异常处理的两大组成要素是抛出异常和捕获异常。这两大要素共同实现程序控制流的非正常转移。
抛出异常可分为显式和隐式两种。显式抛异常的主体是应用程序,它指的是在程序中使用“throw”关键字,手动将异常实例抛出。隐式抛异常的主体则是 Java 虚拟机,它指的是 Java 虚拟机在执行过程中,碰到无法继续执行的异常状态,自动抛出异常。举例来说,Java 虚拟机在执行读取数组操作时,发现输入的索引值是负数,故而抛出数组索引越界异常(ArrayIndexOutOfBoundsException)。
在 Java 语言规范中,所有异常都是 Throwable 类或者其子类的实例。Throwable 有两大直接子类。第一个是 Error,涵盖程序不应捕获的异常。当程序触发 Error 时,它的执行状态已经无法恢复,需要中止线程甚至是中止虚拟机。第二子类则是 Exception,涵盖程序可能需要捕获并且处理的异常。
Exception 有一个特殊的子类 RuntimeException,用来表示“程序虽然无法继续执行,但是还能抢救一下”的情况。前边提到的数组索引越界便是其中的一种。RuntimeException 和 Error 属于 Java 里的非检查异常(unchecked exception)。其他异常则属于检查异常(checked exception)。在 Java 语法中,所有的检查异常都需要程序显式地捕获,或者在方法声明中用 throws 关键字标注。通常情况下,程序中自定义的异常应为检查异常,以便最大化利用 Java 编译器的编译时检查。
异常实例的构造十分昂贵。这是由于在构造异常实例时,Java 虚拟机便需要生成该异常的栈轨迹(stack trace)。该操作会逐一访问当前线程的 Java 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。
在编译生成的字节码中,每个方法都附带一个异常表。异常表中的每一个条目代表一个异常处理器,并且由 from 指针、to 指针、target 指针以及所捕获的异常类型构成。这些指针的值是字节码索引(bytecode index,bci),用以定位字节码。其中,from 指针和 to 指针标示了该异常处理器所监控的范围,例如 try 代码块所覆盖的范围。target 指针则指向异常处理器的起始位置,例如 catch 代码块的起始位置。
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
1:使用异常捕获的代码为什么比较耗费性能?
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。
2:finally是怎么实现无论异常与否都能被执行的?
这个事情是由编译器来实现的,现在的做法是这样的,编译器在编译Java代码时,会复制finally代码块的内容,然后分别放在try-catch代码块所有的正常执行路径及异常执行路径的出口中。
Java 的异常分为 Exception 和 Error 两种,而 Exception 又分为 RuntimeException 和其他类型。RuntimeException 和 Error 属于非检查异常。其他的 Exception 皆属于检查异常,在触发时需要显式捕获,或者在方法头用 throws 关键字声明。Java 字节码中,每个方法对应一个异常表。当程序触发异常时,Java 虚拟机将查找异常表,并依此决定需要将控制流转移至哪个异常处理器之中。Java 代码中的 catch 代码块和 finally 代码块都会生成异常表条目。