Java Math.addExact() 方法详解

方法定义

Math.addExact() 是 Java 8 引入的精确算术方法，用于执行安全的加法运算：

// 整数版本
public static int addExact(int x, int y)

// 长整数版本
public static long addExact(long x, long y)

功能说明

  • 精确加法：计算两个参数的和
  • 溢出检测：当结果超出数据类型范围时抛出 ArithmeticException
  • 支持类型：int (范围: -2³¹ 到 2³¹-1) 和 long (范围: -2⁶³ 到 2⁶³-1)
  • 异常行为：溢出时立即抛出异常，避免产生错误值

示例代码

// 正常加法
int safeSum = Math.addExact(100, 200);  // 300
long largeSum = Math.addExact(10_000_000L, 20_000_000L);  // 30_000_000L

// 溢出案例
try {
    int overflow = Math.addExact(Integer.MAX_VALUE, 1);  // 抛出 ArithmeticException
} catch (ArithmeticException e) {
    System.out.println("整数溢出!");
}

try {
    long minOverflow = Math.addExact(Long.MIN_VALUE, -1);  // 抛出 ArithmeticException
} catch (ArithmeticException e) {
    System.out.println("长整数溢出!");
}

使用技巧

  1. 安全边界检查：在可能产生溢出的计算前使用 
    int calculate(int a, int b) {
    try {
        return Math.addExact(a, b);
    } catch (ArithmeticException e) {
        // 返回安全值或使用long计算
        return (long)a + b > Integer.MAX_VALUE ? Integer.MAX_VALUE : Integer.MIN_VALUE;
    }
}
  2. 循环累加防护：保护累加操作 
    int sum = 0;
for (int value : values) {
    sum = Math.addExact(sum, value);  // 防止累积溢出
}

常见错误

  1. 忽略异常处理

    // 危险：可能导致程序崩溃
int total = Math.addExact(Integer.MAX_VALUE, 100);

  2. 混淆数据类型

    // 编译错误：参数类型不匹配
long result = Math.addExact(100, 2_000_000_000L);
// 正确写法：Math.addExact(100L, 2_000_000_000L)

  3. 错误处理溢出

    // 错误：先溢出后捕获
try {
    int sum = a + b;  // 可能已溢出但无异常
} catch (Exception e) { /* 不会触发 */ }

注意事项

  1. 性能影响：相比普通加法有额外检查开销（约2-3倍），在紧密循环中需评估性能
  2. 浮点数不支持：仅适用于整数类型（int/long）
  3. 负数溢出：Integer.MIN_VALUE + (-1) 也会触发溢出
  4. 字面量陷阱：大数字字面量默认为int，可能导致编译错误 
    Math.addExact(2_000_000_000, 1_500_000_000);  // 字面量超出int范围

最佳实践与性能优化

  1. 热点代码优化：在性能关键路径且确定无溢出时使用普通加法 
    // 低风险场景使用普通加法
int sum = a + b;  // 当a,b绝对值均小于1亿时
  2. 批量处理：对大数组使用分段检测 
    long segmentSum = 0;
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    segmentSum = Math.addExact(segmentSum, data[i]);
}
  3. 提前检测：对极大值进行预判 
    if (b > 0 && a > Integer.MAX_VALUE - b) {
    throw new ArithmeticException("Overflow detected");
}
int sum = a + b;
  4. 替代方案：使用更大数据类型 
    long safeResult = (long) a + b;
if (safeResult > Integer.MAX_VALUE) {
    // 处理溢出
}

总结

关键点 说明
核心功能 提供溢出保护的加法运算
异常机制 溢出时抛出 ArithmeticException
适用场景 财务计算、安全关键系统、未知输入处理
性能权衡 牺牲少量性能换取安全性
替代方案 普通加法（性能好但危险）、手动溢出检查（复杂但灵活）
版本要求 Java 8+

实践口诀：

“精确加法防溢出，addExact 来守护；
异常处理不可少，性能热点需评估；
大数运算用 long，安全边界要牢记。”

使用 Math.addExact() 可有效防止整数溢出导致的隐蔽错误，特别适用于处理用户输入或不可控数据源的计算场景。在性能敏感区域，建议结合手动溢出检查或使用 long 类型过渡。