每天都在发生。
错误大概可以分几类：
| 参数错误 | 姓名为空、年龄为负数 | 尽早拒绝，给清楚提示 |
| 状态错误 | 没库存还要借书 | 阻止操作，说明状态不允许 |
| 外部错误 | 文件不存在、网络失败 | 捕获后提示或重试 |
| 程序错误 | 数组越界、空指针 | 修代码，不能假装没事 |
异常处理不是为了掩盖错误，而是让错误有路径、有语义、有边界。
二、异常是什么
异常是 Java 用来表示程序运行中出现问题的一种对象。
比如：
throw new IllegalArgumentException("姓名不能为空");
这里创建了一个 IllegalArgumentException 对象，并把它抛出去。
一旦抛出异常，当前方法会停止继续往下执行，异常会沿着调用链向上传递，直到被某个 catch 捕获，或者一直没人处理导致程序终止。
流程大概是：
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否
是
main 调用 addContact
addContact 调用 Contact 构造方法
Contact 检查 name
name 为空?
创建成功
throw IllegalArgumentException
异常返回 addContact
异常返回 main
catch 捕获并打印提示
异常会打断正常流程，这正是它的作用。
如果姓名为空，程序就不应该继续创建一个非法联系人。
三、为什么不用返回值表示所有错误
不用异常时，有人会写：
public boolean addContact(Contact contact) {
if (contact == null) {
return false;
}
if (contactsByPhone.containsKey(contact.getPhone())) {
return false;
}
contactsByPhone.put(contact.getPhone(), contact);
return true;
}
调用方：
boolean success = manager.addContact(contact);
if (!success) {
System.out.println("添加失败");
}
问题是：失败原因丢了。
到底是联系人为空？手机号重复？手机号格式不对？内部状态错误？
你可以返回错误码：
return 1; // 成功
return –1; // 联系人为空
return –2; // 手机号重复
但错误码会让代码变得难读，而且调用方很容易忘记检查。
异常的优势是：
- 可以携带错误消息。
- 可以携带异常类型。
- 可以中断当前流程，避免继续错误执行。
- 可以在合适层统一处理。
这不表示所有失败都必须用异常。比如搜索联系人找不到，可以返回空列表；判断权限没有某个权限，可以返回 false。异常更适合表示“不应该继续正常执行”的情况。
四、try/catch 基本用法
捕获异常：
try {
int number = Integer.parseInt("abc");
System.out.println(number);
} catch (NumberFormatException e) {
System.out.println("数字格式不正确：" + e.getMessage());
}
Integer.parseInt("abc") 会抛出 NumberFormatException。
catch 捕获后，程序不会直接终止，而是执行提示。
输出：
数字格式不正确：For input string: "abc"
try 里放可能出错的代码。
catch 里放处理错误的代码。
不要把整个程序都塞进一个巨大的 try：
try {
// 几百行代码
} catch (Exception e) {
}
这样你很难知道到底是哪一步出了问题。
五、多个 catch
不同异常可以分别处理：
try {
String text = null;
int number = Integer.parseInt(text);
System.out.println(number);
} catch (NumberFormatException e) {
System.out.println("数字格式错误");
} catch (NullPointerException e) {
System.out.println("文本不能为null");
}
catch 顺序要从具体到宽泛。
错误：
try {
int number = Integer.parseInt("abc");
} catch (Exception e) {
System.out.println("异常");
} catch (NumberFormatException e) {
System.out.println("数字格式异常");
}
Exception 已经能捕获 NumberFormatException，后面的 catch 永远到不了，编译器会报错。
正确：
try {
int number = Integer.parseInt("abc");
} catch (NumberFormatException e) {
System.out.println("数字格式异常");
} catch (Exception e) {
System.out.println("其他异常");
}
六、finally
finally 表示无论是否异常，最后都要执行。
try {
System.out.println("打开资源");
int number = Integer.parseInt("abc");
System.out.println(number);
} catch (NumberFormatException e) {
System.out.println("处理异常");
} finally {
System.out.println("关闭资源");
}
输出：
打开资源
处理异常
关闭资源
finally 常用于释放资源，比如关闭文件、关闭连接。
不过现代 Java 处理文件资源，更常用 try-with-resources：
try (BufferedReader reader = Files.newBufferedReader(path)) {
String line = reader.readLine();
}
下一章讲文件 IO 时会重点使用它。
七、throw：主动抛出异常
throw 用来抛出一个异常对象。
public void rename(String newName) {
if (newName == null || newName.trim().isEmpty()) {
throw new IllegalArgumentException("联系人姓名不能为空");
}
this.name = newName.trim();
}
如果姓名不合法，方法立刻停止。
后面的赋值不会执行。
这是好事。因为非法数据不应该进入对象。
常见主动抛出的运行时异常：
| IllegalArgumentException | 参数不合法 |
| IllegalStateException | 当前对象状态不允许这个操作 |
| NullPointerException | 某个必须非空的对象为 null，通常可用 Objects.requireNonNull |
| UnsupportedOperationException | 方法不支持当前操作 |
图书馆里：
if (!book.isAvailable()) {
throw new IllegalStateException("图书暂无可借副本：" + book.getTitle());
}
这里不是参数格式错，而是图书当前状态不允许借出，所以用 IllegalStateException。
八、throws：声明方法可能抛出异常
throws 写在方法声明上，表示这个方法可能抛出某种异常。
public String readText(String fileName) throws IOException {
return Files.readString(Path.of(fileName));
}
throws IOException 告诉调用者：这个方法可能遇到 IO 错误，比如文件不存在、没有权限、读取失败。
调用方必须处理：
try {
String text = readText("data.txt");
System.out.println(text);
} catch (IOException e) {
System.out.println("读取文件失败：" + e.getMessage());
}
throw 和 throws 不一样：
throw：真的抛出一个异常对象。
throws：声明这个方法可能把异常抛出去。
例子：
public void save() throws IOException {
throw new IOException("保存失败");
}
方法声明用 throws，方法体里用 throw。
九、受检异常和运行时异常
Java 异常大致分为：
Throwable
Error
Exception
RuntimeException
其他受检异常
1. RuntimeException
运行时异常不强制你 catch。
比如：
- IllegalArgumentException
- IllegalStateException
- NullPointerException
- IndexOutOfBoundsException
- NumberFormatException
它们通常表示程序逻辑、参数、状态问题。
2. Checked Exception
受检异常必须处理或声明抛出。
比如：
- IOException
- SQLException
这些通常和外部资源有关。文件、网络、数据库都可能失败，Java 要求你面对这些失败。
3. Error
Error 表示严重问题，比如：
- OutOfMemoryError
- StackOverflowError
普通业务代码不要捕获 Error。这类问题通常不是业务层能恢复的。
十、方法里应该 catch 还是继续 throws
一个方法遇到异常，有两种选择：
第一，在这里处理。
try {
String text = readText("data.txt");
System.out.println(text);
} catch (IOException e) {
System.out.println("读取失败，请检查文件");
}
第二，自己不处理，继续抛给上层。
public String loadConfig() throws IOException {
return Files.readString(Path.of("config.txt"));
}
怎么选？
看这个方法有没有能力做出正确处理。
如果当前方法只是底层读取文件，它不知道失败后应该提示用户、重试、还是使用默认配置，那就继续抛出。
如果当前方法是命令行入口，能给用户明确提示，那就 catch。
不要为了消除编译错误随便 catch：
try {
readText("data.txt");
} catch (IOException e) {
}
这叫吞异常，是非常危险的。
十一、不要吞异常
错误写法：
try {
saveContacts();
} catch (IOException e) {
}
如果保存失败，用户以为保存成功，实际上数据没写进去。
至少要打印或重新抛出：
try {
saveContacts();
} catch (IOException e) {
System.out.println("保存联系人失败：" + e.getMessage());
}
更好的做法是在上层统一处理，或者包装成业务异常：
try {
saveContacts();
} catch (IOException e) {
throw new ContactStorageException("保存联系人失败", e);
}
这里保留了原始异常 e 作为 cause。以后排查时能看到真正底层原因。
十二、自定义业务异常
有时 Java 内置异常不够表达业务。
比如联系人存储失败，可以定义：
public class ContactStorageException extends RuntimeException {
public ContactStorageException(String message) {
super(message);
}
public ContactStorageException(String message, Throwable cause) {
super(message, cause);
}
}
使用：
public void save() {
try {
// 写文件
} catch (IOException e) {
throw new ContactStorageException("保存联系人文件失败", e);
}
}
为什么继承 RuntimeException？
业务异常是否做成受检异常，没有绝对答案。很多现代项目会把业务异常做成运行时异常，然后在统一入口捕获处理。
如果你希望调用者必须处理某类外部失败，也可以继承 Exception。
本教程现阶段建议：
- 参数和业务状态问题，用运行时异常。
- 文件 IO 这类底层 API 遇到的 IOException，先按 Java 要求处理。
- 需要转成业务语义时，包装成自定义运行时异常。
十三、异常包装要保留 cause
不推荐：
catch (IOException e) {
throw new ContactStorageException("保存失败");
}
这样原始 IOException 丢了。
推荐：
catch (IOException e) {
throw new ContactStorageException("保存失败", e);
}
异常链能告诉你：
业务上：保存失败
底层原因：权限不足 / 文件不存在 / 磁盘错误
排查问题时，cause 很重要。
十四、在命令行项目里统一处理异常
联系人项目里，菜单可以这样处理：
try {
manager.addContact(contact);
System.out.println("新增成功");
} catch (IllegalArgumentException | IllegalStateException e) {
System.out.println("操作失败：" + e.getMessage());
}
如果每个菜单动作都写一遍 catch，会有点重复。
可以在主循环外层统一包住：
while (true) {
try {
// 读取命令并执行
} catch (RuntimeException e) {
System.out.println("操作失败：" + e.getMessage());
}
}
这适合小型命令行程序。
真实项目里通常会有更系统的异常处理层，比如 Web 项目里的全局异常处理器。
十五、异常信息要给人看得懂
不好的异常消息：
throw new IllegalArgumentException("error");
更好的：
throw new IllegalArgumentException("手机号不能为空");
再好一点：
throw new IllegalArgumentException("手机号只能包含数字、空格或横线：" + phone);
异常消息要回答：
哪里错了？
为什么错？
最好能带上关键值。
但不要把敏感信息写进异常，比如密码、身份证完整号码、密钥。
十六、异常不是替代所有 if
不要用异常控制普通流程。
不推荐：
try {
Contact contact = manager.findByPhone(phone);
System.out.println(contact.getName());
} catch (NullPointerException e) {
System.out.println("联系人不存在");
}
应该写：
Contact contact = manager.findByPhone(phone);
if (contact == null) {
System.out.println("联系人不存在");
} else {
System.out.println(contact.getName());
}
“没找到联系人”在查询场景里可能是正常结果，不一定要用异常。
但删除联系人时，要求删除一个不存在的手机号，可以视为操作失败：
public void removeByPhone(String phone) {
Contact removed = contactsByPhone.remove(normalizedPhone);
if (removed == null) {
throw new IllegalArgumentException("联系人不存在：" + normalizedPhone);
}
}
是否用异常，要看业务语义。
十七、常见异常
1. NullPointerException
空引用调用方法：
String text = null;
text.length();
解决：明确哪些值允许为空，哪些不允许；构造方法和参数入口尽早校验。
2. IndexOutOfBoundsException
下标越界：
List<String> names = new ArrayList<>();
names.get(0);
解决：访问前检查 size()。
3. NumberFormatException
字符串转数字失败：
Integer.parseInt("abc");
解决：捕获后提示用户输入数字。
4. IllegalArgumentException
参数不合法：
new Contact("", "小林", "", null);
5. IllegalStateException
对象状态不允许：
book.borrowOneCopy(); // 没库存
6. IOException
文件或 IO 失败：
Files.readString(Path.of("missing.txt"));
下一章会大量见到。
十八、练习
练习 1：解析年龄
写方法：
public static int parseAge(String text)
要求：
- null 或空字符串抛 IllegalArgumentException
- 不是数字时抛 IllegalArgumentException
- 年龄小于 0 或大于 150 抛 IllegalArgumentException
提示：内部可以捕获 NumberFormatException。
练习 2：联系人查找
给 ContactManager 增加：
public Contact requireByPhone(String phone)
找不到时抛：
IllegalArgumentException("联系人不存在：" + phone)
练习 3：自定义异常
定义：
public class ContactNotFoundException extends RuntimeException
让 requireByPhone 找不到时抛这个异常。
练习 4：不要吞异常
写一段读取文件的代码，先故意 catch 后什么都不做，观察问题。
然后改成打印清楚错误消息。
练习 5：异常包装
定义：
public class ContactStorageException extends RuntimeException
要求提供两个构造方法：
ContactStorageException(String message)
ContactStorageException(String message, Throwable cause)
思考为什么第二个构造方法重要。
十九、本章小结
异常处理的目标不是让错误消失，而是让错误被清楚表达、正确传递、合理处理。
你现在应该理解：
- 异常是表示运行中错误的对象。
- try/catch 用来捕获并处理异常。
- finally 用来执行收尾逻辑。
- throw 是抛出异常对象。
- throws 是声明方法可能抛出异常。
- 运行时异常通常表示参数、状态或程序逻辑问题。
- 受检异常通常表示外部资源失败，调用方必须处理或继续声明。
- 不要吞异常。
- 包装异常时要保留 cause。
- 自定义异常能表达业务语义。
- 异常不是普通 if/else 的替代品。
下一章讲文件和 IO。你会看到为什么 IOException 是受检异常，也会学习 Path、Files、字符流、字节流和 try-with-resources。
