[Java] 発生することの多い主な例外一覧

Javaで発生することの多い主な例外には以下のものがあります。

NullPointerExceptionは、オブジェクトがnullである場合にメソッドを呼び出そうとすると発生します。

ArrayIndexOutOfBoundsExceptionは、配列の範囲外のインデックスにアクセスした際に発生します。

ClassCastExceptionは、オブジェクトを不適切な型にキャストしようとした場合に発生します。

NumberFormatExceptionは、文字列を数値に変換できない場合に発生します。

IOExceptionは、入出力操作が失敗した場合に発生します。

この記事でわかること

Javaにおける主な例外の種類
例外の発生原因と対策
例外処理のベストプラクティス
例外処理の具体的な応用例
効果的なエラーメッセージの記述方法

目次から探す

よく発生する非チェック例外

Javaプログラミングにおいて、非チェック例外は実行時に発生する例外であり、プログラムの実行中に予期しない状況が発生した場合にスローされます。

以下に、よく発生する非チェック例外について詳しく解説します。

NullPointerException

NullPointerExceptionは、オブジェクトがnullである状態でメソッドを呼び出したり、フィールドにアクセスしようとした場合に発生します。

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        String str = null; // 文字列をnullに設定
        // strの長さを取得しようとするとNullPointerExceptionが発生
        System.out.println(str.length()); 
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
    at App.main(App.java:5)

ArrayIndexOutOfBoundsException

ArrayIndexOutOfBoundsExceptionは、配列のインデックスが範囲外である場合に発生します。

例えば、配列のサイズが3であるのに、インデックス4にアクセスしようとするとこの例外が発生します。

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {1, 2, 3}; // 配列の作成
        // 範囲外のインデックスにアクセスしようとするとArrayIndexOutOfBoundsExceptionが発生
        System.out.println(numbers[3]); 
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Index 3 out of bounds for length 3
    at App.main(App.java:5)

ClassCastException

ClassCastExceptionは、オブジェクトを不適切な型にキャストしようとした場合に発生します。

例えば、Object型のオブジェクトをString型にキャストする際に、実際にはInteger型である場合にこの例外が発生します。

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Integer(100); // Integer型のオブジェクトを作成
        // objをString型にキャストしようとするとClassCastExceptionが発生
        String str = (String) obj; 
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
    at App.main(App.java:5)

ArithmeticException

ArithmeticExceptionは、算術演算において不正な操作が行われた場合に発生します。

例えば、ゼロで割ろうとした場合にこの例外が発生します。

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 0; // ゼロで割る
        // ゼロで割るとArithmeticExceptionが発生
        int result = a / b; 
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at App.main(App.java:5)

IllegalArgumentException

IllegalArgumentExceptionは、メソッドに不正な引数が渡された場合に発生します。

例えば、負の数を引数に取るメソッドに負の値を渡した場合にこの例外が発生します。

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        int number = -1; // 負の数
        // 負の数を引数に取るメソッドを呼び出すとIllegalArgumentExceptionが発生
        checkPositive(number); 
    }
    public static void checkPositive(int num) {
        if (num < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("数は正でなければなりません。"); // 不正な引数
        }
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: 数は正でなければなりません。
    at App.checkPositive(App.java:10)
    at App.main(App.java:5)

NumberFormatException

NumberFormatExceptionは、文字列を数値に変換する際に、フォーマットが不正である場合に発生します。

例えば、数字以外の文字を含む文字列を数値に変換しようとした場合にこの例外が発生します。

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "abc"; // 数字以外の文字列
        // 文字列を整数に変換しようとするとNumberFormatExceptionが発生
        int number = Integer.parseInt(str); 
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.NumberFormatException: For input string: "abc"
    at java.base/java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)
    at java.base/java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:615)
    at App.main(App.java:5)

よく発生するチェック例外

チェック例外は、コンパイル時に処理が要求される例外であり、通常は外部要因によって発生します。

これらの例外は、適切に処理しないとプログラムが正常に動作しなくなる可能性があります。

以下に、よく発生するチェック例外について詳しく解説します。

IOException

IOExceptionは、入出力操作中に発生する一般的な例外です。

ファイルの読み書きやネットワーク通信など、さまざまな入出力操作で発生する可能性があります。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedReader reader = null;
        try {
            // ファイルを読み込む
            reader = new BufferedReader(new FileReader("sample.txt"));
            String line = reader.readLine(); // 1行読み込む
            System.out.println(line);
        } catch (IOException e) {
            // IOExceptionが発生した場合の処理
            System.out.println("ファイルの読み込み中にエラーが発生しました: " + e.getMessage());
        } finally {
            // リソースを解放
            try {
                if (reader != null) {
                    reader.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                System.out.println("リソースの解放中にエラーが発生しました: " + e.getMessage());
            }
        }
    }
}

ファイルの読み込み中にエラーが発生しました: sample.txt (そのファイルが存在しない場合)

FileNotFoundException

FileNotFoundExceptionは、指定されたファイルが見つからない場合に発生します。

この例外は、IOExceptionのサブクラスです。

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 存在しないファイルを開こうとするとFileNotFoundExceptionが発生
            FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("nonexistent.txt");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            // FileNotFoundExceptionが発生した場合の処理
            System.out.println("ファイルが見つかりません: " + e.getMessage());
        }
    }
}

ファイルが見つかりません: nonexistent.txt (そのファイルが存在しない場合)

SQLException

SQLExceptionは、データベースに関連する操作中に発生する例外です。

SQL文の構文エラーや接続エラーなど、さまざまな理由で発生します。

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
import java.sql.Statement;
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        Connection connection = null;
        try {
            // データベースに接続
            connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb", "user", "password");
            Statement statement = connection.createStatement();
            // 不正なSQL文を実行しようとするとSQLExceptionが発生
            statement.executeUpdate("INVALID SQL QUERY"); 
        } catch (SQLException e) {
            // SQLExceptionが発生した場合の処理
            System.out.println("SQLエラーが発生しました: " + e.getMessage());
        } finally {
            // リソースを解放
            try {
                if (connection != null) {
                    connection.close();
                }
            } catch (SQLException e) {
                System.out.println("リソースの解放中にエラーが発生しました: " + e.getMessage());
            }
        }
    }
}

SQLエラーが発生しました: You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds to your MySQL server version for the right syntax to use near 'INVALID SQL QUERY' at line 1

InterruptedException

InterruptedExceptionは、スレッドが待機状態にあるときに他のスレッドによって中断された場合に発生します。

通常、スレッドのsleepメソッドやwaitメソッドを使用しているときに発生します。

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // スレッドをスリープさせる
            Thread.sleep(1000); // 1秒待機
        } catch (InterruptedException e) {
            // InterruptedExceptionが発生した場合の処理
            System.out.println("スレッドが中断されました: " + e.getMessage());
        }
    }
}

スレッドが中断されました: (中断された場合のメッセージ)

MalformedURLException

MalformedURLExceptionは、URLが不正な形式である場合に発生します。

例えば、URLの構文が正しくない場合にこの例外が発生します。

import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 不正なURLを作成しようとするとMalformedURLExceptionが発生
            URL url = new URL("htp://invalid-url"); 
        } catch (MalformedURLException e) {
            // MalformedURLExceptionが発生した場合の処理
            System.out.println("不正なURLです: " + e.getMessage());
        }
    }
}

不正なURLです: no protocol: htp://invalid-url

例外の発生原因と対策

例外が発生する原因を理解し、適切な対策を講じることで、プログラムの安定性を向上させることができます。

以下に、代表的な例外の発生原因とその防止策について解説します。

NullPointerExceptionの原因と防止策

原因:

NullPointerExceptionは、オブジェクトがnullである状態でメソッドを呼び出したり、フィールドにアクセスしようとした場合に発生します。

防止策:

オブジェクトを使用する前に、nullチェックを行う。
Optionalクラスを使用して、nullを避ける設計をする。

String str = null;
if (str != null) {
    System.out.println(str.length());
}

ArrayIndexOutOfBoundsExceptionの原因と防止策

原因:

ArrayIndexOutOfBoundsExceptionは、配列のインデックスが範囲外である場合に発生します。

例えば、配列のサイズが3であるのに、インデックス4にアクセスしようとするとこの例外が発生します。

防止策:

配列のインデックスを使用する前に、範囲内であることを確認する。
配列のサイズを動的に管理するために、ArrayListなどのコレクションを使用する。

int[] numbers = {1, 2, 3};
int index = 2; // 有効なインデックス
if (index >= 0 && index < numbers.length) {
    System.out.println(numbers[index]);
}

ClassCastExceptionの原因と防止策

原因:

ClassCastExceptionは、オブジェクトを不適切な型にキャストしようとした場合に発生します。

例えば、Object型のオブジェクトをString型にキャストする際に、実際にはInteger型である場合にこの例外が発生します。

防止策:

instanceof演算子を使用して、キャスト前にオブジェクトの型を確認する。
ジェネリクスを使用して、型安全なコレクションを利用する。

Object obj = "Hello";
if (obj instanceof String) {
    String str = (String) obj;
    System.out.println(str);
}

NumberFormatExceptionの原因と防止策

原因:

NumberFormatExceptionは、文字列を数値に変換する際に、フォーマットが不正である場合に発生します。

例えば、数字以外の文字を含む文字列を数値に変換しようとした場合にこの例外が発生します。

防止策:

文字列が数値であることを確認してから変換を行う。
例外処理を使用して、変換に失敗した場合の対策を講じる。

String str = "123a"; // 不正な文字列
try {
    int number = Integer.parseInt(str);
} catch (NumberFormatException e) {
    System.out.println("数値に変換できません: " + e.getMessage());
}

IOExceptionの原因と防止策

原因:

IOExceptionは、入出力操作中に発生する一般的な例外で、ファイルの読み書きやネットワーク通信など、さまざまな入出力操作で発生します。

防止策:

ファイルやリソースが存在するか確認してから操作を行う。
適切な例外処理を行い、エラーメッセージを表示する。

File file = new File("sample.txt");
if (file.exists()) {
    try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(file))) {
        String line = reader.readLine();
        System.out.println(line);
    } catch (IOException e) {
        System.out.println("ファイルの読み込み中にエラーが発生しました: " + e.getMessage());
    }
} else {
    System.out.println("ファイルが存在しません。");
}

例外処理のベストプラクティス

例外処理は、プログラムの安定性と可読性を向上させるために重要です。

以下に、Javaにおける例外処理のベストプラクティスを解説します。

try-catchブロックの使い方

try-catchブロックは、例外が発生する可能性のあるコードを囲むために使用します。

tryブロック内で例外が発生した場合、catchブロックが実行されます。

複数の例外を処理する場合は、複数のcatchブロックを使用できます。

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 例外が発生する可能性のあるコード
            int result = 10 / 0; // ゼロで割る
        } catch (ArithmeticException e) {
            // ArithmeticExceptionを処理
            System.out.println("ゼロで割ることはできません: " + e.getMessage());
        } catch (Exception e) {
            // その他の例外を処理
            System.out.println("エラーが発生しました: " + e.getMessage());
        }
    }
}

finallyブロックの役割

finallyブロックは、tryブロックの実行後に必ず実行されるコードを記述するために使用します。

例外が発生したかどうかに関わらず、リソースの解放や後処理を行うのに適しています。

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 例外が発生する可能性のあるコード
            int[] numbers = {1, 2, 3};
            System.out.println(numbers[3]); // 範囲外のインデックスにアクセス
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            System.out.println("配列のインデックスが範囲外です: " + e.getMessage());
        } finally {
            // 必ず実行されるコード
            System.out.println("処理が完了しました。");
        }
    }
}

throwsキーワードの使い方

throwsキーワードは、メソッドが特定の例外をスローする可能性があることを示します。

これにより、呼び出し元で例外を処理することができます。

特に、チェック例外を扱う際に使用されます。

import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            readFile("sample.txt"); // メソッドを呼び出す
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("ファイルの読み込み中にエラーが発生しました: " + e.getMessage());
        }
    }
    public static void readFile(String fileName) throws IOException {
        FileReader fileReader = new FileReader(fileName); // IOExceptionが発生する可能性
        // ファイルの読み込み処理
        fileReader.close();
    }
}

カスタム例外の作成方法

カスタム例外は、特定のエラー条件を表現するために独自の例外クラスを作成することです。

Exceptionクラスを継承して、新しい例外クラスを定義します。

public class CustomException extends Exception {
    public CustomException(String message) {
        super(message); // 親クラスのコンストラクタを呼び出す
    }
}
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            throw new CustomException("カスタム例外が発生しました。"); // カスタム例外をスロー
        } catch (CustomException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

例外メッセージの適切な記述

例外メッセージは、エラーの原因を明確に伝えるために重要です。

適切なメッセージを記述するためのポイントは以下の通りです。

具体的に: エラーの原因や状況を具体的に記述する。
簡潔に: 短く、わかりやすい言葉を使う。
ユーザー向け: 開発者だけでなく、ユーザーにも理解できるように配慮する。

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            throw new IllegalArgumentException("引数は正の整数でなければなりません。"); // 不正な引数
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            System.out.println("エラー: " + e.getMessage()); // 明確なエラーメッセージ
        }
    }
}

例外処理の応用例

例外処理は、単にエラーを捕捉するだけでなく、さまざまな場面で応用することができます。

以下に、例外処理の具体的な応用例を解説します。

例外を使ったリソース管理

リソース(ファイル、データベース接続など)の管理において、例外処理を使用することで、リソースの解放を確実に行うことができます。

try-with-resources文を使用すると、リソースを自動的に閉じることができます。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        // try-with-resourcesを使用してリソースを自動的に管理
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("sample.txt"))) {
            String line = reader.readLine();
            System.out.println(line);
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("ファイルの読み込み中にエラーが発生しました: " + e.getMessage());
        }
    }
}

例外を使った入力データの検証

ユーザーからの入力データを検証する際に、例外を使用して不正なデータを捕捉し、適切なエラーメッセージを表示することができます。

import java.util.Scanner;
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("整数を入力してください: ");
        String input = scanner.nextLine();
        
        try {
            int number = Integer.parseInt(input); // 入力を整数に変換
            System.out.println("入力された整数: " + number);
        } catch (NumberFormatException e) {
            System.out.println("不正な入力です。整数を入力してください。");
        }
    }
}

例外を使ったログ出力の自動化

例外が発生した際に、自動的にログを出力する仕組みを作ることができます。

これにより、エラーのトラブルシューティングが容易になります。

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.time.LocalDateTime;
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 故意に例外を発生させる
            int result = 10 / 0;
        } catch (ArithmeticException e) {
            logError(e); // エラーをログに記録
        }
    }
    public static void logError(Exception e) {
        try (FileWriter writer = new FileWriter("error.log", true)) {
            writer.write(LocalDateTime.now() + " - エラー: " + e.getMessage() + "\n");
        } catch (IOException ioException) {
            System.out.println("ログの書き込み中にエラーが発生しました: " + ioException.getMessage());
        }
    }
}

例外を使ったリトライ処理

特定の操作が失敗した場合に、リトライを行う仕組みを作ることができます。

これにより、一時的なエラーを回避することができます。

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        int attempts = 0;
        boolean success = false;
        
        while (attempts < 3 && !success) {
            try {
                attempts++;
                // 故意に例外を発生させる
                performOperation(); 
                success = true; // 成功した場合
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("エラーが発生しました。リトライします... (" + attempts + "回目)");
            }
        }
        
        if (!success) {
            System.out.println("すべてのリトライが失敗しました。");
        }
    }
    public static void performOperation() throws Exception {
        throw new Exception("操作に失敗しました。"); // 故意に例外をスロー
    }
}

例外を使ったトランザクション管理

データベース操作において、トランザクションを使用して一連の操作を管理することができます。

例外が発生した場合は、トランザクションをロールバックすることでデータの整合性を保つことができます。

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
import java.sql.Statement;
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        Connection connection = null;
        try {
            connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb", "user", "password");
            connection.setAutoCommit(false); // トランザクションを開始
            Statement statement = connection.createStatement();
            statement.executeUpdate("INSERT INTO users (name) VALUES ('Alice')");
            statement.executeUpdate("INSERT INTO users (name) VALUES ('Bob')"); // 故意にエラーを発生させる
            connection.commit(); // コミット
        } catch (SQLException e) {
            if (connection != null) {
                try {
                    connection.rollback(); // ロールバック
                    System.out.println("トランザクションがロールバックされました: " + e.getMessage());
                } catch (SQLException rollbackException) {
                    System.out.println("ロールバック中にエラーが発生しました: " + rollbackException.getMessage());
                }
            }
        } finally {
            try {
                if (connection != null) {
                    connection.close(); // リソースを解放
                }
            } catch (SQLException e) {
                System.out.println("接続の解放中にエラーが発生しました: " + e.getMessage());
            }
        }
    }
}