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= Java异常测试 =

'''Java异常测试'''是单元测试中验证代码在异常条件下行为的重要技术。它确保程序能够正确处理错误情况（如无效输入、资源不可用等）并按预期抛出特定异常。本指南将详细介绍如何在JUnit框架中实现异常测试。

== 基本概念 ==

在Java中，异常分为两类：
* '''受检异常'''（Checked Exceptions）：编译时强制处理的异常（如<code>IOException</code>）
* '''非受检异常'''（Unchecked Exceptions/RuntimeExceptions）：运行时可能抛出的异常（如<code>NullPointerException</code>）

良好的异常测试应覆盖这两种情况。

=== 为什么需要异常测试 ===
* 验证错误处理逻辑的正确性
* 防止异常被静默忽略
* 确保API契约（如方法声明中throws的异常）
* 提高代码健壮性

== JUnit异常测试方法 ==

=== 1. 传统try-catch方式 ===
<syntaxhighlight lang="java">
@Test
public void testDivisionByZero() {
    Calculator calculator = new Calculator();
    try {
        calculator.divide(10, 0);
        fail("Expected ArithmeticException");
    } catch (ArithmeticException e) {
        assertEquals("/ by zero", e.getMessage());
    }
}
</syntaxhighlight>

'''输出验证'''：
如果未抛出异常，<code>fail()</code>会使测试失败；捕获到异常后验证其类型和消息。

=== 2. @Test(expected) 注解 ===
<syntaxhighlight lang="java">
@Test(expected = ArithmeticException.class)
public void testDivisionByZeroWithAnnotation() {
    new Calculator().divide(10, 0);
}
</syntaxhighlight>

'''限制'''：
无法验证异常详细信息（如message）

=== 3. JUnit 4+的ExpectedException规则 ===
<syntaxhighlight lang="java">
@Rule
public ExpectedException exception = ExpectedException.none();

@Test
public void testDivisionByZeroWithRule() {
    exception.expect(ArithmeticException.class);
    exception.expectMessage("/ by zero");
    new Calculator().divide(10, 0);
}
</syntaxhighlight>

=== 4. JUnit 5的assertThrows ===
<syntaxhighlight lang="java">
@Test
void testDivisionByZeroJUnit5() {
    Calculator calculator = new Calculator();
    ArithmeticException exception = assertThrows(
        ArithmeticException.class,
        () -> calculator.divide(10, 0)
    );
    assertEquals("/ by zero", exception.getMessage());
}
</syntaxhighlight>

'''优势'''：
* 可以获取异常实例进行详细断言
* 支持Lambda表达式

== 实际案例 ==

=== 案例1：用户服务验证 ===
测试用户注册时用户名已存在的情况：

<syntaxhighlight lang="java">
@Test
public void testDuplicateUsername() {
    UserService service = new UserService();
    service.register("admin", "pass123"); // 首次注册
    
    UsernameAlreadyExistsException exception = assertThrows(
        UsernameAlreadyExistsException.class,
        () -> service.register("admin", "newpass")
    );
    
    assertTrue(exception.getSuggestedAlternatives().contains("admin1"));
}
</syntaxhighlight>

=== 案例2：文件处理 ===
测试文件读取时文件不存在的场景：

<syntaxhighlight lang="java">
@Test
public void testFileNotFound() {
    FileProcessor processor = new FileProcessor();
    assertThrows(FileNotFoundException.class, 
        () -> processor.process("nonexistent.txt"));
}
</syntaxhighlight>

== 高级技巧 ==

=== 自定义异常匹配器 ===
创建可重用的异常验证逻辑：

<syntaxhighlight lang="java">
public class CustomExceptionMatcher extends BaseMatcher<IllegalArgumentException> {
    private String expectedPattern;
    
    public CustomExceptionMatcher(String regex) {
        this.expectedPattern = regex;
    }
    
    @Override
    public boolean matches(Object item) {
        return ((IllegalArgumentException)item).getMessage().matches(expectedPattern);
    }
    
    // ... describeTo方法实现
}

// 使用示例
@Test
public void testWithCustomMatcher() {
    exception.expect(new CustomExceptionMatcher(".*invalid.*age.*"));
    validator.checkAge(-5);
}
</syntaxhighlight>

=== 验证异常链 ===
当需要检查异常的根本原因时：

<syntaxhighlight lang="java">
@Test
public void testExceptionCause() {
    Exception exception = assertThrows(ServiceException.class,
        () -> orderService.placeOrder(null));
    
    assertEquals(NullPointerException.class, exception.getCause().getClass());
}
</syntaxhighlight>

== 最佳实践 ==

<mermaid>
graph TD
    A[开始异常测试] --> B{确定预期异常类型}
    B -->|已知具体类型| C[使用assertThrows/expecct]
    B -->|需要模式匹配| D[自定义匹配器]
    C --> E[验证异常属性]
    D --> E
    E --> F[验证异常消息]
    F --> G[验证异常原因链]
    G --> H[测试通过]
</mermaid>

* 每个测试方法只验证一种异常情况
* 验证异常消息时使用contains而非严格相等（提高可维护性）
* 对于自定义异常，验证附加属性（如错误代码）
* 避免过度测试Java标准库本身的异常

== 数学表示 ==

异常测试可以形式化为：

<math>
P \vdash e : E \quad \text{当且仅当} \quad \exists v \in \text{Values}, \langle P, e \rangle \downarrow \text{throw } v \text{ 且 } v \text{ 是 } E \text{ 的实例}
</math>

其中：
* <math>P</math>：程序上下文
* <math>e</math>：表达式
* <math>E</math>：预期异常类型
* <math>\downarrow</math>：求值关系

== 常见陷阱 ==

* '''陷阱1'''：忽略异常子类型
  <syntaxhighlight lang="java">
  // 错误：可能捕获更具体的子类型异常
  @Test(expected = RuntimeException.class)
  public void test() {
      throw new IllegalArgumentException();
  }
  </syntaxhighlight>

* '''陷阱2'''：测试通过但实际未执行目标代码
  <syntaxhighlight lang="java">
  @Test
  public void testNoCodeExecution() {
      assertThrows(Exception.class, () -> {});
      // 永远通过，因为Lambda未执行可能抛异常的代码
  }
  </syntaxhighlight>

== 总结 ==

Java异常测试是保证程序鲁棒性的关键实践。通过：
* JUnit提供的多种异常验证机制
* 详细的异常属性断言
* 合理的测试场景设计
开发者可以构建出更可靠的错误处理系统。随着JUnit 5的普及，<code>assertThrows</code>已成为最灵活和推荐的异常测试方式。

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