前言

歡迎來到Under The Hood專欄。本專欄旨在讓Java開發(fā)人員一瞥在運(yùn)行Java程序底層的神秘機(jī)制。本月的文章繼續(xù)討論Java虛擬機(jī)的字節(jié)碼指令集，方法是檢查Java虛擬機(jī)處理異常拋出和捕獲的方式，包括相關(guān)的字節(jié)碼。本文不討論finally條款 - 這是下個(gè)月的主題。后續(xù)文章將討論字節(jié)碼系列的其他成員。

下面話不多說了，來一起看看詳細(xì)的介紹吧

Exceptions

Exceptions允許您順利處理程序運(yùn)行時(shí)發(fā)生的意外情況。要演示Java虛擬機(jī)處理異常的方式，請(qǐng)考慮一個(gè)名為NitPickyMath的類。它提供了對(duì)整數(shù)執(zhí)行加法，減法，乘法，除法和余數(shù)的方法。NitPickyMath在溢出，下溢和被零除的條件下拋出已檢查的異常。Java虛擬機(jī)將在整數(shù)除零上拋出一個(gè)ArithmeticException，但不會(huì)在溢出和下溢上拋出任何異常。方法拋出的異常定義如下：

class OverflowException extends Exception {
}
class UnderflowException extends Exception {
}
class DivideByZeroException extends Exception {
}

捕獲和拋出異常的簡(jiǎn)單方法是remainder類的方法NitPickyMath：

static int remainder(int dividend, int divisor)
 throws DivideByZeroException {
 try {
  return dividend % divisor;
 }
 catch (ArithmeticException e) {
  throw new DivideByZeroException();
 }
}

該remainder方法僅在傳遞兩個(gè)int參數(shù)時(shí)執(zhí)行余數(shù)運(yùn)算。如果余數(shù)運(yùn)算的除數(shù)為零，則余數(shù)運(yùn)算拋出一個(gè)ArithmeticException。這個(gè)方法捕獲了這個(gè)ArithmeticException并拋出一個(gè)DivideByZeroException。

DivideByZeroException和ArithmeticException之間的差別是DivideByZeroException是一個(gè)檢查異常，并且ArithmeticException是未經(jīng)檢查。因?yàn)锳rithmeticException是非受檢異常，所以方法不需要在throws子句中聲明此異常，即使它可能會(huì)拋出它。任何屬于Error或者RuntimeException子類的異常都是非受檢異常。（ArithmeticException是RuntimeException的子類。）通過捕獲ArithmeticException然后拋出DivideByZeroException，該remainder方法強(qiáng)制其客戶端處理除零異常的可能性，通過捕獲它或在自己的throws子句中聲明DivideByZeroException。這是因?yàn)橐褭z查的異常，例如DivideByZeroException，拋出方法必須由方法捕獲或在方法的throws子句中聲明。未經(jīng)檢查的異常（例如ArithmeticException，不需要在throws子句中捕獲或聲明）。

javac為該remainder方法生成以下字節(jié)碼序列：

The main bytecode sequence for remainder:
   0 iload_0               // Push local variable 0 (arg passed as divisor)
   1 iload_1               // Push local variable 1 (arg passed as dividend)
   2 irem                  // Pop divisor, pop dividend, push remainder
   3 ireturn               // Return int on top of stack (the remainder)
The bytecode sequence for the catch (ArithmeticException) clause:
   4 pop                   // Pop the reference to the ArithmeticException
                           // because it isn't used by this catch clause.
   5 new #5 <Class DivideByZeroException>
                       // Create and push reference to new object of class
                      // DivideByZeroException.
DivideByZeroException
   8 dup           // Duplicate the reference to the new
                           // object on the top of the stack because it
                           // must be both initialized
                        // and thrown. The initialization will consume
                       // the copy of the reference created by the dup.
   9 invokenonvirtual #9 <Method DivideByZeroException.<init>()V>
                      // Call the constructor for the DivideByZeroException
                      // to initialize it. This instruction
                     // will pop the top reference to the object.
  12 athrow          // Pop the reference to a Throwable object, in this
                           // case the DivideByZeroException,
                           // and throw the exception.

該remainder方法的字節(jié)碼序列有兩個(gè)獨(dú)立的部分。第一部分是該方法的正常執(zhí)行路徑。這部分從pc偏移0到3。第二部分是catch子句，它從pc偏移4到12。

主字節(jié)碼序列中的irem指令可能會(huì)拋出一個(gè)ArithmeticException。如果發(fā)生這種情況，Java虛擬機(jī)知道通過查找表中的異常來跳轉(zhuǎn)到實(shí)現(xiàn)catch子句的字節(jié)碼序列。捕獲異常的每個(gè)方法都與一個(gè)異常表相關(guān)聯(lián)，該異常表在類文件中與方法的字節(jié)碼序列一起傳遞。每個(gè)try塊捕獲的每個(gè)異常在異常表中都有一個(gè)條目。每個(gè)條目都有四條信息：起點(diǎn)和終點(diǎn)，要跳轉(zhuǎn)到的字節(jié)碼序列中的pc偏移量，以及正被捕獲的異常類的常量池索引。remainder類的NitPickyMath方法的異常表如下所示：

Exception table:
   from   to  target type
     0     4     4   <Class java.lang.ArithmeticException>

上面的異常表指示從pc偏移0到3（包括0），表示ArithmeticException將被捕獲的范圍。在標(biāo)簽“to”下面的表中列出的是try塊的端點(diǎn)值，它總是比捕獲異常的最后一個(gè)pc偏移量多一。在這種情況下，端點(diǎn)值列為4，捕獲到異常的最后一個(gè)pc偏移量為3。此范圍（包括0到3）對(duì)應(yīng)于在remainder的try塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)代碼的字節(jié)碼序列。如果ArithmeticException在pc偏移量為0和3之間（包括0和3）之間拋出，則表中列出的"to"就是跳轉(zhuǎn)到的pc偏移量。

如果在執(zhí)行方法期間拋出異常，Java虛擬機(jī)將在異常表中搜索匹配的條目。如果當(dāng)前程序計(jì)數(shù)器在條目指定的范圍內(nèi)，并且拋出的異常類是由條目指定的異常類（或者是指定異常類的子類），則異常表?xiàng)l目匹配。Java虛擬機(jī)按照條目在表中的顯示順序搜索異常表。找到第一個(gè)匹配項(xiàng)后，Java虛擬機(jī)會(huì)將程序計(jì)數(shù)器設(shè)置為新的pc偏移位置并繼續(xù)執(zhí)行。如果未找到匹配項(xiàng)，Java虛擬機(jī)將彈出當(dāng)前堆棧幀并重新拋出相同的異常。當(dāng)Java虛擬機(jī)彈出當(dāng)前堆棧幀時(shí)，它有效地中止當(dāng)前方法的執(zhí)行并返回調(diào)用此方法的方法。但是，不是在前一個(gè)方法中繼續(xù)正常執(zhí)行，而是在該方法中拋出相同的異常，這會(huì)導(dǎo)致Java虛擬機(jī)經(jīng)歷搜索該方法的異常表的相同過程。

Java程序員可以使用throw語句拋出異常，例如remainder中的一個(gè)子句catch（ArithmeticException），其中一個(gè) DivideByZeroException創(chuàng)建并拋出。執(zhí)行拋出的字節(jié)碼如下表所示：

athrow指令從堆棧中彈出頂部字節(jié)，并且會(huì)認(rèn)為它是一個(gè)Throwable子類的引用（或Throwable本身）。拋出的異常是彈出對(duì)象引用定義的類型。

Play Ball!: a Java virtual machine simulation

下面的applet演示了一個(gè)執(zhí)行一系列字節(jié)碼的Java虛擬機(jī)。模擬中的字節(jié)碼序列由javac生成。

類的playBall方法如下所示：

class Ball extends Exception {
}
class Pitcher {
 private static Ball ball = new Ball();
 static void playBall() {
  int i = 0;
  while (true) {
   try {
    if (i % 4 == 3) {
     throw ball;
    }
    ++i;
   }
   catch (Ball b) {
    i = 0;
   }
  }
 }
}

javac為該playBall方法生成的字節(jié)碼如下所示：

0 iconst_0             // Push constant 0
   1 istore_0         // Pop into local var 0: int i = 0;
           // The try block starts here (see exception table, below).
   2 iload_0              // Push local var 0
   3 iconst_4             // Push constant 4
   4 irem                 // Calc remainder of top two operands
   5 iconst_3             // Push constant 3
   6 if_icmpne 13    // Jump if remainder not equal to 3: if (i % 4 == 3) {
                    // Push the static field at constant pool location #5,
                   // which is the Ball exception itching to be thrown
   9 getstatic #5 <Field Pitcher.ball LBall;>
  12 athrow        // Heave it home: throw ball;
  13 iinc 0 1       // Increment the int at local var 0 by 1: ++i;
                    // The try block ends here (see exception table, below).
  16 goto 2               // jump always back to 2: while (true) {}
                          // The following bytecodes implement the catch clause:
  19 pop              // Pop the exception reference because it is unused
  20 iconst_0             // Push constant 0
  21 istore_0             // Pop into local var 0: i = 0;
  22 goto 2            // Jump always back to 2: while (true) {}
Exception table:
   from   to  target type
     2    16    19   <Class Ball>
     ```

該playball方法永遠(yuǎn)循環(huán)。每四次循環(huán)，playball拋出Ball并抓住它，只是因?yàn)樗苡腥ぁＲ驗(yàn)閠ry塊和catch子句都在無限循環(huán)中，所以樂趣永遠(yuǎn)不會(huì)停止。局部變量i從0開始，每次遞增遞增循環(huán)。當(dāng)if語句出現(xiàn)true時(shí)，每次i等于3 時(shí)都會(huì)發(fā)生Ball異常，拋出異常。

Java虛擬機(jī)檢查異常表并發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在適用的條目。條目的有效范圍是2到15（包括兩者），異常在pc偏移12處拋出。條目捕獲的異常是類Ball，拋出的異常是類Ball。鑒于這種完美匹配，Java虛擬機(jī)將拋出的異常對(duì)象推送到堆棧，并繼續(xù)在pc偏移19處執(zhí)行catch子句，這里僅將int i重置為0，并且循環(huán)重新開始。

要驅(qū)動(dòng)模擬，只需按“步驟”按鈕。每次按下“Step”按鈕都會(huì)使Java虛擬機(jī)執(zhí)行一個(gè)字節(jié)碼指令。要開始模擬，請(qǐng)按“重置”按鈕。要使Java虛擬機(jī)重復(fù)執(zhí)行字節(jié)碼而不需要進(jìn)一步操作，請(qǐng)按“運(yùn)行”按鈕。然后，Java虛擬機(jī)將執(zhí)行字節(jié)碼，直到按下“停止”按鈕。applet底部的文本區(qū)域描述了要執(zhí)行的下一條指令?？鞓伏c(diǎn)擊。

英文原文：https://www.javaworld.com/article/2076868/how-the-java-virtual-machine-handles-exceptions.html

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，謝謝大家對(duì)腳本之家的支持。

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