JVM虚拟机-- JVM是如何处理异常的

Posted 2021-10-23 qdhxhz

【JVM虚拟机】(9)-- JVM是如何处理异常的

上篇博客我们简单说过异常信息是存放在属性表集合中的Code属性表里，那么这篇博客就单独讲Code属性表中的exception_table。

在讲之前我们先思考两个问题？

1、为什么捕获异常会较大的性能消耗？

2、为什么finally中的代码会永远执行？

接下来会从JVM虚拟机的角度来解答这两个问题。

一、概念

1、JVM是如何捕获异常的？

1、编译而成的字节码中，每个方法都附带一个异常表。
2、异常表中每一个条目代表一个异常处理器
3、触发异常时，JVM会遍历异常表，比较触发异常的字节码的索引值是否在异常处理器的from指针到to指针的范围内。
4、范围匹配后，会去比较异常类型和异常处理器中的type是否相同。
5、类型匹配后，会跳转到target指针所指向的字节码(catch代码块的开始位置)
6、如果没有匹配到异常处理器，会弹出当前方法对应的Java栈帧，并对调用者重复上述操作。

2、什么是异常表？

1. 每个方法都附带一个异常表

2. 异常表中每一个条目, 就是一个异常处理器

异常表如下：

3、什么是异常处理器？其组成部分有哪些？

1、异常处理器由from指针、to指针、target指针，以及所捕获的异常类型所构成(type)。
2、这些指针的数值就是字节码的索引(bytecode index, bci),可以直接去定位字节码。
3、from指针和to指针，标识了该异常处理器所监控的返回
4、target指针，指向异常处理器的起始位置。如catch代码块的起始位置
5、type：捕获的异常类型，如Exception

4、如果在方法的异常表中没有匹配到异常处理器，会怎么样？

1、会弹出当前方法对应的Java栈帧
2、在调用者上重复异常匹配的流程。
3、最坏情况下，JVM需要编译当前线程Java栈上所有方法的异常表

二、代码演示

1、try-catch

public static void main(String[] args) {
  try {
    mayThrowException();
  } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
  }
}
// 对应的 Java 字节码
public static void main(java.lang.String[]);
  Code:
    0: invokestatic mayThrowException:()V
    3: goto 11
    6: astore_1
    7: aload_1
    8: invokevirtual java.lang.Exception.printStackTrace
   11: return
  Exception table:
    from  to target type
      0   3   6  Class java/lang/Exception  // 异常表条目

上面Code中的字节码自己也没有仔细研究过，我们可以具体看下面的Exception table表，来进行分析。

1、from和to: 指是try和catch之间的代码的索引位置。from=0,to=3,代表从字节索引0的位置到3(不包括3)。

2、target : 代表catch后代码运行的起始位置。

3、type : 指的是异常类型，这里是指Exception异常。

当程序触发异常时，java虚拟机会从上至下遍历异常表中的所有条目。当触发异常的字节码的索引值在某个异常表条目的监控范围内，Java 虚拟机会判断所抛出的异常
和该条目想要捕获的异常是否匹配。如果匹配，Java 虚拟机会将控制流转移至该条目target 指针指向的字节码。

如果遍历完所有异常表条目，Java 虚拟机仍未匹配到异常处理器，那么它会弹出当前方法对应的Java 栈帧，并且在调用者（caller）中重复上述操作。在最坏情况下，
Java 虚拟机需要遍历当前线程 Java 栈上所有方法的异常表。

2、try-catch-finally

finally 代码块的编译比较复杂。当前版本 Java 编译器的做法，是复制 finally 代码块的内容，分别放在 try-catch 代码块所有正常执行路径以及异常执行路径的出口中。

代码示例

public static void XiaoXiao() {
   try {
       dada();
   } catch (Exception e) {
       e.printStackTrace();
   } finally {
       System.out.println("Finally");
   }
}
//通过javap 反编译
public static void XiaoXiao();
    Code:
       0: invokestatic  #3                  // Method dada:()V
       3: getstatic     #6                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       6: ldc           #7                  // String Finally
       8: invokevirtual #8                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      11: goto          41
      14: astore_0
      15: aload_0
      16: invokevirtual #5                  // Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
      19: getstatic     #6                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      22: ldc           #7                  // String Finally
      24: invokevirtual #8                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      27: goto          41
      30: astore_1
      31: getstatic     #6                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      34: ldc           #7                  // String Finally
      36: invokevirtual #8                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      39: aload_1
      40: athrow
      41: return
    Exception table:
       from    to  target type
           0     3    14   Class java/lang/Exception
           0     3    30   any
          14    19    30   any

和之前有所不同，这次

1、异常表中，有三条数据，而我们仅仅捕获了一个Exception
2、异常表的后两个item的type为any

上面的三条异常表item的意思为

1、如果0到3之间，发生了Exception类型的异常，调用14位置的异常处理者。
2、 如果0到3之间，无论发生什么异常，都调用30位置的处理者。
3、 如果14到19之间（即catch部分），不论发生什么异常，都调用30位置的处理者。


问题：通过上面那幅图和javap反编译代码就可以很好的解释为什么finally里面的代码永远会执行？
原因：因为当前版本Java编译器的做法，是复制finally代码块的内容，分别放到所有正常执行路径，以及异常执行路径的出口中。

这三份finally代码块都放在什么位置:
第一份位于try代码后 : 若果try中代码正常执行，没有异常那么finally代码就在这里执行。
第二份位于catch代码后 : 如果try中有异常同时被catch捕获，那么finally代码就在这里执行。
第三份位于异常执行路径 : 如果如果try中有异常但没有被catch捕获,或者catch又抛异常，那么就执行最终的finally代码。


问题 :为什么捕获异常会较大的性能消耗?
因为构造异常的实例比较耗性能。这从代码层面很难理解，不过站在JVM的角度来看就简单了，因为JVM在构造异常实例时需要生成该异常的栈轨迹。这个操作会逐一访问当前
线程的栈帧，并且记录下各种调试信息，包括栈帧所指向方法的名字，方法所在的类名、文件名，以及在代码中的第几行触发该异常等信息。虽然具体不清楚JVM的实现细节，但
是看描述这件事情也是比较费时费力的。

参考

深入拆解 Java 虚拟机（郑雨迪）

只要自己变优秀了，其他的事情才会跟着好起来（少将7）