Java开发笔记（七十三）常见的程序异常

一个程序开发出来之后，无论是用户还是程序员，都希望它稳定地运行，然而程序毕竟是人写的，人无完人哪能不犯点错误呢？就算事先考虑得天衣无缝，揣着一笔巨款跑去岛国买了栋抗震性能良好的海边别墅，谁料人算不如天算，碰到猴年马月遇上了一场大海啸，整个别墅被冲到山上去了。计算机程序也是如此，不管是人为的错误，还是意外的风险，都会导致程序在运行时异常退出。引起程序异常的原因多种多样，就已经介绍过的知识点而言，主要有这么几种可能发生异常的情况：数学运算异常、数组越界异常、字符串与日期格式异常、空指针异常、类型转换异常等等，接下来分别进行详细说明。

1、数学运算异常
最常见的算术异常当为除数为零，众所周知，在除法运算中除数是不能为零的，纵使数学家规定一除以零的结果等于无穷大，可是计算机该如何表达无穷大呢？要知道个人电脑的内存总共才几个G。既然有限的内存容纳不了无限的大小，想让程序计算一除以零就是不可能的事情了。接下来不妨通过一个除数为零的Java程序验证看看，测试用的方法代码示例如下：

	// 测试算术异常：除数为0
	private static void testDivideByZero() {
		int one = 1;
		int zero = 0;
		int result = one / zero;
		System.out.println("divide result="+result);
	}

运行以上的测试代码，果不其然观察到了异常日志“java.lang.ArithmeticException: / by zero”，可见除数为零是不正确的写法。
另一种算术异常也跟无限有关，像一除以三的结果为三分之一，使用小数表达的话便是0.33333333……这样的无限循环小数。当然由于浮点类型和双精度类型有精度限制，因此使用浮点数抑或双精度数存放三分之一，都只会精确到小数点后若干位，并不存在无限循环的问题。麻烦出在大小数BigDecimal上面，因为大小数默认是绝对精确的，只要开发者不指定大小数的精度位数，则系统会竭尽所能把大小数的精确值原原本本地表达出来。那么问题就来了，三分之一的数值乃无限循环小数，小数点后面的3有无限多个，似此无限的位数，依旧让有限的内存徒呼奈何。下面便是通过大小数计算一除以三的代码例子：

	// 测试算术异常：商是无限循环小数
	private static void testDivideByDecimal() {
		BigDecimal one = BigDecimal.valueOf(1);
		BigDecimal three = BigDecimal.valueOf(3);
		BigDecimal result = one.divide(three);
		System.out.println("sqrt result="+result);
	}

运行上面的除法代码，可见程序仍然打印了异常日志“java.lang.ArithmeticException: Non-terminating decimal expansion; no exact representable decimal result.”，意思是无限小数没法用精确的十进制数来表达。

2、数组越界异常
假设某个数组只有三个元素，正常情况能够访问第一个、第二个和第三个元素，要是程序强行访问第四个元素，系统该怎么办？总不能无中生有变戏法变出一个吧，计算机程序可不是魔术师，它找不到第四个元素就崩溃退出了。比如以下的数组访问代码就重现了这个问题：

	// 测试越界异常：下标超出数组范围
	private static void testArrayByIndex() {
		int[] array = {1, 2, 3};
		int item = array[3];
		System.out.println("array item="+item);
	}

运行以上的测试代码，程序果然输出了异常信息“java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3”，此处的下标3代表数组的第四个元素，而该数组总共只有三个元素。
不光是数组存在越界异常，容器里的清单List也存在同样的问题，因为清单的索引类似数组的下标，一旦寻求访问的元素索引超出了清单大小，程序运行时也会扔出数组越界异常。用于演示通过索引访问清单元素的代码示例如下：

	// 测试越界异常：索引超出清单范围
	private static void testListByIndex() {
		List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
		Integer item = list.get(5);
		System.out.println("list item="+item);
	}

运行上述的清单访问代码，依然可见程序扔出的异常描述“java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 5”，表示索引为5的位置已经超出了当前数组（其实是清单）的边界。

3、字符串与日期格式异常
调用String类的format方法进行字符串格式化之时，每种格式定义与数据类型是一一对应的，例如%d对应整型数，%s对应字符串，%b对应布尔值等等。所以格式化的参数值必须和它的格式要求相符，倘若二者匹配不了，这可如何是好？譬如原先定义的参数格式为%d，表示此处期望格式化一个整型数，结果后面的参数列表却传入某个字符串，难道字符串要格成整数？恐怕只能让程序嗝屁了。不信请看下面的字符串格式化代码：

	// 测试格式异常：字符串格式非法
	private static void testStringByFormat() {
		String str = String.format("%d", "Hello");
		System.out.println("str="+str);
	}

运行上面的格式化代码，毫无疑问程序无法正常运行，只能无奈地打印异常日志“java.util.IllegalFormatConversionException: d != java.lang.String”。
不单单字符串有格式要求，日期时间也有格式要求，如果需要把日期数据转换成字符串类型，就得在构造SimpleDateFormat实例时书写正确的时间格式，一个字不多一个字不少，倘若把分钟格式mm误写为mi，试试看程序会怎么运行以下的时间转换代码？

	// 测试格式异常：日期格式非法
	private static void testDateByFormat() {
		SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mi:ss");
		String strDate = sdf.format(new Date());
		System.out.println("strDate="+strDate);
	}

由于时间格式指定的分钟代号mi有误（正确的应为mm），因此运行以上的测试代码，程序也只能乖乖地打印出错信息“java.lang.IllegalArgumentException: Illegal pattern character 'I'”，表示mi里面的字母I是非法的格式字符。

4、空指针异常
面向对象的前提是有这个对象，好比这个春节你妈喊你带上对象回家过年，可要是对象连影都见不着，你妈给你对象准备的嘘寒问暖就都泡汤了。在Java代码里面，除了少数几个基本类型，其余绝大多数类型必须先给对象创建实例，然后才能访问该对象的各项成员属性和成员方法。假如不给对象分配实例，就想牵起对象的小手，系统会果断地告诉你：门都没有！譬如常用的字符串类型，不管是new出一个字符串实例，还是硬塞给它一个双引号括起来的具体串，都算作分配了对象实例。如果声明字符串对象时啥都不干，或者随便填了个null，那真是对不起了，程序认为该对象没有初始化，就不会给它分配存储空间。后面的代码再想操作这个对象的时候，找不到对象地址只能报空指针异常了，有关的异常重现代码如下所示：

	// 测试空指针异常：对象不存在
	private static void testStringByNull() {
		String str = null;
		int length = str.length();
		System.out.println("str length="+length);
	}

运行如上的测试代码，观察到打印的异常信息为“java.lang.NullPointerException”，显然被系统揪到了偷懒的小辫子。

5、类型转换异常
在运用多态技术的时候，常常将某个父类实例转换成子类的类型，以便调用子类自身的方法。但这得确保原来的父类实例来自于该子类才行，倘使父类实例来自另一个子类B，代码却想把它强行转换为子类A，也就是俗称的张冠李戴，系统自然不允许这种胡搅蛮缠的情况。尽管开发者一般不会糊涂，可是难保偶尔脑袋抽筋，比如数组工具Arrays的asList方法返回一个清单对象，乍看过去与列表类型ArrayList是一个家伙，谁知真要转换类型的话，程序居然会不认账！这里转换清单类型的代码示例如下：

	// 测试类型转换异常：原始数据与目标类型不匹配
	private static void testConvertLyList() {
		List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
		ArrayList<Integer> arrays = (ArrayList<Integer>) list;
		System.out.println("arrays size="+arrays.size());
	}

运行上述的类型转换代码，结果输出异常日志“java.lang.ClassCastException: java.util.Arrays$ArrayList cannot be cast to java.util.ArrayList”，没想到此列表非彼列表，当真是大意不得。

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