Java 第 28: 给程序穿防爆甲

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开始前：先预测，再让程序回答

本章使用 JDK 21，无需预览功能。故事借用方块世界，示例运行在普通 Java 控制台；数值和规则若是课程模型，都会明确说明。

每个普通示例都是完整独立文件，按框上标注的文件名保存。各示例放在不同文件夹，避免辅助类重名。完整项目分段时，按顺序接在同一个文件中。

终端命令：中文占位符换成实际文件名与类名

javac -encoding UTF-8 示例文件名.java
java 示例类名

预测：先写预期输出，或画清引用和数据的变化。
验证：运行后逐行核对，再只改一个条件。
解释：说清结果来自 Java 规则、课程合同还是输入数据。

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异常报告失败的操作

异常不是程序员被扣分的通知，而是运行时发现操作无法正常完成后送出的故障报告。

堆栈跟踪会列出方法调用路径。先看异常类型和消息，再找第一条指向自己源文件的行。

类型消息和调用位置组成故障线索

异常类型说明哪类操作失败
消息给出具体输入线索
源文件行号定位自己的代码

BadNumber.java · 故意错误示例

public class BadNumber {
    public static void main(String[] args) {
        int amount = Integer.parseInt("很多");
        System.out.println(amount);
    }
}

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try catch 处理可恢复错误

字符串转整数可能失败。若用户可以重新输入，就捕获 NumberFormatException 并返回可理解的结果。

危险操作放进 try 对应异常交给 catch

try仅放可能失败的操作
catch处理能够恢复的错误
失败返回-1不与合法正数混淆

L28Example02.java · 完整独立示例

public class L28Example02 {
    static int parseAmount(String text) {
        if (text == null) return -1;
        try {
            int amount = Integer.parseInt(text.strip());
            return amount > 0 ? amount : -1;
        } catch (NumberFormatException error) { return -1; }
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(parseAmount("12"));
        System.out.println(parseAmount("很多"));
    }
}

运行结果

12
-1

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捕获具体异常

捕获 Exception 虽然省字，却可能把程序错误误装成用户输入问题。优先捕获你能明确处理的具体类型。

不同故障需要不同修理方案

具体异常NumberFormatException 在前
父类异常IllegalArgumentException 在后
不可恢复继续传播，别假装成功

L28Example03.java · 完整独立示例

public class L28Example03 {
    public static void main(String[] args) {
        for (String text : new String[]{"很多", "80"}) {
            try {
                int amount = Integer.parseInt(text);
                if (amount < 1 || amount > 64)
                    throw new IllegalArgumentException(
                        "单次数量必须在1到64之间：" + amount);
                System.out.println("数量合法=" + amount);
            } catch (NumberFormatException error) {
                System.out.println("数量必须是整数：" + text);
            } catch (IllegalArgumentException error) {
                System.out.println(error.getMessage());
            }
        }
    }
}

运行结果

数量必须是整数：很多
单次数量必须在1到64之间：80

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普通验证不必抛异常

玩家输入空名字是常见业务情况，用 if 可以直接表达验证规则。异常用于不能正常完成的操作；选择方式取决于调用合同，而非把异常当作普通分支循环。

可预期选择用 if 处理真正失败再交给异常

常见验证空名先用 if
清楚合同输入怎样才合法
无副作用通过检查才操作

L28Example04.java · 完整独立示例

public class L28Example04 {
    static boolean validName(String name) { return name != null && !name.isBlank(); }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(validName(" "));
        System.out.println(validName(" Alex "));
    }
}

运行结果

false
true

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throw 拒绝坏参数

方法若要求单次数量为1到64，就在入口处检查。throw 把错误交给调用者，而不是继续保存坏数据。

方法发现合同被破坏就立即报告

入口检查参数不合法就拒绝
throw交给调用者处理
消息包含范围与收到的值

L28Example05.java · 完整独立示例

public class L28Example05 {
    static void checkAmount(int amount) {
        if (amount < 1 || amount > 64)
            throw new IllegalArgumentException("数量应为1到64：" + amount);
    }
    public static void main(String[] args) {
        try { checkAmount(-1); }
        catch (IllegalArgumentException e) { System.out.println(e.getMessage()); }
        checkAmount(64);
        System.out.println("64通过");
    }
}

运行结果

数量应为1到64：-1
64通过

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finally 与资源清理

收尾要沿着控制路径执行。finally 适合普通收尾；需要关闭的资源优先使用 try-with-resources，避免成功与失败分支各写一遍。

正常返回或抛出异常时，沿控制路径收尾

finally控制路径上的收尾
自动资源管理try-with-resources
不要 return避免覆盖原异常或结果

L28Example06.java · 完整独立示例

import java.util.*;
public class L28Example06 {
    public static void main(String[] args) {
        try { Integer.parseInt("很多"); }
        catch (NumberFormatException e) { System.out.println("需要整数"); }
        finally { System.out.println("本次尝试结束"); }
        try (Scanner scanner = new Scanner("3")) {
            System.out.println(scanner.nextInt());
        }
    }
}

运行结果

需要整数
本次尝试结束
3

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受检与非受检异常

受检异常会被编译器要求捕获或在方法签名中声明。非受检异常通常表示参数或程序状态不符合合同。

编译器要求处理部分可恢复故障

IOException编译器要求处理或声明
RuntimeException非受检异常
检查方式不同不代表重要性不同

L28Example07.java · 完整独立示例

public class L28Example07 {
    static void read() throws java.io.IOException {
        throw new java.io.IOException("演示读取失败");
    }
    public static void main(String[] args) {
        try { read(); }
        catch (java.io.IOException e) { System.out.println(e.getMessage()); }
    }
}

运行结果

演示读取失败

验收对照表

类别	例子	常见处理
受检异常	IOException	捕获或 throws
非受检异常	IllegalArgumentException	修正参数合同
非受检异常	NumberFormatException	用户输入可捕获

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自定义异常表达领域故障

当多个背包规则都可能失败时，自定义异常能让调用者明确知道这是库存领域的问题。

InventoryException 说明背包操作失败

InventoryException表达一类领域失败
extends Exception这里设计为受检异常
调用者明确选择如何恢复

L28Example08.java · 完整独立示例

class InventoryException extends Exception {
    InventoryException(String message) { super(message); }
}
public class L28Example08 {
    static int withdraw(int stock, int amount) throws InventoryException {
        if (stock < 0 || amount <= 0 || amount > stock)
            throw new InventoryException("库存不足");
        return stock - amount;
    }
    public static void main(String[] args) {
        try { withdraw(0, 1); }
        catch (InventoryException e) { System.out.println(e.getMessage()); }
    }
}

运行结果

库存不足

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错误消息要能行动

好消息让使用者知道发生了什么和下一步怎么改，也让程序员能找到对应操作。

输入操作和合法范围都写清楚

发生了什么添加操作失败
哪个输入物品名或数量
下一步提供合法范围与修正建议

验收对照表

消息	问题	改进
错误	没有上下文	数量必须是整数：很多
失败了	没有操作名	添加钻石失败：物品名为空
范围不对	没有合法范围	数量必须在1到64之间：80

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异常路径也要测试

只测试正常输入等于只给盔甲涂颜色。真正的防爆甲要在错误路径上承受冲击。

成功捕获抛出和状态不变都要验收

正常操作数量增加
解析失败中文数量不能转整数
状态比较任何失败都不改库存

L28Example10.java · 第1/2段，顺序接在同一文件

import java.util.*;
public class L28Example10 {
    static void addItem(Map<String, Integer> inventory,
                        String item, int amount) {
        if (inventory == null)
            throw new IllegalArgumentException("库存不能为null");
        if (item == null || item.isBlank())
            throw new IllegalArgumentException("物品名不能为空");
        if (amount < 1 || amount > 64)
            throw new IllegalArgumentException("单次数量必须在1到64之间：" + amount);
        String key = item.strip();
        Integer old = inventory.get(key);
        if (inventory.containsKey(key) && (old == null || old < 0))
            throw new IllegalArgumentException("原库存记录不合法：" + key);
        long total = (long) (old == null ? 0 : old) + amount;
        if (total > Integer.MAX_VALUE)
            throw new IllegalArgumentException("累计库存超出整数上限：" + key);
        inventory.put(key, (int) total);
    }
    static String process(Map<String, Integer> inventory,
                          String item, String amountText) {
        if (item == null || item.isBlank()) return "物品名不能为空";
        if (amountText == null || amountText.isBlank()) return "数量不能为空";
        String key = item.strip();
        try {
            int amount = Integer.parseInt(amountText.strip());
            addItem(inventory, key, amount);
            return key + " 添加成功 数量=" + inventory.get(key);

L28Example10.java · 第2/2段，顺序接在同一文件

        } catch (NumberFormatException error) {
            return "数量必须是整数：" + amountText;
        } catch (IllegalArgumentException error) {
            return error.getMessage();
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> inventory = new HashMap<>(Map.of("钻石", 3));
        Map<String, Integer> before = new HashMap<>(inventory);
        System.out.println(process(inventory, "钻石", "-2"));
        System.out.println(inventory.equals(before));
    }
}

运行结果

单次数量必须在1到64之间：-2
true

验收对照表

输入	路径	预期
钻石 3	成功	数量增加3
钻石很多	解析失败	提示整数数据不变
钻石 -2	范围失败	提示1到64 数据不变
空名字 5	验证失败	提示名称数据不变
钻石 64	边界成功	允许添加

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挑战蓝图安全背包管理员

挑战程序叫 SafeInventory。每次操作返回一条友好消息，只有通过全部检查才修改库存。

输入处理：先检查，后修改

process验证文本并转换结果
addItem维护库存规则
写入最后通过全部校验才修改

验收顺序

钻石3添加成功，累计数量为3。
数量文本“很多”提示必须是整数，库存不变。
数量-2提示单次范围1到64，库存不变。
空名字在解析之前被拒绝，库存不变。
再添加钻石64，累计为67；区分单次上限与累计库存。

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安全背包程序

新建 SafeInventory.java，使用 Java 21 编译运行。

具体异常得到具体提示

单次1到64每个请求的数量范围
累计库存可超过64，受 int 上限约束
友好结果成功或明确拒绝

SafeInventory.java · 第1/2段，顺序接在同一文件

import java.util.*;
public class SafeInventory {
static void addItem(Map<String, Integer> inventory,
                    String item, int amount) {
    if (inventory == null)
        throw new IllegalArgumentException("库存不能为null");
    if (item == null || item.isBlank())
        throw new IllegalArgumentException("物品名不能为空");
    if (amount < 1 || amount > 64)
        throw new IllegalArgumentException("单次数量必须在1到64之间：" + amount);
    String key = item.strip();
    Integer old = inventory.get(key);
    if (inventory.containsKey(key) && (old == null || old < 0))
        throw new IllegalArgumentException("原库存记录不合法：" + key);
    long total = (long) (old == null ? 0 : old) + amount;
    if (total > Integer.MAX_VALUE)
        throw new IllegalArgumentException("累计库存超出整数上限：" + key);
    inventory.put(key, (int) total);
}
static String process(Map<String, Integer> inventory,
                      String item, String amountText) {
    if (item == null || item.isBlank()) return "物品名不能为空";
    if (amountText == null || amountText.isBlank()) return "数量不能为空";
    String key = item.strip();
    try {
        int amount = Integer.parseInt(amountText.strip());
        addItem(inventory, key, amount);
        return key + " 添加成功 数量=" + inventory.get(key);

SafeInventory.java · 第2/2段，顺序接在同一文件

    } catch (NumberFormatException error) {
        return "数量必须是整数：" + amountText;
    } catch (IllegalArgumentException error) {
        return error.getMessage();
    }
}
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> inventory = new HashMap<>();
        System.out.println(process(inventory, "钻石", "3"));
        System.out.println(process(inventory, "钻石", "很多"));
        System.out.println(process(inventory, "钻石", "-2"));
        System.out.println(process(inventory, " ", "5"));
        System.out.println(process(inventory, "钻石", "64"));
        System.out.println("最终库存=" + inventory.get("钻石"));
    }
}

运行结果

钻石 添加成功 数量=3
数量必须是整数：很多
单次数量必须在1到64之间：-2
物品名不能为空
钻石 添加成功 数量=67
最终库存=67

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拓展任务与通关复盘

作业同时提交成功路径和至少三个失败路径。每个 catch 都写一句为什么能正确恢复。

三档任务继续强化错误处理

成功路径至少一次真实添加
失败路径解析、范围、空名
catch 理由解释为何能够恢复

三档作业

木镐：安全读取年龄，拒绝非整数和负数。
铁镐：解析x y z坐标，任何一项非法时保留旧位置。
钻石镐：记录每种错误出现次数，并在最后输出诊断报告。

验收对照表

自评	能	还要练
我会读异常线索	□	□
我会捕获具体异常	□	□
我能测试失败后不变	□	□

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自己的验收记录

漂亮的输出是起点，能解释边界才算掌握。把正常、边界与错误各选一个案例，运行前写预期，运行后留下证据。

为判断留下依据

类别	你选择的操作	核对重点
正常	一个常用输入或一次成功动作	结果是否逐行一致
边界	范围端点与相邻值	有没有多一步、少一项
错误	非法数量、缺失对象或坏数据	是否明确拒绝，状态是否保持

Bug 记录：触发条件、实际现象、原因、最小修复。
图示记录：为每条箭头说明起点、终点和含义。
改编记录：只改一个规则，同时修改预期和测试。

开始前：先预测，再让程序回答

异常报告失败的操作

try catch 处理可恢复错误

捕获具体异常

普通验证不必抛异常

throw 拒绝坏参数

finally 与资源清理

受检与非受检异常

自定义异常表达领域故障

错误消息要能行动

异常路径也要测试

挑战 蓝图安全背包管理员

验收顺序

安全背包程序

拓展任务与通关复盘

三档作业

自己的验收记录

下载本课 PDF

挑战蓝图安全背包管理员