06 JVM 是如何處理異常的

在 JAVA 中，異常處理的方式主要是拋出異常和捕獲異常。這兩大要素共同實現程序控制流的非正常轉移。

拋出異常能夠分爲顯示和隱式兩種。顯示拋出異常的主體是應用程序，它指的是在程序中使用 throw 關鍵字，手動將異常實例拋出。隱式拋出異常的主題是 Java 虛擬機，它指的是 Java 虛擬機在執行過程當中，碰到沒法繼續執行的異常狀態，自動拋出異常。例如數組越界異常。

捕獲異常主要設計一下三種代碼塊： 1：try 代碼塊，用來標記須要進行異常監控的代碼。 2：catch 代碼塊，跟在 try 代碼塊以後，用來捕獲在 try 代碼塊中觸發的某種指定類型的異常。除了聲明所捕獲異常的類型以外，catch 代碼塊還定義了針對該異常類型的異常處理。在 Java 中，try 代碼塊後面能夠跟着多個 catch 代碼塊，來捕獲不一樣類型的異常。Java 虛擬機會自上而下匹配異常處理器，因此前面的 catch 代碼塊不能覆蓋後面的，不然編譯器報錯。 3：finally 代碼塊，跟在 catch 代碼塊以後，用來聲明一段一定運行的代碼。它的設計是爲了不跳過某些關鍵的清理代碼。好比關閉已經打開的系統資源。

在程序正常執行狀況下， finally 代碼塊會在 try 代碼塊以後運行。

若是 try 代碼塊觸發異常，異常沒有被捕獲的狀況下，finally 代碼塊會直接運行，並在運行結束後從新拋出異常。若是該異常被 catch 代碼塊捕獲，finally 代碼塊則會在 catch 代碼塊以後運行。在某些狀況下，catch 代碼塊也觸發了異常，那麼 finally 代碼一樣會執行，並拋出 catch 代碼塊觸發的異常。若是 finally 代碼塊也觸發了異常，那就中斷 finally 代碼塊，向上拋出異常。

異常的基本概念

在 Java 語言規範中，全部異常都是 Throwable 類或者其子類的實現。

Throwable 類有兩大直接子類。一個是 Error，涵蓋程序不該捕獲的異常。當程序觸發 Error 的時候，它的執行狀態已經沒法會發，須要終止線程甚至是終止虛擬機。一個是 Exception ，涵蓋程序可能須要捕獲而且處理的異常。

RuntimeException 是 Exception 的一個特殊子類，用來表示程序沒法繼續執行，可是還能搶救一下的狀況，數組越界即是其中一種。

RuntimeException 和 Error 屬於 Java 裏的非檢查異常。其餘異常則屬於檢查異常。在Java 語法中，全部的檢查異常都須要程序顯示地捕獲，或者在方法聲明中用 throws 關鍵字標註。一般狀況下，程序自定義的異常應爲檢查異常，以便最大化利用 Java 編譯器的編譯時檢查。

異常實例的構造十分昂貴。在構造異常實例時，Java 虛擬機須要生成該異常的棧軌跡。該曹組會逐一訪問當前線程的 Java 棧幀，而且記錄下各類調試信息，包括棧幀所指向的方法的名字，方法所在的類名，文件名，以及在代碼中的第幾行觸發該異常。在生成棧軌跡時，Java 虛擬機會忽略掉異常構造器以及填充棧幀的 Java 方法，直接重新建異常位置開始算起。此外，Java 虛擬機還會忽略標記爲不可見的 Java 方法棧幀。

異常實例的構造昂貴，可是卻沒有作緩存優化。若是作了緩存優化，那麼拋出的異常實例對應的棧軌跡並不是 throw 語句的位置了，而是第一次新建異常的位置。因此，爲了準確的定位到錯誤的位置，咱們每每選擇拋出新建異常實例。

Java 虛擬機是如何捕獲異常的

在編譯生成的字節碼中，每一個方法都附帶一個異常表，異常表中的每個條目表明一個異常處理器，而且由 form 指針，to 指針，target 指針以及所捕獲的異常類型構成。這些指針的值是字節碼索引，用來定位字節碼。

from 指針和 to 指針標示了該異常所監控的範圍：try 代碼塊所覆蓋的範圍。 target 指針標示了異常處理器的起始位置：catch 代碼塊的起始位置。

當程序處罰異常時，Java 虛擬機會從上至下遍歷異常表中的全部條目。當觸發異常的字節碼索引值在某個異常表條目的監控範圍內，Java 虛擬機再判斷所拋出的異常和該條目想要捕獲的異常是否匹配。若是匹配，Java 虛擬機會將控制流轉移至該條目 target 指針指向的字節碼。

若是遍歷完異常表的條目不曾匹配到異常處理器，那麼它會彈出當前方法對應的 Java 棧幀，而且在調用者中重複上述操做。

finally 代碼塊的編譯比較複雜。當前版本 Java 編譯器的作法：複製 finally 代碼塊內容，分別放在 try-catch 代碼塊全部正常執行路徑以及異常執行路徑的出口中。

針對異常執行路徑，Java 編譯器會生成一個(上圖變種2)或者多個(上圖變種1)異常表條目，監控整個 try-catch 代碼塊，而且捕獲全部種類的異常。這些異常表條目的 target 指針將指向另外一份複製的 finally 代碼塊(上圖變種1，變種2 中紅色 finally block)，而且從新拋出捕獲的異常。

問題：若是 catch 代碼塊捕獲了異常，而且觸發了另外一個異常，那麼 finally 捕獲而且重拋的異常是 catch 代碼塊觸發的新的異常，本來的異常就被忽略了。這對代碼調試來講，就不友好了。

Java 7 中引出了 Supressed 異常來解決上面的問題。這個新特性容許開發人員將一個異常附在另外一個異常上，這樣拋出的異常就能夠附帶多個異常的信息。

問答

Q：爲何使用異常捕獲的代碼比較耗費性能

單從 Java 語法上看不出來，可是從 JVM 實現的細節上來看就明白了。構造異常實例，須要生成該異常的棧軌跡。該操做會逐一訪問當前線程的棧幀，記錄各類調試信息，包括類名，方法名，觸發異常的代碼行數等等。

Q：finally 是怎麼實現不管異常與否都能執行

編譯器在編譯代碼時會複製 finally 代碼塊放在 try-catch 代碼塊全部正常執行路徑以及異常執行路徑的出口處。

Q：finally 中有 ruturn 語句，catch 中拋出的異常會被忽略，爲何

catch 拋出的異常會被 finally 捕獲，執行完 finally 後會從新拋出該異常。因爲 finally 中有 return 語句，在從新拋出異常以前，代碼就已經返回了。

Q：方法的異常表都包含哪些異常

方法的異常表只聲明這段代碼會被捕獲的異常，並且是非檢查異常。若是 catch 中有自定義異常，那麼異常表中也會包含自定義異常的條目。

Q：檢查異常和非檢查異常也就是其餘書籍中說的編譯期異常和運行時異常？

檢查異常也會在運行過程當中拋出。可是它會要求編譯器檢查代碼有沒有顯式地處理該異常。非檢查異常包括Error和RuntimeException，這兩個則不要求編譯器顯式處理。

總結

本文創做靈感來源於 極客時間 鄭雨迪老師的《深刻拆解 Java 虛擬機》課程，經過課後反思以及借鑑各位學友的發言總結，現整理出本身的知識架構，以便往後溫故知新，查漏補缺。

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原文出處：https://www.cnblogs.com/yuepenglei/p/10290161.html