Java虚拟机处理异常的最佳方式
前言
欢迎来到UnderTheHood专栏。本专栏旨在让Java开发人员一瞥在运行Java程序底层的神秘机制。本月的文章继续讨论Java虚拟机的字节码指令集,方法是检查Java虚拟机处理异常抛出和捕获的方式,包括相关的字节码。本文不讨论finally条款-这是下个月的主题。后续文章将讨论字节码系列的其他成员。
下面话不多说了,来一起看看详细的介绍吧
Exceptions
Exceptions允许您顺利处理程序运行时发生的意外情况。要演示Java虚拟机处理异常的方式,请考虑一个名为NitPickyMath的类。它提供了对整数执行加法,减法,乘法,除法和余数的方法。NitPickyMath在溢出,下溢和被零除的条件下抛出已检查的异常。Java虚拟机将在整数除零上抛出一个ArithmeticException,但不会在溢出和下溢上抛出任何异常。方法抛出的异常定义如下:
classOverflowExceptionextendsException{ } classUnderflowExceptionextendsException{ } classDivideByZeroExceptionextendsException{ }
捕获和抛出异常的简单方法是remainder类的方法NitPickyMath:
staticintremainder(intdividend,intdivisor) throwsDivideByZeroException{ try{ returndividend%divisor; } catch(ArithmeticExceptione){ thrownewDivideByZeroException(); } }
该remainder方法仅在传递两个int参数时执行余数运算。如果余数运算的除数为零,则余数运算抛出一个ArithmeticException。这个方法捕获了这个ArithmeticException并抛出一个DivideByZeroException。
DivideByZeroException和ArithmeticException之间的差别是DivideByZeroException是一个检查异常,并且ArithmeticException是未经检查。因为ArithmeticException是非受检异常,所以方法不需要在throws子句中声明此异常,即使它可能会抛出它。任何属于Error或者RuntimeException子类的异常都是非受检异常。(ArithmeticException是RuntimeException的子类。)通过捕获ArithmeticException然后抛出DivideByZeroException,该remainder方法强制其客户端处理除零异常的可能性,通过捕获它或在自己的throws子句中声明DivideByZeroException。这是因为已检查的异常,例如DivideByZeroException,抛出方法必须由方法捕获或在方法的throws子句中声明。未经检查的异常(例如ArithmeticException,不需要在throws子句中捕获或声明)。
javac为该remainder方法生成以下字节码序列:
Themainbytecodesequenceforremainder:
0iload_0 //Pushlocalvariable0(argpassedasdivisor)
1iload_1 //Pushlocalvariable1(argpassedasdividend)
2irem //Popdivisor,popdividend,pushremainder
3ireturn //Returnintontopofstack(theremainder)
Thebytecodesequenceforthecatch(ArithmeticException)clause:
4pop //PopthereferencetotheArithmeticException
//becauseitisn'tusedbythiscatchclause.
5new#5
//Createandpushreferencetonewobjectofclass
//DivideByZeroException.
DivideByZeroException
8dup //Duplicatethereferencetothenew
//objectonthetopofthestackbecauseit
//mustbebothinitialized
//andthrown.Theinitializationwillconsume
//thecopyofthereferencecreatedbythedup.
9invokenonvirtual#9()V>
//CalltheconstructorfortheDivideByZeroException
//toinitializeit.Thisinstruction
//willpopthetopreferencetotheobject.
12athrow //PopthereferencetoaThrowableobject,inthis
//casetheDivideByZeroException,
//andthrowtheexception.
该remainder方法的字节码序列有两个独立的部分。第一部分是该方法的正常执行路径。这部分从pc偏移0到3。第二部分是catch子句,它从pc偏移4到12。
主字节码序列中的irem指令可能会抛出一个ArithmeticException。如果发生这种情况,Java虚拟机知道通过查找表中的异常来跳转到实现catch子句的字节码序列。捕获异常的每个方法都与一个异常表相关联,该异常表在类文件中与方法的字节码序列一起传递。每个try块捕获的每个异常在异常表中都有一个条目。每个条目都有四条信息:起点和终点,要跳转到的字节码序列中的pc偏移量,以及正被捕获的异常类的常量池索引。remainder类的NitPickyMath方法的异常表如下所示:
Exceptiontable:
from to targettype
0 4 4
上面的异常表指示从pc偏移0到3(包括0),表示ArithmeticException将被捕获的范围。在标签“to”下面的表中列出的是try块的端点值,它总是比捕获异常的最后一个pc偏移量多一。在这种情况下,端点值列为4,捕获到异常的最后一个pc偏移量为3。此范围(包括0到3)对应于在remainder的try块内实现代码的字节码序列。如果ArithmeticException在pc偏移量为0和3之间(包括0和3)之间抛出,则表中列出的"to"就是跳转到的pc偏移量。
如果在执行方法期间抛出异常,Java虚拟机将在异常表中搜索匹配的条目。如果当前程序计数器在条目指定的范围内,并且抛出的异常类是由条目指定的异常类(或者是指定异常类的子类),则异常表条目匹配。Java虚拟机按照条目在表中的显示顺序搜索异常表。找到第一个匹配项后,Java虚拟机会将程序计数器设置为新的pc偏移位置并继续执行。如果未找到匹配项,Java虚拟机将弹出当前堆栈帧并重新抛出相同的异常。当Java虚拟机弹出当前堆栈帧时,它有效地中止当前方法的执行并返回调用此方法的方法。但是,不是在前一个方法中继续正常执行,而是在该方法中抛出相同的异常,这会导致Java虚拟机经历搜索该方法的异常表的相同过程。
Java程序员可以使用throw语句抛出异常,例如remainder中的一个子句catch(ArithmeticException),其中一个DivideByZeroException创建并抛出。执行抛出的字节码如下表所示:
OPCODE | OPERAND(S) | DESCRIPTION |
---|---|---|
athrow | (none) | popsThrowableobjectreference,throwstheexception |
athrow指令从堆栈中弹出顶部字节,并且会认为它是一个Throwable子类的引用(或Throwable本身)。抛出的异常是弹出对象引用定义的类型。
PlayBall!:aJavavirtualmachinesimulation
下面的applet演示了一个执行一系列字节码的Java虚拟机。模拟中的字节码序列由javac生成。
类的playBall方法如下所示:
classBallextendsException{ } classPitcher{ privatestaticBallball=newBall(); staticvoidplayBall(){ inti=0; while(true){ try{ if(i%4==3){ throwball; } ++i; } catch(Ballb){ i=0; } } } }
javac为该playBall方法生成的字节码如下所示:
0iconst_0 //Pushconstant0
1istore_0 //Popintolocalvar0:inti=0;
//Thetryblockstartshere(seeexceptiontable,below).
2iload_0 //Pushlocalvar0
3iconst_4 //Pushconstant4
4irem //Calcremainderoftoptwooperands
5iconst_3 //Pushconstant3
6if_icmpne13 //Jumpifremaindernotequalto3:if(i%4==3){
//Pushthestaticfieldatconstantpoollocation#5,
//whichistheBallexceptionitchingtobethrown
9getstatic#5
12athrow //Heaveithome:throwball;
13iinc01 //Incrementtheintatlocalvar0by1:++i;
//Thetryblockendshere(seeexceptiontable,below).
16goto2 //jumpalwaysbackto2:while(true){}
//Thefollowingbytecodesimplementthecatchclause:
19pop //Poptheexceptionreferencebecauseitisunused
20iconst_0 //Pushconstant0
21istore_0 //Popintolocalvar0:i=0;
22goto2 //Jumpalwaysbackto2:while(true){}
Exceptiontable:
from to targettype
2 16 19
```
该playball方法永远循环。每四次循环,playball抛出Ball并抓住它,只是因为它很有趣。因为try块和catch子句都在无限循环中,所以乐趣永远不会停止。局部变量i从0开始,每次递增递增循环。当if语句出现true时,每次i等于3时都会发生Ball异常,抛出异常。
Java虚拟机检查异常表并发现确实存在适用的条目。条目的有效范围是2到15(包括两者),异常在pc偏移12处抛出。条目捕获的异常是类Ball,抛出的异常是类Ball。鉴于这种完美匹配,Java虚拟机将抛出的异常对象推送到堆栈,并继续在pc偏移19处执行catch子句,这里仅将inti重置为0,并且循环重新开始。
要驱动模拟,只需按“步骤”按钮。每次按下“Step”按钮都会使Java虚拟机执行一个字节码指令。要开始模拟,请按“重置”按钮。要使Java虚拟机重复执行字节码而不需要进一步操作,请按“运行”按钮。然后,Java虚拟机将执行字节码,直到按下“停止”按钮。applet底部的文本区域描述了要执行的下一条指令。快乐点击。
英文原文:https://www.javaworld.com/article/2076868/how-the-java-virtual-machine-handles-exceptions.html
总结
以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,谢谢大家对毛票票的支持。