Java 異常處理與斷言完整指南：從入門到最佳實踐

Java 異常處理與斷言完整指南：從入門到最佳實踐

一、異常處理核心機制

1.1 為什麼需要異常處理？

傳統 C 風格錯誤處理存在三大缺陷：程式設計師易忽略錯誤檢查、主邏輯與錯誤處理混雜導致可讀性差、錯誤處理常被遺忘。Java 透過編譯器強制機制、try-catch-finally 結構分離主邏輯與錯誤處理、方法簽名聲明異常（throws）三大特性徹底解決這些問題。

1.2 異常處理三步驟

1. 聲明異常：方法簽名使用 throws 宣告可檢查異常（Checked Exception）。
2. 拋出異常：方法體內使用 throw new ExceptionType() 建立並拋出異常物件。
3. 捕獲異常：呼叫端使用 try-catch 或 try-catch-finally 處理，或繼續向上拋出（throws）。

1.3 方法呼叫堆疊與異常傳播

JVM 維護先進後出的方法呼叫堆疊。異常發生時，建立包含型別與程式狀態的 Exception 物件，沿堆疊向上尋找匹配的 catch 區塊。若全程未捕獲，JVM 終止程式並列印堆疊追蹤。

1.4 異常類別體系

java.lang.Throwable
├── java.lang.Error          // 系統內部錯誤（虛擬機錯誤、連結錯誤），不可恢復
└── java.lang.Exception      // 程式異常，可捕獲處理
    ├── RuntimeException     // 非受檢異常：邏輯錯誤（空指標、越界、除零），應修正程式而非捕獲
    └── 其他 Exception 子類  // 受檢異常：外部資源錯誤（IO、SQL、網路），必須捕獲或聲明

1.5 try-catch-finally 完整語義

• try：主邏輯區塊，至少需一個 catch 或 finally。
• catch：按順序匹配異常型別，**子類必須前於父類**；可用 printStackTrace()、getMessage()、toString() 獲取資訊。
• finally：**無論是否發生異常皆執行**（除非 System.exit() 或 JVM 崩潰），適用於資源清理（關閉檔案、釋放連線）。

1.6 常見異常類別速查

1.7 自訂異常最佳實踐

• 繼承 Exception（受檢）或 RuntimeException（非受檢）。
• 提供建構子：MyException()、MyException(String msg)、MyException(String msg, Throwable cause)。
• 命名以 Exception 結尾，遵循 JDK 慣例。

二、斷言機制

2.1 語法與啟用

assert booleanExpression;                    // 簡單形式
assert booleanExpression : errorMessageExpr; // 帶訊息形式

// 編譯：javac AssertDemo.java
// 執行（啟用斷言）：java -ea AssertDemo
// 執行（停用斷言，預設）：java AssertDemo

2.2 適用場景

• 內部不變量：驗證私有方法前置/後置條件、物件狀態約束（如 isValid()）。
• 控制流不變量：switch-default 分支理論上不可達處放置 assert false。
• 開發/測試階段驗證：生產環境預設停用，零效能損耗。

2.3 禁忌：public 方法參數驗證

絕不可用斷言檢查 public 方法參數，因生產環境斷言關閉會導致驗證失效。應使用 if-else 拋出 IllegalArgumentException。

2.4 斷言 vs 異常