Частые исключения в Java: причины и как исправить

Строка int apples = stock.get("apple"); выглядит безопасной: метод get() вызывается у существующей карты. Но программа падает с NullPointerException — ключа "apple" в карте нет, get() вернул null, а автораспаковка в int незаметно вызвала у него intValue().

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class StockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> stock = new HashMap<>();
        stock.put("pear", 5);
        int apples = stock.get("apple");
        System.out.println(apples);
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "java.lang.Integer.intValue()" because the return value of "java.util.Map.get(Object)" is null
    at StockDemo.main(StockDemo.java:8)

Частые исключения в Java — это несколько непроверяемых (unchecked) исключений, которые JVM и стандартная библиотека выбрасывают при ошибках в логике программы: NullPointerException (обращение к null), ArrayIndexOutOfBoundsException (индекс за пределами массива), ClassCastException (недопустимое приведение типа), NumberFormatException (строка не является числом), IllegalArgumentException и IllegalStateException (недопустимый аргумент или состояние объекта) и ConcurrentModificationException (изменение коллекции во время перебора). Почти всегда их исправляют не блоком catch, а правкой кода: проверкой на null, правильной границей цикла, instanceof перед приведением.

Сводная таблица частых исключений

Все исключения из этого урока — непроверяемые наследники RuntimeException: компилятор не требует их обрабатывать, и обнаруживаются они только во время выполнения. Все они, кроме ConcurrentModificationException из пакета java.util, лежат в пакете java.lang и доступны без import.

Почему эти исключения непроверяемые и где они стоят в дереве классов, рассказано в уроке Иерархия исключений в Java.

NullPointerException: обращение к null

NullPointerException (NPE) выбрасывается, когда программа обращается к объекту через ссылку, равную null: вызывает у неё метод, читает или записывает поле, берёт элемент или длину массива, распаковывает null в примитив. Начиная с Java 15 сообщение JVM прямо называет операцию и выражение, которое оказалось null.

Типичные причины NullPointerException

Сообщения в таблице — для кода, скомпилированного в IDE или сборщиком (Maven, Gradle), где имена переменных сохраняются; как выглядит сообщение без них, показано ниже.

Ещё два источника NPE — throw ссылки, равной null (разобрано в разделе Что можно и нельзя бросать через throw), и synchronized по null.

Пример: helpful NullPointerException с javac и javac -g

public class NpeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String name = null;
        System.out.println(name.length());
    }
}

Компиляция и запуск из командной строки без дополнительных ключей:

javac NpeDemo.java
java NpeDemo

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "<local1>" is null
    at NpeDemo.main(NpeDemo.java:4)

Если скомпилировать класс с ключом -g (javac -g NpeDemo.java), вместо <local1> появится настоящее имя переменной:

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "name" is null
    at NpeDemo.main(NpeDemo.java:4)

Подробные сообщения NPE (helpful NullPointerExceptions, JEP 358) появились в Java 14 и включены по умолчанию начиная с Java 15. В Java 8 и 11 то же исключение выводится без текста — только java.lang.NullPointerException и номер строки.

Как исправить NullPointerException

Найдите в сообщении выражение, которое оказалось null, и решите: значение там законно может отсутствовать (тогда подставьте значение по умолчанию или проверьте его) или null появился из-за ошибки выше по коду (тогда исправьте место, где ссылку забыли инициализировать).

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Objects;

public class NpeFixDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> stock = new HashMap<>();
        stock.put("pear", 5);

        int apples = stock.getOrDefault("apple", 0);
        System.out.println("Яблок: " + apples);

        String city = null;
        System.out.println("Москва".equals(city));
        System.out.println(Objects.requireNonNullElse(city, "не указан"));

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

Яблок: 0
false
не указан

• getOrDefault() вместо get(), если в карте может не быть ключа, — так исправляется пример из начала урока.
• Константа слева: "Москва".equals(city) возвращает false для null, а city.equals("Москва") выбросит NPE.
• Objects.requireNonNullElse(value, default) (Java 9+) подставляет значение по умолчанию.
• Optional в качестве возвращаемого типа метода явно говорит вызывающему коду, что результата может не быть.
• Objects.requireNonNull(arg, "arg") в начале метода выбрасывает NPE сразу при входе, с понятным сообщением, а не через десять вызовов — см. таблицу стандартных исключений в разделе Оператор throw и throw new.

ArrayIndexOutOfBoundsException и другие IndexOutOfBounds

ArrayIndexOutOfBoundsException выбрасывается при обращении к элементу массива по индексу меньше 0 или не меньше его длины: у массива из трёх элементов допустимы только индексы 0, 1 и 2. Сообщение в Java 11+ содержит и индекс, и длину: Index 3 out of bounds for length 3.

public class AioobeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {10, 20, 30};
        for (int i = 0; i <= numbers.length; i++) {
            System.out.println(numbers[i]);
        }
    }
}

10
20
30
Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Index 3 out of bounds for length 3
    at AioobeDemo.main(AioobeDemo.java:5)

Типичные причины:

• <= вместо < в условии цикла, как в примере, или обращение arr[arr.length] вместо arr[arr.length - 1] к последнему элементу.
• Нумерация с 1: цикл for (int i = 1; i <= n; i++), перенесённый из математической записи.
• Отрицательный индекс после вычислений: Index -1 out of bounds for length 3.
• Пустой массив args: args[0] при запуске программы без аргументов даёт Index 0 out of bounds for length 0.

StringIndexOutOfBoundsException и IndexOutOfBoundsException

ArrayIndexOutOfBoundsException и StringIndexOutOfBoundsException — подклассы IndexOutOfBoundsException, поэтому catch (IndexOutOfBoundsException e) перехватит все три.

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ListIndexDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        System.out.println(list.size());
        System.out.println(list.get(0));
    }
}

0
Exception in thread "main" java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index 0 out of bounds for length 0
    ...
    at ListIndexDemo.main(ListIndexDemo.java:8)

Как исправить ArrayIndexOutOfBoundsException

Сравнивайте индекс с длиной строго через <, а если индекс в теле цикла не нужен — используйте for-each, в котором выйти за границы невозможно. Внешние данные (аргументы, ввод пользователя) проверяйте перед обращением по индексу.

public class AioobeFixDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {10, 20, 30};
        for (int n : numbers) {
            System.out.println(n);
        }
        String first = args.length > 0 ? args[0] : "нет аргументов";
        System.out.println(first);
    }
}

Вывод при запуске без аргументов:

10
20
30
нет аргументов

ClassCastException: недопустимое приведение типа

ClassCastException выбрасывается, когда объект приводят к классу или интерфейсу, которым он на самом деле не является. Компилятор пропускает такое приведение, если статический тип переменной (Object, суперкласс, интерфейс) в принципе может содержать нужный тип, а реальный объект проверяется только во время выполнения.

public class ClassCastDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Object value = 42;
        String text = (String) value;
        System.out.println(text);
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: class java.lang.Integer cannot be cast to class java.lang.String (java.lang.Integer and java.lang.String are in module java.base of loader 'bootstrap')
    at ClassCastDemo.main(ClassCastDemo.java:4)

Сообщение читается так: реальный класс объекта — java.lang.Integer, а приводили его к java.lang.String; в скобках указано, из какого модуля и загрузчика взяты оба класса. Для ваших собственных классов там будет are in unnamed module of loader 'app'. Приведение заведомо несовместимых типов, например (String) 42, вообще не скомпилируется: incompatible types: int cannot be converted to String.

ClassCastException без явного приведения

Что выведет этот код? В нём нет ни одного оператора приведения, но компилятор вставляет его сам при чтении из generic-коллекции.

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class HiddenCastDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List raw = new ArrayList();
        raw.add(42);
        List<String> names = raw;
        System.out.println("Размер: " + names.size());
        String first = names.get(0);
    }
}

Размер: 1
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: class java.lang.Integer cannot be cast to class java.lang.String (java.lang.Integer and java.lang.String are in module java.base of loader 'bootstrap')
    at HiddenCastDemo.main(HiddenCastDemo.java:10)

Число попало в List<String> через «сырой» тип List без параметра. Компилятор предупредил об этом (uses unchecked or unsafe operations), но код собрался, а исключение возникло гораздо позже — в строке 10, при чтении элемента. Не используйте raw types и не игнорируйте предупреждения unchecked.

Как исправить ClassCastException

Перед приведением проверяйте тип оператором instanceof (подробнее — в уроке «Приведение ссылочных типов в Java»). С Java 16 проверка и приведение записываются одной конструкцией — pattern matching: if (a instanceof Dog dog).

public class AnimalCastDemo {
    static class Animal { }

    static class Dog extends Animal {
        void bark() {
            System.out.println("Гав!");
        }
    }

    static class Cat extends Animal { }

    public static void main(String[] args) {
        Animal[] animals = {new Dog(), new Cat()};
        for (Animal a : animals) {
            if (a instanceof Dog dog) {
                dog.bark();
            } else {
                System.out.println("Не собака: " + a.getClass().getSimpleName());
            }
        }
    }
}

Гав!
Не собака: Cat

Без проверки приведение (Dog) a для кошки закончилось бы сообщением class AnimalCastDemo$Cat cannot be cast to class AnimalCastDemo$Dog. Если же приходится проверять тип в длинной цепочке if-else, это повод заменить её полиморфным методом в базовом классе.

NumberFormatException: For input string

NumberFormatException выбрасывают методы Integer.parseInt(), Long.parseLong(), Double.parseDouble() и valueOf(), когда строка не является корректной записью числа. Сообщение For input string: "..." показывает исходную строку в кавычках — по ним видно даже лишние пробелы. Это подкласс IllegalArgumentException.

public class NfeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String input = "abc";
        int number = Integer.parseInt(input);
        System.out.println(number);
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.NumberFormatException: For input string: "abc"
    ...
    at NfeDemo.main(NfeDemo.java:4)

Чаще всего исключение вызывают строки, которые человеку кажутся числом:

Как исправить NumberFormatException

Ввод пользователя нельзя заранее сделать корректным, поэтому здесь try-catch уместен — но в одном месте, на границе ввода, с понятным результатом вместо «магического» нуля. Пробелы по краям убирает strip() (Java 11+), а при чтении из консоли можно заранее спросить scanner.hasNextInt().

import java.util.OptionalInt;

public class SafeParseDemo {
    static OptionalInt parseInt(String s) {
        if (s == null) {
            return OptionalInt.empty();
        }
        try {
            return OptionalInt.of(Integer.parseInt(s.strip()));
        } catch (NumberFormatException e) {
            return OptionalInt.empty();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String[] inputs = {"42", " 7 ", "abc", "3.14", null};
        for (String s : inputs) {
            System.out.println(s + " -> " + parseInt(s));
        }
    }
}

42 -> OptionalInt[42]
 7  -> OptionalInt[7]
abc -> OptionalInt.empty
3.14 -> OptionalInt.empty
null -> OptionalInt.empty

Вызывающий код сам решает, что делать с пустым результатом: попросить ввести число ещё раз, подставить значение по умолчанию или сообщить об ошибке.

IllegalArgumentException: недопустимый аргумент

IllegalArgumentException означает, что метод получил значение аргумента, с которым не может работать: отрицательный размер, неизвестное имя константы, число вне диапазона. Его выбрасывают методы JDK, и его же принято выбрасывать в собственном коде при проверке параметров. Текст сообщения задаёт автор метода.

Самый частый случай на практике — valueOf() у перечисления: имя константы сравнивается с учётом регистра и пробелов.

import java.time.DayOfWeek;

public class IaeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String input = "monday";
        DayOfWeek day = DayOfWeek.valueOf(input);
        System.out.println(day);
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: No enum constant java.time.DayOfWeek.monday
    ...
    at IaeDemo.main(IaeDemo.java:6)

Как исправить IllegalArgumentException

Прочитайте сообщение и документацию метода: в ней перечислены допустимые значения. Входные данные приведите к нужному виду до вызова, а если они приходят от пользователя и могут быть любыми, перехватите исключение на границе ввода.

import java.time.DayOfWeek;
import java.util.Locale;

public class IaeFixDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String input = " monday ";
        DayOfWeek day = DayOfWeek.valueOf(input.strip().toUpperCase(Locale.ROOT));
        System.out.println(day);
    }
}

MONDAY

Locale.ROOT в toUpperCase() защищает от сюрпризов локали: в турецкой локали строчная i превращается в İ с точкой, и "friday" перестало бы совпадать с FRIDAY. Как выбрасывать IllegalArgumentException в своём методе, показано в разделе Оператор throw и throw new.

IllegalStateException: метод вызван не вовремя

IllegalStateException выбрасывается, когда аргументы метода в порядке, но объект находится в состоянии, в котором этот метод вызывать нельзя: поток Stream уже использован, Scanner закрыт, итератор ещё не вернул элемент. Ошибка не в данных, а в порядке вызовов.

import java.util.stream.Stream;

public class StreamReuseDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Stream<String> names = Stream.of("Анна", "Борис");
        names.forEach(System.out::println);
        System.out.println(names.count());
    }
}

Анна
Борис
Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: stream has already been operated upon or closed
    ...
    at StreamReuseDemo.main(StreamReuseDemo.java:7)

Другие методы JDK, которые выбрасывают это исключение:

Как исправить IllegalStateException

Соблюдайте жизненный цикл объекта: не используйте его после закрытия и вызывайте методы в том порядке, который требует документация. Поток Stream одноразовый — храните исходные данные в коллекции и создавайте из неё новый поток для каждой операции.

import java.util.List;

public class StreamFixDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = List.of("Анна", "Борис");
        names.forEach(System.out::println);
        System.out.println(names.stream().count());
    }
}

Анна
Борис
2

Чем IllegalStateException отличается от IllegalArgumentException при выборе исключения для своего кода, разобрано в разделе Когда создавать свое исключение, а когда взять стандартное.

ConcurrentModificationException: изменение коллекции при обходе

ConcurrentModificationException (пакет java.util) выбрасывает итератор ArrayList, HashMap и других стандартных коллекций, если коллекцию изменили в обход итератора, пока он её перебирал. Самый частый случай — вызов list.remove() или list.add() внутри цикла for-each по тому же списку.

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class CmeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = new ArrayList<>(List.of("Анна", "Борис", "Вера"));
        for (String name : names) {
            if (name.startsWith("А")) {
                names.remove(name);
            }
        }
        System.out.println(names);
    }
}

Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.base/java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(...)
    at java.base/java.util.ArrayList$Itr.next(...)
    at CmeDemo.main(CmeDemo.java:7)

Исключение возникает не в строке с remove(), а в строке 7 — заголовке цикла: for-each вызывает iterator.next(), а тот замечает, что счётчик изменений списка (modCount) уже не совпадает с ожидаемым. Сообщения у этого исключения нет.

Что выведет этот код?

Тот же цикл, но удаляем не первый элемент, а «Борис»:

for (String name : names) {
    if (name.startsWith("Б")) {
        names.remove(name);
    }
}
System.out.println(names);

[Анна, Вера]

Исключения нет, хотя код такой же неправильный. После удаления предпоследнего элемента размер списка стал 2, курсор итератора тоже равен 2, и hasNext() возвращает false — цикл завершается, не дойдя до проверки в next(). «Вера» при этом так и не была проверена условием. Итераторы стандартных коллекций работают по принципу fail-fast «по возможности»: отсутствие исключения не доказывает, что код корректен.

Как исправить ConcurrentModificationException

Удаляйте элементы методом removeIf() (Java 8+) или через remove() самого итератора — оба способа обновляют состояние итератора вместе со списком.

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class CmeFixDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = new ArrayList<>(List.of("Анна", "Борис", "Вера"));
        names.removeIf(name -> name.startsWith("А"));
        System.out.println(names);

        Iterator<String> it = names.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            if (it.next().startsWith("В")) {
                it.remove();
            }
        }
        System.out.println(names);
    }
}

[Борис, Вера]
[Борис]

Как читать сообщение и не допускать этих исключений

Сообщение об исключении состоит из трёх частей: полное имя класса исключения, текст после двоеточия и стек вызовов. Имя класса говорит о категории ошибки, текст — о конкретном значении (индексе, строке, выражении, равном null), а первая строка at с вашим классом указывает файл и номер строки. Как устроен стек вызовов, разобрано в уроке Обработка исключений в Java.

Чтобы эти исключения не появлялись вовсе:

• Проверяйте аргументы в начале метода (Objects.requireNonNull(), throw new IllegalArgumentException(...)) — ошибка проявится там, где появились плохие данные, а не в глубине вызовов.
• Предпочитайте конструкции, в которых ошибиться нельзя: for-each вместо индексного цикла, removeIf() вместо удаления в цикле, pattern matching instanceof вместо голого приведения, getOrDefault() вместо get().
• Не перехватывайте исключения-баги: catch (NullPointerException e) или catch (Exception e) «на всякий случай» прячет причину. Как правильно строить try-catch для ожидаемых ошибок — в уроке Оператор try-catch-finally в Java.
• Не игнорируйте предупреждения компилятора и IDE: unchecked, «Possible NullPointerException», «Array index is out of bounds» часто указывают на будущее исключение ещё до запуска.

Часто задаваемые вопросы

java.lang.NullPointerException: как исправить за три шага?

Первое — найдите в стеке вызовов первую строку at с вашим классом: там файл и номер строки. Второе — прочитайте в сообщении, какое выражение оказалось null (в Java 15+ оно названо после слова because). Третье — выясните, должно ли значение там быть: если да, исправьте место, где ссылку не инициализировали; если оно законно может отсутствовать, добавьте проверку или значение по умолчанию. Приёмы с примерами — в разделе Как исправить NullPointerException.

Как получить подробное сообщение NullPointerException в Java 8 или 11?

Никак: helpful NullPointerExceptions появились только в Java 14. В Java 14 их включает флаг -XX:+ShowCodeDetailsInExceptionMessages, с Java 15 они работают по умолчанию (отключить можно флагом -XX:-ShowCodeDetailsInExceptionMessages). На Java 8 и 11 остаётся номер строки из стека вызовов — поэтому полезно не писать длинные цепочки вида a.getB().getC().getD() в одной строке.

Почему catch (IllegalArgumentException e) перехватывает NumberFormatException?

Потому что NumberFormatException — подкласс IllegalArgumentException, а catch перехватывает указанный класс и всех его наследников. По той же причине catch (IndexOutOfBoundsException e) поймает и ArrayIndexOutOfBoundsException, и StringIndexOutOfBoundsException. Если нужны оба блока, catch подкласса должен стоять первым, иначе код не скомпилируется.

Почему List.of(...).add() выбрасывает UnsupportedOperationException?

List.of(), Set.of(), Map.of() (Java 9+), Collections.unmodifiableList() и stream().toList() (Java 16+) возвращают неизменяемые коллекции: любая попытка add(), remove() или set() выбрасывает UnsupportedOperationException без сообщения. Arrays.asList() разрешает set(), но не add() и remove(). Если список нужно менять, скопируйте его: new ArrayList<>(List.of(...)).

Как удалить элементы из HashMap во время перебора без ConcurrentModificationException?

Используйте removeIf() у представлений карты: map.entrySet().removeIf(e -> e.getValue() == 0), map.keySet().removeIf(...) или map.values().removeIf(...). Другой способ — явный Iterator по entrySet() и вызов iterator.remove(). Вызов map.remove(key) внутри for-each по keySet() приводит к тому же исключению, что и со списком.

Чем StackOverflowError и OutOfMemoryError отличаются от этих исключений?

Это не исключения, а ошибки: наследники Error, а не Exception. Они сигнализируют о проблеме уровня JVM (переполнен стек вызовов, закончилась память), их не перехватывает catch (Exception e), и обычно их не обрабатывают в коде. Разбор с примером — в разделе catch (Exception e) и StackOverflowError.