例外処理

1. 例外の基本

例外はプログラム実行中に発生する予期しないエラーや異常な状態を表します。Javaでは例外はオブジェクトとして扱われ、例外クラスの階層構造があります。

例外の種類

検査例外（Checked Exception）: コンパイル時にチェックされる例外。処理が必須。
非検査例外（Unchecked Exception）: 実行時例外（RuntimeException）のサブクラス。処理は任意。
エラー（Error）: 深刻な問題を表し、通常アプリケーションでは回復不可能。


// 例外の階層構造
Throwable
  ├── Error (回復不可能なエラー)
  │     ├── OutOfMemoryError
  │     ├── StackOverflowError
  │     └── ...
  └── Exception
        ├── IOException (検査例外)
        ├── SQLException (検査例外)
        ├── RuntimeException (非検査例外)
        │     ├── NullPointerException
        │     ├── ArrayIndexOutOfBoundsException
        │     ├── ArithmeticException
        │     └── ...
        └── ...

2. try-catch文

例外が発生する可能性のあるコードはtryブロックで囲み、発生した例外はcatchブロックで捕捉して処理します。


try {
    // 例外が発生する可能性のあるコード
    int result = 10 / 0;  // ArithmeticExceptionが発生
    System.out.println("この行は実行されません");
} catch (ArithmeticException e) {
    // 例外が発生した場合の処理
    System.out.println("ゼロ除算が発生しました: " + e.getMessage());
}
System.out.println("プログラムは続行します");

上記の例では、ゼロ除算によりArithmeticExceptionが発生しますが、catch文で捕捉されるため、プログラムは異常終了せずに続行します。

3. 複数のcatchブロック

複数の種類の例外を処理するために、複数のcatchブロックを使用できます。


try {
    int[] numbers = {1, 2, 3};
    System.out.println(numbers[5]);  // ArrayIndexOutOfBoundsException
    int result = 10 / 0;             // ArithmeticException
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
    System.out.println("配列の範囲外にアクセスしました: " + e.getMessage());
} catch (ArithmeticException e) {
    System.out.println("算術エラーが発生しました: " + e.getMessage());
} catch (Exception e) {
    System.out.println("その他の例外が発生しました: " + e.getMessage());
}

複数のcatchブロックを使用する場合、より具体的な例外クラスから先に記述し、より一般的な例外クラスを後に記述します。

Java 7以降のマルチキャッチ


try {
    // 例外が発生する可能性のあるコード
} catch (IOException | SQLException e) {
    // 両方の例外を同じ方法で処理
    System.out.println("I/OまたはSQLの例外が発生しました: " + e.getMessage());
}

4. finallyブロック

finallyブロックは、例外が発生してもしなくても必ず実行されるコードブロックです。リソースの解放などに使用されます。


FileReader reader = null;
try {
    reader = new FileReader("file.txt");
    // ファイル操作
} catch (IOException e) {
    System.out.println("ファイル読み込みエラー: " + e.getMessage());
} finally {
    // リソースの解放（例外が発生しても必ず実行される）
    if (reader != null) {
        try {
            reader.close();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("ファイルクローズエラー");
        }
    }
}

finallyブロックは、tryブロックやcatchブロック内でreturn文が実行された場合でも実行されます。

5. 例外のスロー

throwキーワードを使用して、明示的に例外をスローすることができます。


public void checkAge(int age) {
    if (age < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("年齢は0以上である必要があります");
    }
    if (age > 120) {
        throw new IllegalArgumentException("年齢が不正です");
    }
    System.out.println("年齢は有効です: " + age);
}

例外をスローすると、そのメソッドの実行は中断され、呼び出し元に例外が伝播します。

6. メソッドでの例外宣言

検査例外（checked exception）を処理せずに呼び出し元に伝播させる場合は、メソッド宣言にthrows句を使用します。


public void readFile(String fileName) throws IOException {
    FileReader reader = new FileReader(fileName);  // IOExceptionが発生する可能性
    // ファイル操作
    reader.close();
}

// 呼び出し元でも例外処理が必要
public void processFile() {
    try {
        readFile("data.txt");
    } catch (IOException e) {
        System.out.println("ファイル処理エラー: " + e.getMessage());
    }
}

非検査例外（unchecked exception）の場合は、throws句は任意です。

7. カスタム例外

アプリケーション固有の例外を作成するには、ExceptionクラスまたはRuntimeExceptionクラスを継承します。


// 検査例外の作成
public class InsufficientFundsException extends Exception {
    private double amount;
    
    public InsufficientFundsException(double amount) {
        super("残高不足: 不足額 " + amount + "円");
        this.amount = amount;
    }
    
    public double getAmount() {
        return amount;
    }
}

// 非検査例外の作成
public class InvalidProductException extends RuntimeException {
    public InvalidProductException(String message) {
        super(message);
    }
}

// カスタム例外の使用例
public void withdraw(double amount) throws InsufficientFundsException {
    if (balance < amount) {
        throw new InsufficientFundsException(amount - balance);
    }
    balance -= amount;
}

8. try-with-resources

Java 7以降では、AutoCloseableインターフェースを実装したリソースを自動的に閉じるためのtry-with-resources構文が導入されました。


// Java 7以降の方法
try (FileReader reader = new FileReader("file.txt");
     BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(reader)) {
    String line;
    while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
        System.out.println(line);
    }
} catch (IOException e) {
    System.out.println("ファイル読み込みエラー: " + e.getMessage());
}
// readerとbufferedReaderは自動的にクローズされる

try-with-resources構文を使用すると、finallyブロックでリソースを明示的に閉じる必要がなくなり、コードがシンプルになります。

9. 例外処理のベストプラクティス

例外処理の原則

具体的な例外をキャッチする: Exceptionよりも具体的な例外クラスをキャッチしましょう。
例外を無視しない: 空のcatchブロックは避けましょう。
例外情報を保持する: 例外を再スローする場合は、元の例外情報を保持しましょう。
リソースは確実に解放する: try-with-resourcesまたはfinallyブロックを使用しましょう。
ログを適切に記録する: 例外発生時には適切なログを残しましょう。

例外の再スロー


try {
    // 処理
} catch (IOException e) {
    // ログ記録など
    throw new ApplicationException("データ処理中にエラーが発生しました", e);
}

例外の変換


try {
    // データベース操作
} catch (SQLException e) {
    // SQLExceptionをアプリケーション固有の例外に変換
    throw new DataAccessException("データベースアクセスエラー", e);
}

10. 練習問題

問題1: 基本的な例外処理

ユーザーから2つの整数を入力として受け取り、割り算を行うプログラムを作成してください。ゼロ除算や不正な入力（数値以外）に対して適切な例外処理を行ってください。

問題2: カスタム例外の作成

銀行口座を表すBankAccountクラスを作成し、残高が不足している場合にスローするカスタム例外InsufficientFundsExceptionを実装してください。


// カスタム例外クラス
class InsufficientFundsException extends Exception {
    private double amount;
    
    public InsufficientFundsException(double amount) {
        super("残高不足: 不足額 " + amount + "円");
        this.amount = amount;
    }
    
    public double getAmount() {
        return amount;
    }
}

// 銀行口座クラス
class BankAccount {
    private String accountNumber;
    private double balance;
    
    public BankAccount(String accountNumber, double initialBalance) {
        this.accountNumber = accountNumber;
        this.balance = initialBalance;
    }
    
    public void deposit(double amount) {
        if (amount <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("入金額は正の値である必要があります");
        }
        balance += amount;
        System.out.println(amount + "円を入金しました。新しい残高: " + balance + "円");
    }
    
    public void withdraw(double amount) throws InsufficientFundsException {
        if (amount <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("出金額は正の値である必要があります");
        }
        
        if (balance < amount) {
            throw new InsufficientFundsException(amount - balance);
        }
        
        balance -= amount;
        System.out.println(amount + "円を出金しました。新しい残高: " + balance + "円");
    }
    
    public double getBalance() {
        return balance;
    }
    
    public String getAccountNumber() {
        return accountNumber;
    }
}

// テスト用のメインクラス
public class BankingApplication {
    public static void main(String[] args) {
        BankAccount account = new BankAccount("123456789", 1000);
        
        try {
            account.deposit(500);  // 残高: 1500円
            account.withdraw(2000);  // 残高不足
        } catch (InsufficientFundsException e) {
            System.out.println("エラー: " + e.getMessage());
            System.out.println("追加で必要な金額: " + e.getAmount() + "円");
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            System.out.println("エラー: " + e.getMessage());
        }
    }
}

問題3: try-with-resourcesの使用

ファイルからテキストを読み込み、各行の単語数をカウントするプログラムを作成してください。try-with-resources構文を使用してリソースを適切に管理してください。