Atitit.异常机制的设计原理

Posted 2020-06-13

Atitit.异常机制的设计原理

 

缺陷

 

关键是只要知晓有一个异常表的存在，try 的范围就是体现在异常表行记录的起点和终点。JVM 在 try 住的代码区间内如有异常抛出的话，就会在当前栈桢的异常表中，找到匹配类型的异常记录的入口指令号，然后跳到该指令处执行。异常指令块执行完后，再回来继 续执行后面的代码。JVM 按照每个入口在表中出现的顺序进行检索，如果没有发现匹配的项，JVM 将当前栈帧从栈中弹出，再次抛出同样的异常。当 JVM 弹出当前栈帧时，JVM 马上终止当前方法的执行，并且返回到调用本方法的方法中，但是并非继续正常执行该方法，而是在该方法中抛出同样的异常，这就使得 JVM 在该方法中再次执行同样的搜寻异常表的操作。
作者:: 绰号:老哇的爪子 （ 全名：：Attilax Akbar Al Rapanui 阿提拉克斯 阿克巴 阿尔 拉帕努伊 ） 汉字名：艾龙，  EMAIL:[email protected]

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上面那样的内层方法无法处理异常的层层向外抛，层层压栈，这样就形成一个异常栈。异常栈十分有利于我们透析问题之所在，例如 e.printStackTrace(); 或者带参数的 e.printStackTrace(); 方法可将异常栈信息定向输出到他处，还有 log4j 的 log.error(Throwable) 也有此功效。若是在行径的哪层有能力处理该异常则已，否则直至 JVM，直接造成 JVM 崩溃掉。例如当 main() 方法也把异常抛了出去，JVM 此刻也就到了生命的尽头。

 

解释一下这段字节码的运作过程，如果平时看字节码比较多的同学可以直接略过这段。偏移地址为0的new指令首先会在常量池找到第58项常量，此常量现在为CONSTANT_Class_info型的符号引用，类解析阶段被翻译为java.lang.Exception类的直接引用，接着虚拟机会在Java堆中开辟相应大小的实例空间，并将此空间的引用压入操作栈的栈顶。偏移为3的dup指令就简单的把栈顶的值复制了一份，重新压入栈顶，这时候操作栈中有2份刚刚new出来的exception对象的引用。偏移为4的invokespecial指令将第一个exception对象引用出栈，以它为接收者调用了Excepiton类的实例构造器，这句执行完后栈顶还剩下一份exception对象的引用。写了那么多，说白了这3条字节码就是干了“new Exception()”这句Java代码应该做的事情，和创建任何一个Java对象没有任何区别。这一部分耗费的时间在上一节中分析过，创建一个异常对象只占创建、抛出并接住异常的20%时间。 
        接着是占用80%时间高潮部分，偏移为7的athrow指令，这个指令运作过程大致是首先检查操作栈顶，这时栈顶必须存在一个reference类型的值，并且是java.lang.Throwable的子类（虚拟机规范中要求如果遇到null则当作NPE异常使用），然后暂时先把这个引用出栈，接着搜索本方法的异常表（异常表是什么等写完这段再说），找一下本方法中是否有能处理这个异常的handler，如果能找到合适的handler就会重新初始化PC寄存器指针指向此异常handler的第一个指令的偏移地址。接着把当前栈帧的操作栈清空，再把刚刚出栈的引用重新入栈。如果在当前方法中很悲剧的找不到handler，那只好把当前方法的栈帧出栈（这个栈是VM栈，不要和前面的操作栈搞混了，栈帧出栈就意味着当前方法退出），这个方法的调用者的栈帧就自然在这条线程VM栈的栈顶了，然后再对这个新的当前方法再做一次刚才做过的异常handler搜索，如果还是找不到，继续把这个栈帧踢掉，这样一直到找，要么找到一个能使用的handler，转到这个handler的第一条指令开始继续执行，要么把VM栈的栈帧抛光了都没有找到期望的handler，这样的话这条线程就只好被迫终止、退出了。 

 

 

Java代码  

1. Exception table:  

2.  from   to  target type  

3.    0     8     8   Class java/lang/Exception  

        上面的异常表只有一个handler记录，它指明了从偏移地址0开始（包含0），到偏移地址8结束（不包含8），如果出现了java.lang.Exception类型的异常，那么就把PC寄存器指针转到8开始继续执行。顺便说一下，对于Java语言中的关键字catch和finally，虚拟机中并没有特殊的字节码指令去支持它们，都是通过编译器生成字节码片段以及不同的异常处理器来实现

 

   字节码指令还剩下2句，把它们说完。偏移地址为8的astore_1指令，作用是把栈顶的值放到第一个Slot的局部变量表中，刚才说过如果出现异常后，虚拟机找到了handler，会把那个出栈的异常引用重新入栈。因此这句astore_1实现的目的就是让catch块中的代码能访问到“catch (Exception e)”所定义的那个“e”，又顺便提一句，局部变量表从0开始，第0个Slot放的是方法接收者的引用，也就是使用this关键能访问的那个对象。最后的return指令就不必多讲了，是void方法的返回指令，因为我们的catch块里面没有内容，所以立刻就return了。 
    到此为止，这几句字节码讲完了，我们总结一下athrow指令中虚拟机可能做的事情（只会做其中一部份啦）： 

· 检查栈顶异常对象类型（只检查是不是null，是否referance类型，是否Throwable的子类一般在类验证阶段的数据流分析中做，或者索性不做靠编译器保证了，编译时写到Code属性的StackMapTable中，在加载时仅做类型验证）

· 把异常对象的引用出栈

· 搜索异常表，找到匹配的异常handler

· 重置PC寄存器状态

· 清理操作栈

· 把异常对象的引用入栈

· 把异常方法的栈帧逐个出栈（这里的栈是VM栈）

· 残忍地终止掉当前线程。

· ……

 

 

第一句提取操作栈中引用的异常对象，第二句检查异常是否为空，虚拟机规范中要求的为null就当NPE异常，就是这句实现的： 

 注释中说可以使用“common code”是指handle_return中的代码，每条opcode处理完都会转到这段代码。因为异常不一定来自athrow指令，也就是不一定来自于用户程序直接抛出，虚拟机运作期间也会产生异常，如被0除、空指针，严重一点的OOM神马的。所以出现异常后的方法退出动作在通用的handle_return里面根据pending_exception进行处理，代码太多就不贴了。前面几句没有太特别的动作，看来athrow指令的关键实现还是在handle_exception这节，看看它的代码（为了逻辑清晰，我删除了不必要的代码，譬如支持跟踪调试的语句）

 

看这段代码的关键部分，CALL_VM那句是查找异常表，所执行的InterpreterRuntime::exception_handler_for_exception在同目录下的interpreterRuntime.cpp中，查找的具体过程有点复杂，只看程序的主体脉络，这里的代码就不再牵扯进来了。如果找到，也就是if (continuation_bci >= 0)成立的话，（bci的意思是Bytecode Index，字节码索引），把异常对象重新入栈（SET_STACK_OBJECT(except_oop(), 0)这句），并且重置PC指针为异常handler的起始位置（pc = METHOD->code_base() + continuation_bci这句），然后跳转到run处开始下一轮的循环switch过程。查询异常表没有找到合适的handler，那重新设置上pending_exception，因为前面的时候使用clear_pending_exception()清除掉了。在handle_return中会根据这个标志来决定方法是否出现异常，要不要退出。虚拟机规范中要求的athrow指令的动作这里就写完了，HotSpot VM我们写不出来，看一下还是可以的嘛。 

 

透过JVM看Exception本质 - Java综合 - Java - ITeye论坛.htm

JVM 对Java异常的处理原理 - 旭灿的专栏 - 博客频道 - CSDN.NET.htm