今天我們來討論一下，程序中的錯(cuò)誤處理缨该。

在任何一個(gè)穩(wěn)定的程序中偎行，都會有大量的代碼在處理錯(cuò)誤，有一些業(yè)務(wù)錯(cuò)誤贰拿，我們可以通過主動檢查判斷來規(guī)避蛤袒，可對于一些不能主動判斷的錯(cuò)誤，例如 RuntimeException膨更，我們就需要使用try-catch-finally語句了妙真。

有人說，錯(cuò)誤處理并不難啊荚守，try-catch-finally一把梭珍德，try放功能代碼练般，在catch中捕獲異常、處理異常锈候，finally中寫那些無論是否發(fā)生異常薄料，都要執(zhí)行的代碼，這很簡單啊泵琳。

處理錯(cuò)誤的代碼摄职，確實(shí)并不難寫，可是想把錯(cuò)誤處理寫好获列，也并不是一件容易的事情谷市。

接下來我們就從實(shí)現(xiàn)到 JVM 原理，講清楚 Java 的異常處理击孩。

學(xué)東西迫悠，我還是推薦要帶著問題去探索，提前思考幾個(gè)問題吧：

一個(gè)方法巩梢，異常捕獲塊中及皂，不同的地方的 return 語句，誰會生效且改？

catch 和 finally 中出現(xiàn)異常，會如何處理板驳？

try-catch 是否影響效率又跛？

Java 異常捕獲的原理？

二若治、Java 異常處理

2.1 概述

既然是異常處理慨蓝，肯定是區(qū)分異常發(fā)生和捕獲、處理異常端幼，這也正是組成異常處理的兩大要素礼烈。

在 Java 中，拋出的異称排埽可以分為顯示異常和隱式異常此熬，這種區(qū)分主要來自拋出異常的主體是什么，顯示和隱式也是站在應(yīng)用程序的視角來區(qū)分的滑进。

顯示異常的主體是當(dāng)前我們的應(yīng)用程序犀忱，它指的是在應(yīng)用程序中使用 “throw” 關(guān)鍵字，主動將異常實(shí)例拋出扶关。而隱式異常就不受我們控制阴汇， 它觸發(fā)的主體是 Java 虛擬機(jī)，指的是 Java 虛擬機(jī)在執(zhí)行過程中节槐，遇到了無法繼續(xù)執(zhí)行的異常狀態(tài)搀庶，續(xù)而將異常拋出拐纱。

對于隱式異常，在觸發(fā)時(shí)哥倔，需要顯示捕獲（try-catch）秸架，或者在方法頭上，用 "throw" 關(guān)鍵字聲明未斑，交由調(diào)用者捕獲處理咕宿。

2.2 使用異常捕獲

在我們編寫異常處理代碼的時(shí)候，主要就是使用前面介紹到的try-catch-finally這三種代碼塊蜡秽。

try 代碼塊：包含待監(jiān)控異常的代碼府阀。

catch 代碼塊：緊跟 try 塊之后，可以指定異常類型芽突。允許指定捕獲多種不同的異常试浙，catch 塊用來捕獲在 try 塊中出發(fā)的某個(gè)指定類型的異常。

finally 代碼塊：緊跟 try 塊或 catch 塊之后寞蚌，用來聲明一段必定會運(yùn)行的代碼田巴。例如用來清理一些資源。

catch 允許存在多個(gè)挟秤，用于針對不同的異常做不同的處理壹哺。如果使用 catch 捕獲多種異常，各個(gè) catch 塊是互斥的艘刚，和 switch 語句類似管宵，優(yōu)先級是從上到下，只能選擇其一去處理異常攀甚。

既然 try-catch-finally 存在多種情況箩朴，并且在發(fā)生異常和不發(fā)生異常時(shí)，表現(xiàn)是不一致的秋度，我們就分清楚來單獨(dú)分析炸庞。

1.try塊中，未發(fā)生異常

不觸發(fā)異常荚斯，當(dāng)然是我們樂于看見的埠居。在這種情況下，如果有 finally 塊鲸拥，它會在 try 塊之后運(yùn)行拐格，catch 塊永遠(yuǎn)也不會被運(yùn)行。

2.try塊中刑赶，發(fā)生異常

在發(fā)生異常時(shí)捏浊，會首先檢查異常類型，是否存在于我們的 catch 塊中指定的待捕獲異常撞叨。如果存在金踪，則這個(gè)異常被捕獲浊洞，對應(yīng)的 catch 塊代碼則開始運(yùn)行，finally 塊代碼緊隨其后胡岔。

例如：我們只監(jiān)聽了空指針（NullPointerException）法希，此時(shí)如果發(fā)生了除數(shù)為 0 的崩潰（ArithmeticException），則是不會被處理的靶瘸。

當(dāng)觸發(fā)了我們未捕獲的異常時(shí)苫亦，finally 代碼依然會被執(zhí)行，在執(zhí)行完畢后怨咪，繼續(xù)將異澄萁＃“拋出去”。

3.catch 或者 finally 發(fā)生異常

catch 代碼塊和 finally 代碼塊诗眨，也是我們編寫的唉匾，理論上也是有出錯(cuò)的可能。

那么這兩段代碼發(fā)生異常匠楚，會出現(xiàn)什么情況呢巍膘？

當(dāng)在 catch 代碼塊中發(fā)生異常時(shí)，此時(shí)的表現(xiàn)取決于 finally 代碼塊中是否存在 return 語句芋簿。如果存在峡懈，則 finally 代碼塊的代碼執(zhí)行完畢直接返回，否則會在 finally 代碼塊執(zhí)行完畢后与斤，將 catch 代碼中新產(chǎn)生的異常逮诲，向外拋出去。

而在極端情況下幽告，finally 代碼塊發(fā)生了異常，則此時(shí)會中斷 finally 代碼塊的執(zhí)行裆甩，直接將異常向外拋出冗锁。

2.3 異常捕獲的返回值

再回頭看看第一個(gè)問題，假如我們寫了一個(gè)方法嗤栓，其中的代碼被try-catch-finally包裹住進(jìn)行異常處理冻河，此時(shí)如果我們在多個(gè)地方都有 return 語句，最終誰的會被執(zhí)行茉帅？

如上圖所示叨叙，在完整的try-catch-finally語句中，finally 都是最后執(zhí)行的堪澎，假設(shè) finally 代碼塊中存在 return 語句擂错，則直接返回，它是優(yōu)先級最高的樱蛤。

一般我們不建議在 finally 代碼塊中添加 return 語句钮呀，因?yàn)檫@會破壞并阻止異常的拋出剑鞍，導(dǎo)致不宜排查的崩潰。

2.4 異常的類型

在 Java 中爽醋，所有的異常蚁署，其實(shí)都是一個(gè)個(gè)異常類，它們都是 Throwable 類或其子類的實(shí)例蚂四。

Throwable 有兩大子類光戈，Exception和Error。

Exception：表示程序可能需要捕獲并且處理的異常遂赠。

Error：表示當(dāng)觸發(fā) Error 時(shí)久妆，它的執(zhí)行狀態(tài)已經(jīng)無法恢復(fù)了，需要中止線程甚至是中止虛擬機(jī)解愤。這是不應(yīng)該被我們應(yīng)用程序所捕獲的異常镇饺。

通常，我們只需要捕獲 Exception 就可以了送讲。但 Exception 中奸笤，有一個(gè)特殊的子類 RuntimeException，即運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤哼鬓，它是在程序運(yùn)行時(shí)监右，動態(tài)出現(xiàn)的一些異常。比較常見的就是 NullPointerException异希、ArrayIndexOutOfBoundsException 等健盒。

Error 和 RuntimeException 都屬于非檢查異常（Unchecked Exception），與之相對的就是普通 Exception 這種屬于檢查異常（Checked Exception）称簿。

所有檢查異常都需要在程序中扣癣，用代碼顯式捕獲，或者在方法中用 throw 關(guān)鍵字顯式標(biāo)注憨降。其實(shí)意思很明顯父虑，要不你自己處理了，要不你拋出去讓別人處理授药。

這種檢查異常的機(jī)制士嚎，是在編譯期間進(jìn)行檢查的，所以如果不按此規(guī)范處理悔叽，在編譯器編譯代碼時(shí)莱衩，就會拋出異常。

2.5 異常處理的性能問題

對于異常處理的性能問題娇澎，其實(shí)是一個(gè)很有爭議的問題笨蚁，有人覺得異常處理是多做了一些工作，肯定對性能是有影響的。但是也有人覺得異常處理的影響赚窃，和增加一個(gè)if-else屬于同種量級册招，對性能的影響其實(shí)微乎其微，是在可以接受的范圍內(nèi)的勒极。

既然有爭議是掰，最簡單的辦法是寫個(gè) Demo 驗(yàn)證一下。當(dāng)然辱匿，我們這里是需要區(qū)分不同的情況键痛，然后根據(jù)解決對比的。

一個(gè)最簡單的 for 循環(huán) 100w 次匾七，在其中做一個(gè)a++的自增操作絮短。

A：無任何try-catch語句。

B：將a++包在try代碼塊中昨忆。

C：在try代碼塊中丁频，觸發(fā)一個(gè)異常。

就是一個(gè)簡單的 for 循環(huán)邑贴，就不貼代碼了席里，異常通過5/0這樣的運(yùn)算，觸發(fā)除數(shù)為 0 的 ArithmeticException 異常拢驾，并在 JDK 1.8 的環(huán)境下運(yùn)行奖磁。

為了避免影響采樣結(jié)果，每個(gè)例子都單獨(dú)運(yùn)行 10 遍之后繁疤，取平均值（單位納秒）

到這里基本上就可以得出結(jié)論了咖为，在沒有發(fā)生異常的情況下，try-catch 對性能的影響微乎其微稠腊。但是一旦發(fā)生異常躁染，性能上則是災(zāi)難性的。

因此架忌，我們應(yīng)該盡可能的避免通過異常來處理正常的邏輯檢查褐啡，這樣可以確保不會因?yàn)榘l(fā)生異常而導(dǎo)致性能問題。

至于為什么發(fā)生異常時(shí)鳖昌，性能差別會有如此之大，就需要從? Java 虛擬機(jī) JVM 的角度來分析了低飒，后面會詳細(xì)分析许昨。

2.6 異常處理無法覆蓋異步回調(diào)

try-catch-finally確實(shí)很好用，但是它并不能捕獲褥赊，異步回調(diào)中的異常糕档。try 語句里的方法，如果允許在另外一個(gè)線程中，其中拋出的異常速那，是無法在調(diào)用者這個(gè)線程中捕獲的俐银。

這一點(diǎn)在使用的過程中，需要特別注意端仰。

三捶惜、JVM 如何處理異常

3.1 JVM 異常處理概述

接下來我們從 JVM 的角度，分析 JVM 如何處理異常荔烧。

當(dāng)異常發(fā)生時(shí)吱七，異常實(shí)例的構(gòu)建，是非常消耗性能的鹤竭。這是由于在構(gòu)造異常實(shí)例時(shí)踊餐，Java 虛擬機(jī)需要生成該異常的異常棧（stack trace）。

異常棧會逐一訪問當(dāng)前線程的 Java 棧幀臀稚，以及各種調(diào)試信息吝岭。包括棧幀所指向的方法名，方法所在的類名吧寺、文件名以及在代碼中是第幾行觸發(fā)的異常窜管。

這些異常輸出到 Log 中，就是我們熟悉的崩潰日志（崩潰棧）撮执。

3.2 崩潰實(shí)例分析異常處理

當(dāng)把 Java 代碼編譯成字節(jié)碼后微峰，每個(gè)方法都會附帶一個(gè)異常表，其中記錄了當(dāng)前方法的異常處理抒钱。

下面直接舉個(gè)例子蜓肆，寫一個(gè)最簡單的try-catch類。

使用?javap -c?進(jìn)行反編譯成字節(jié)碼谋币。

可以看到仗扬，末尾的Exceptions Table就是異常表。異常表中的每一條記錄蕾额，都代表了一個(gè)異常處理器早芭。

異常處理器中，標(biāo)記了當(dāng)前異常監(jiān)控的起始诅蝶、結(jié)束代碼索引退个，和異常處理器的索引。其中 from 指針和 to 指針標(biāo)識了該異常處理器所監(jiān)控的代碼范圍调炬，target 指針則指向異常處理器的起始位置语盈，type 則為最后監(jiān)聽的異常。

例如上面的例子中缰泡，main 函數(shù)中存在異常表刀荒，Exception 的異常監(jiān)聽代碼范圍分別是 [0,8)（不包括 8），異常處理器的索引為 11。

繼續(xù)分析異常處理流程缠借，還需要區(qū)分是否命中異常干毅。

1.命中異常

當(dāng)程序發(fā)生異常時(shí)，Java 虛擬機(jī)會從上到下遍歷異常表中所有的記錄泼返。當(dāng)發(fā)現(xiàn)觸發(fā)異常的字節(jié)碼的索引值硝逢，在某個(gè)異常表中某個(gè)異常監(jiān)控的范圍內(nèi)。Java 虛擬機(jī)會判斷所拋出的異常和該條異常監(jiān)聽的異常類型符隙，是否匹配趴捅。如果能匹配上，Java 虛擬機(jī)會將控制流轉(zhuǎn)向至該此異常處理器的 target 索引指向的字節(jié)碼霹疫，這是命中異常的情況拱绑。

2.未命中異常

而如果遍歷完異常表中所有的異常處理器之后，仍未匹配到異常處理器丽蝎，那么它會彈出當(dāng)前方法對應(yīng)的 Java 棧幀猎拨。回到它的調(diào)用者屠阻，在其中重復(fù)此過程红省。

最壞的情況下浓恳，Java 虛擬機(jī)需要遍歷當(dāng)前線程 Java 棧上所有方法的異常表亭引。

3.3 編譯后的 finally 代碼塊

我們寫的代碼，其實(shí)終歸是給人讀的翠霍，但是編譯器干的事兒麻诀，都不是人事兒痕寓。它會把代碼做一些特殊的處理，只是為了讓自己更好解析和執(zhí)行蝇闭。

編譯器對 finally 代碼塊呻率，就是這樣處理的。在當(dāng)前版本的 Java 編譯器中呻引，會將 finally 代碼塊的內(nèi)容礼仗，復(fù)制幾份，分別放在所有可能執(zhí)行的代碼路徑的出口中逻悠。

寫個(gè) Demo 驗(yàn)證一下元践，代碼如下。

繼續(xù)?javap -c?反編譯成字節(jié)碼童谒。

這個(gè)例子中单旁，為了更清晰的看到 finally 代碼塊，我在其中輸出的一段 Log “run finally”惠啄。可以看到，編譯結(jié)果中撵渡，包含了三份 finally 代碼塊融柬。

其中，前兩份分別位于 try 代碼塊和 catch 代碼塊的正常執(zhí)行路徑出口趋距。最后一份則作為全局的異常處理器粒氧，監(jiān)控 try 代碼塊以及 catch 代碼塊。它將捕獲 try 代碼塊觸發(fā)并且未命中 catch 代碼塊捕獲的異常节腐，以及在 catch 代碼塊觸發(fā)的異常外盯。

而 finally 的代碼，如果出現(xiàn)異常翼雀，就不是當(dāng)前方法所能處理的了饱苟，會直接向外拋出。

3.4 異常表中的 any 是什么狼渊？

從上圖中可以看到箱熬，在異常表中，還存在兩個(gè) any 的信息狈邑。

第一個(gè)信息的 from 和 to 的范圍就是 try 代碼塊城须，等于是對 catch 遺漏異常的一種補(bǔ)充，表示會處理所有種類的異常米苹。

第二個(gè)信息的 from 和 to 的范圍糕伐，仔細(xì)看能看到它其實(shí)是 catch 代碼塊，這也正好印證了我們上面的結(jié)論蘸嘶，catch 代碼塊其實(shí)也被異常處理器監(jiān)控著良瞧。

只是如果命中了 any 之后，因?yàn)闆]有對應(yīng)的異常處理器亏较，會繼續(xù)向上拋出去莺褒，交由該方法的調(diào)用方法處理。

四雪情、總結(jié)

到這里我們就基本上講清楚了 Java 異常處理的所有內(nèi)容遵岩。

在日常開發(fā)當(dāng)中，應(yīng)該盡量避免使用異常處理的機(jī)制來處理業(yè)務(wù)邏輯巡通，例如很多代碼中尘执，類型轉(zhuǎn)換就使用try-catch來處理，其實(shí)是很不可取的宴凉。

異常捕獲對應(yīng)用程序的性能確實(shí)有影響誊锭，但也是分情況的。

一旦異常被拋出來弥锄，方法也就跟著 return 了丧靡，捕獲異常棧時(shí)會導(dǎo)致性能變得很慢蟆沫，尤其是調(diào)用棧比較深的時(shí)候。

但是從另一個(gè)角度來說温治，異常拋出時(shí)饭庞，基本上表明程序的錯(cuò)誤。應(yīng)用程序在大多數(shù)情況下熬荆，應(yīng)該是在沒有異常情況的環(huán)境下運(yùn)行的舟山。所以，異常情況應(yīng)該是少數(shù)情況卤恳，只要我們不濫用異常處理累盗，基本上不會影響正常處理的性能問題。

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