Java 異常與錯誤處理深度解析：從架構到最佳實踐

核心概念區分

兩者共同繼承自 Throwable，只有 Throwable 及其子類可被 throw/catch。

異常分類體系

Throwable
├── Error (系統錯誤，不處理)
└── Exception
    ├── RuntimeException (非受檢異常 Unchecked)
    │   ├── NullPointerException
    │   ├── ArrayIndexOutOfBoundsException
    │   ├── IllegalArgumentException
    │   └── ClassCastException
    └── 其他 (受檢異常 Checked)
        ├── IOException
        ├── SQLException
        ├── ClassNotFoundException
        └── InterruptedException

• 受檢異常：繼承 Exception 但非 RuntimeException。編譯器強制 try-catch 或 throws，適用「呼叫者**合理預期能恢復**」的場景 (如檔案不存在、網路中斷)。
• 非受檢異常：繼承 RuntimeException。通常為**程式邏輯錯誤** (空指標、越界、參數非法)，應透過**防禦性程式設計**預防，而非捕獲處理。

異常處理語法全解

1. 基本 try-catch-finally

try {
    // 高風險代碼
    FileInputStream fis = new FileInputStream("data.txt");
} catch (FileNotFoundException e) {
    // 處理特定異常
    logger.error("檔案不存在", e);
} catch (IOException e) {
    // 處理父類異常 (須放在子類之後)
    logger.error("IO 錯誤", e);
} finally {
    // 無論是否異常都會執行 (除非 System.exit)
    // 釋放資源、關閉連線
}

2. try-with-resources (Java 7+ 強烈推薦)

// 實作 AutoCloseable 的資源會自動關閉，順序相反
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("data.txt");
     BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(fis))) {
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        process(line);
    }
} catch (IOException e) {
    logger.error("讀取失敗", e);
}
// 無需 finally 手動 close，編譯器自動生成隱含 finally

3. 多重捕獲

catch (FileNotFoundException | SocketException e) {
    // Java 7+ 同一塊處理多種無繼承關係的異常
    logger.error("資源不可用", e);
}

進階主題

異常鏈與資訊保留

拋出新異常時，**務必保留原始原因**，否則除極困難：

try {
    jdbcTemplate.update(sql);
} catch (DataAccessException e) {
    // 錯誤：原始堆疊丟失
    // throw new BusinessException("更新失敗");

    // 正確：建立異常鏈
    throw new BusinessException("更新失敗", e); // 建構子傳入 cause

    // 或手動設定
    BusinessException be = new BusinessException("更新失敗");
    be.initCause(e);
    throw be;
}

列印堆疊時會顯示 Caused by: ... 完整鏈路。

自訂異常設計原則

1. 業務異常繼承 RuntimeException (非受檢)，配合全域異常處理器統一轉碼碼/訊息
2. 受檢異常僅用於「呼叫者**必須**處理」的資源操作 (IO、SQL)
3. 異常類提供 code、data 欄位，支援國際化訊息
4. 命名以 Exception 結尾，如 InsufficientBalanceException

覆寫方法的異常規則

• 子類覆寫方法**拋出的受檢異常範圍不能大於父類** (可拋出子類、較少、或不拋出)
• 非受檢異常無限制
• 遵循里氏替換原則：呼叫者按父類型調用時，預期的異常契約不應被打破

實戰反模式與正確做法

資源清理最佳實踐

// ✅ 推薦：try-with-resources
public void readConfig() {
    try (InputStream is = Files.newInputStream(Paths.get("config.yaml"))) {
        parse(is);
    } catch (IOException e) {
        throw new ConfigException("讀取配置失敗", e);
    }
}

// ❌ 避免：手動 close 易漏
public void readConfigOld() {
    InputStream is = null;
    try {
        is = Files.newInputStream(Paths.get("config.yaml"));
        parse(is);
    } catch (IOException e) {
        throw new ConfigException("讀取配置失敗", e);
    } finally {
        if (is != null) {
            try { is.close(); } catch (IOException ignored) {}
        }
    }
}

全域異常處理 (Spring Boot 範例)

@RestControllerAdvice
public class GlobalExceptionHandler {
    @ExceptionHandler(BusinessException.class)
    public R<Void> handleBiz(BusinessException e) {
        return R.fail(e.getCode(), e.getMessage());
    }

    @ExceptionHandler(Exception.class)
    public R<Void> handleOther(Exception e) {
        log.error("系統異常", e);
        return R.fail(500, "系統內部錯誤");
    }
}

總結

1. **區分 Exception/Error**：前者處理，後者記錄並終止
2. **受檢 vs 非受檢**：前者表達「必須處理」，後者表達「程式錯誤」
3. **永遠保留異常鏈**：建構子傳 cause 或 initCause()
4. **優先使用 try-with-resources**：自動資源管理，杜絕洩漏
5. **不吞沒、不濫用、不控制流程**：異常是為了「異常狀況」，而非正常邏輯分支
6. **分層處理**：DAO 拋受檢/包裝異常 → Service 轉業務異常 → Controller/Advice 統一響應

掌握這些原則，能寫出**健壯、可維護、易除錯**的 Java 系統。