JVM 對Java異常的處理原理

最初我們用 Java 寫 JSP 的時候，幾乎可以不觸及異常，因爲 Servlet 容器會把 API 拋出的異常包裝成 ServletException 丟給容器去處理。再後來應用分層，代碼中要處理的異常便多了，一般會轉換成自定義的業務異常類，用 try-catch-throw customerException-finally。再到如今各種框架日臻成熟，代碼中顯式的異常處理又漸漸少了些，藉助於 AOP 橫行，異常對業務的影響描述被移入到了配置文件中了，例如，事物處理、權限的控制等。

這頗有些像手機的發展，當通信技術不甚發達的時候，手裏抓的是磚頭，信號是模擬的。後來慢慢瘦身成兩三根手指大小，甚至是就一支筆似的，可如今信息量大了，屏幕要大，再配上 QWERT 鍵盤，機身自然就肥碩了。

當然與手機的個頭變遷略有不同的是，任憑你怎麼對待 Java 中異常，切入 AOP 也好，在 JVM 中處理異常的內在機制始終未變。

說到 Java 異常，無外乎就是 try、catch、finally、throw、throws 這麼幾個關鍵字，這些個的用法是沒必要在這裏講了。我們這裏主要關鍵一下 catch 和 finally 是如何在編譯後的 class 字節碼中的。

異常的拋出與捕獲，Catch 子句的表現，來看看一段 Java 代碼及生成的相應字節碼指令。

package
 com.unmi;

import
 java.io.UnsupportedEncodingException;

public
 class
 AboutCatch {

    public
 static
 void
 main(String[] args){
        try
 {
            transfer("JVM 對 Java 異常的處理"
,"gbk"
);
        } catch
 (Exception e) {
            //e.printStackTrace();
        }
    }

    //字符集轉換的方法
    public
 static
 void
 transfer(String src, String charset)
            throws
 Exception{
        String result = ""
;
        try
{
            //這行代碼可能會拋出空指針，不支持的字符集，數組越界的異常
            result = new
 String(src.getBytes(),0
,10
,charset);
        }catch
(NullPointerException ne){
            System.out.println("捕獲到異常 ArithemticExcetipn"
);
            throw
 ne;
        }catch
(UnsupportedEncodingException uee){
            System.out.println("捕獲到異常 UnsupportedEncodingException"
);
            throw
 uee;
        }catch
(Exception ex){ //比如數組越界時在這裏可捕獲到
            System.out.println("捕獲到異常 Exception"
);
            throw
 ex;
        }
        System.out.println(result);
    }
}

package com.unmi; import java.io.UnsupportedEncodingException; public class AboutCatch { public static void main(String[] args){ try { transfer("JVM 對 Java 異常的處理","gbk"); } catch (Exception e) { //e.printStackTrace(); } } //字符集轉換的方法 public static void transfer(String src, String charset) throws Exception{ String result = ""; try{ //這行代碼可能會拋出空指針，不支持的字符集，數組越界的異常 result = new String(src.getBytes(),0,10,charset); }catch(NullPointerException ne){ System.out.println("捕獲到異常 ArithemticExcetipn"); throw ne; }catch(UnsupportedEncodingException uee){ System.out.println("捕獲到異常 UnsupportedEncodingException"); throw uee; }catch(Exception ex){ //比如數組越界時在這裏可捕獲到 System.out.println("捕獲到異常 Exception"); throw ex; } System.out.println(result); } }

來看看上面代碼中的 transfer() 方法相應的字節碼指令，編譯器是 Eclipse 3.3.2 的，它所用的 JDK 是 1.6.0_06，編譯兼容級別設置爲 6.0。用命令 javap -c com.unmi.AboutCatch 在 Dos 窗口中就能輸出：

public static void transfer(java.lang.String, java.lang.String)   throws java.lang.Exception;
  Code:
   0:   ldc     #30; //String
   2:   astore_2
   3:   new     #32; //class java/lang/String
   6:   dup
   7:   aload_0
   8:   invokevirtual   #34; //Method java/lang/String.getBytes:()[B
   11:  iconst_0
   12:  bipush  10
   14:  aload_1
   15:  invokespecial   #38; //Method java/lang/String."<init>":([BIILjava/lang/String;)V
   18:  astore_2
   19:  goto    55  //依據異常表執行完異常處理塊後，再回到這裏，然後 goto 到 55 號指令繼續執行
   22:  astore_3
   23:  getstatic       #41; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   26:  ldc     #47; //String 捕獲到異常 ArithemticExcetipn
   28:  invokevirtual   #49; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
   31:  aload_3
   32:  athrow    //拋出 ArthemticException 異常
   33:  astore_3
   34:  getstatic       #41; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   37:  ldc     #55; //String 捕獲到異常 UnsupportedEncodingException
   39:  invokevirtual   #49; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
   42:  aload_3
   43:  athrow    //拋出 UnsupportedEncodingException 異常
   44:  astore_3
   45:  getstatic       #41; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   48:  ldc     #57; //String 捕獲到異常 Exception
   50:  invokevirtual   #49; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
   53:  aload_3
   54:  athrow   //拋出 Exception 異常
   55:  getstatic       #41; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   58:  aload_2
   59:  invokevirtual   #49; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
   62:  return
  Exception table:  //這下面是一個異常表，所以異常不像普通代碼那樣是靠 goto 語句來跳轉的
   from   to  target type
     //0-19 號指令中，碰到 NullPointerException時，跳到 22 號指令
     3    19    22   Class java/lang/NullPointerException

 

     //0-19 號指令中，碰到 UnsupportedEncodingException 時，跳到 33 號指令 
     3    19    33   Class java/io/UnsupportedEncodingException

     //0-19 號指令中，碰到 NullPointerException時，跳到 44 號指令
     3    19    44   Class java/lang/Exception

說明：

對於上面的程序，我們可以用下面代碼來調用看看輸出

1) transfer("JVM 對 Java 異常的處理","gbk");  //正常
2) transfer(null, "gbk");                                         //空指針異常
3) transfer("JVM 對","gbk");                               //數組越界異常
4) transfer("JVM 對","gbk-1");                            //不支持的字符集異常

最後可以把代碼中的
catch(Exception ex){ //比如數組越界時在這裏可捕獲到
   System.out.println("捕獲到異常 Exception");
   throw ex;
  }

或是 main() 方法寫成

 public static void main(String[] args) throws Exception{
  transfer("JVM 對 Java 異常的處理","gbk");
 }

來試試，異常一直未得到處理對 JVM 的影響

字節碼中，紅色部分是我加上去的註釋，着重描了要關注的地方，其他的出入棧、方法調用的指令可不予以理會，關鍵是隻要知曉有一個異常表的存在，try 的範圍就是體現在異常錶行記錄的起點和終點。JVM 在 try 住的代碼區間內如有異常拋出的話，就會在當前棧楨的異常表中，找到匹配類型的異常記錄的入口指令號，然後跳到該指令處執行。異常指令塊執行完後，再回來繼 續執行後面的代碼。JVM 按照每個入口在表中出現的順序進行檢索，如果沒有發現匹配的項，JVM 將當前棧幀從棧中彈出，再次拋出同樣的異常。當 JVM 彈出當前棧幀時，JVM 馬上終止當前方法的執行，並且返回到調用本方法的方法中，但是並非繼續正常執行該方法，而是在該方法中拋出同樣的異常，這就使得 JVM 在該方法中再次執行同樣的搜尋異常表的操作。

上面那樣的內層方法無法處理異常的層層向外拋，層層壓棧，這樣就形成一個異常棧。異常棧十分有利於我們透析問題之所在，例如 e.printStackTrace(); 或者帶參數的 e.printStackTrace(); 方法可將異常棧信息定向輸出到他處，還有 log4j 的 log.error(Throwable) 也有此功效。若是在行徑的哪層有能力處理該異常則已，否則直至 JVM，直接造成 JVM 崩潰掉。例如當 main() 方法也把異常拋了出去，JVM 此刻也就到了生命的盡頭。