Homlander

Posted on Nov 11

07 Java 调试案例讲解

#java

一、调试究竟在做什么

调试（Debugging）就是查找并改正程序错误的过程。 核心是观察程序的实际执行过程，逐步缩小问题范围，找到“从哪一步开始，实际结果与预期不一致”。

常见方式有两种：

阅读代码、添加打印语句：代码较少时，按执行顺序检查，或用 System.out.println() 输出中间结果。
使用调试器：让程序在指定位置停下来，查看变量，再控制它一步步执行。代码较复杂、需要反复观察时更方便。

以下使用 IntelliJ IDEA，Java 环境沿用课件中的 JDK 17。快捷键按课件的 Windows 键位说明；若自行修改过键位，以按钮提示为准。

二、先让程序在断点处停下来

1. 准备示例

新建 Test.java，后面的操作都围绕这段代码展开：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 20;
        int ret = add(a, b);       // 断点 A
        System.out.println(ret);  // 断点 B，后面再添加
    }

    public static int add(int x, int y) {
        System.out.println("进入 add");
        return x + y;
    }
}

正常运行时输出：

进入 add
30

2. 设置断点并启动 Debug

断点是告诉调试器“执行到这里先停一下”的标记。

在 int ret = add(a, b); 所在行的行号旁边单击，出现红点，即设置了断点 A。
在编辑区右键，选择 Debug 'Test.main()'。
程序运行到断点 A 时暂停，下方出现 Debug 窗口。

再次单击红点可以删除该断点。要让断点起作用，应使用 Debug 启动。

3. 看懂“停在这一行”

刚命中行断点时，该行通常还没有执行。

本例停在断点 A 时：

a = 10、b = 20 已执行，可以查看它们的值。
add(a, b) 尚未执行，ret 还没有完成初始化。
控制台还没有输出“进入 add”和 30。

红点表示断点位置，执行高亮表示程序当前停留的位置。判断某个结果为什么还没出现，先检查产生结果的语句是否已经执行。

三、暂停后先看什么

1. Debugger：看变量和调用堆栈

变量区显示当前选中方法中的变量及其值。例如，停在 main 中可以查看 a、b；进入 add 后，可以查看 x、y。

调用堆栈表示当前有哪些方法正在调用、等待返回。例如：

add:行号
main:行号

表示 main 调用了 add，当前正在执行 add，main 正在等待它返回。最上方通常是当前执行的方法，下面是调用它的方法。

点击不同的方法记录，可以查看该次调用对应的变量。后面的数字是代码行号，不是调用次数。

2. 表达式求值与监视

程序暂停时，在 Debugger 中的 Evaluate expression ... or add a watch 输入区域填写表达式，按回车可查看结果。

例如停在 add 方法内部、x = 10、y = 20 时：

x + y        // 结果：30
(x + y) * 2  // 结果：60

求值：临时计算一次，检查当前结果。
监视（Watch）：把表达式加入监视列表，后续暂停时方便反复查看。

表达式中的变量必须在当前查看的位置可用。例如选中 add 时使用 x、y，选中 main 时使用 a、b。

3. Console：看输入输出

Console 显示控制台的输入输出，Debugger 用来观察执行状态。

只有输出语句执行之后，Console 才会出现对应内容。程序停在 System.out.println(ret); 这一行时，并不表示 30 已经打印。

四、用单步操作控制执行过程

1. 先区分四个操作

操作	快捷键	作用
Step Over（步过／逐过程）	`F8`	执行当前行；遇到方法调用时，通常不进入方法内部逐步查看
Step Into（步入／逐语句）	`F7`	进入当前行调用的方法，查看内部执行过程
Force Step Into（强制步入）	`Alt + Shift + F7`	进入普通步入可能因过滤规则而跳过的方法
Step Out（步出／跳出）	`Shift + F8`	执行完当前方法剩余部分，返回调用它的位置

2. 用同一段代码理解 F8、F7 和 Shift + F8

情况一：只关心方法的返回结果，用 F8。

停在断点 A 时按 F8，add(a, b) 会正常执行。到达下一行 System.out.println(ret); 时：

ret = 30。
Console 已输出“进入 add”。
30 还没输出，再执行当前行才会输出。

步过只是通常不进入方法内部逐步查看，方法本身仍然执行。 如果方法内部另有断点，也可能在内部停下来。

情况二：想检查方法内部的计算过程，用 F7。

重新调试，在断点 A 按 F7：

进入 add，停在 System.out.println("进入 add");。
变量区可以看到 x = 10、y = 20。
按 F8，执行打印语句，停在 return x + y;。
此时可以求值 x + y，确认结果为 30。
继续执行返回语句，返回 main；调用及赋值完成后，ret 才得到 30。

情况三：已经进入方法，但不想继续逐行看，用 Shift + F8。

如果刚进入 add 就使用步出，剩余的打印和 return 仍会执行，然后回到 main 的调用位置。

步出不会取消这次调用，也不会丢掉剩余代码。 返回后界面可能仍高亮调用所在行，继续单步即可观察后续赋值和输出。

3. 强制步入用在什么地方

普通 F7 可能按调试器的过滤规则跳过某些 Java 类库方法，例如 System.out.println() 的内部实现。确实需要查看这些方法时，可以使用 Alt + Shift + F7。

“强制”是指绕过普通步入的过滤规则，并不意味着任何方法都一定有可供查看的源码。本章只需掌握它与普通步入的区别。

上述步进操作的含义可对照 IDEA 官方说明。

五、不想逐行执行时怎么做

1. 继续运行到下一个断点：F9

在 System.out.println(ret); 这一行再设置断点 B。

程序停在断点 A 时，按 F9（Resume Program），程序继续正常执行，命中断点 B 后暂停。此时 ret = 30，但 30 尚未打印。

如果后续没有命中其他断点，程序就会继续运行，直到结束或因其他原因暂停。

“到下一个断点”按实际执行顺序判断，不是按编辑器中红点的上下顺序判断。

2. 运行到光标处：Alt + F9

只想临时运行到某一行，可以：

在程序暂停时，把编辑光标放到目标代码行。
按 Alt + F9（Run to Cursor）。

例如停在断点 A 时，把光标放到 System.out.println(ret);，执行后会在这行暂停，便于查看 ret。

目标位置之前的代码仍会执行；如果途中先命中其他断点，会先在那个断点暂停。目标行也必须是本次执行能够到达的位置。

3. 重新调试与停止

操作	快捷键	含义
Rerun（重新调试）	`Ctrl + F5`	从头重新启动当前调试配置，适合重新观察执行过程
Stop（停止）	`Ctrl + F2`	终止当前程序，结束这次运行

Ctrl + F2 是停止，不是可继续执行的暂停。 停止之后，要再次运行就需要重新启动。参见 IDEA 调试会话说明。

六、管理断点与设置条件断点

1. 查看、禁用和屏蔽断点

View Breakpoints：Ctrl + Shift + F8。集中查看、编辑、启用、禁用或删除断点。
Mute Breakpoints（屏蔽断点）：在 Debug 工具栏点击该按钮，临时屏蔽所有断点；再次点击可解除屏蔽。断点仍然保留，不需要重新添加。

禁用适合暂时保留某个断点，删除适合不再需要的断点，屏蔽适合临时让程序不因这些断点而停下。

2. 条件断点：只在关心的那一次暂停

循环执行很多次时，普通断点会反复暂停。如果只想检查 i == 20 的情况，可以设置条件断点。

把 main 方法中的代码替换为：

for (int i = 0; i < 100; i++) {
    System.out.println(i); // 在这一行设置断点
}

操作步骤：

在 System.out.println(i); 行设置断点。
右键单击断点红点，在 Condition 中填写 i == 20。
启动 Debug。

程序会正常执行前面的循环，直到 i == 20 时，才在该断点暂停。此时：

Debugger 中的 i 为 20。
Console 已输出 0 到 19。
20 还没有输出，因为当前打印语句尚未执行。

条件应是结果为 true 或 false 的表达式。这里写 i == 20，不是赋值表达式 i = 20，也不需要写 if 或分号。

条件断点只控制是否暂停，不会让条件不满足时的代码停止执行。

七、把调试操作用来定位错误

假设加法示例中的返回语句误写成：

return x - y;

预期结果是 30，实际却输出 -10。可以这样定位：

在 int ret = add(a, b); 处打断点并 Debug。
查看 a = 10、b = 20，确认调用前的数据正确。
按 F7 进入 add，确认 x = 10、y = 20，参数传递也正确。
执行到返回语句，对比预期的 x + y 与实际代码 x - y，发现运算符写错。
改为 return x + y;，重新调试，确认 ret = 30，最终输出正确。

调试时每一步都应带着一个检查目标：输入是否正确、哪一步计算有误、返回结果是否符合预期。 找到第一个出现偏差的位置，通常就能明显缩小错误范围。

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