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android-notes/blogs/Java/异常.md

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6 years ago
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异常
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#### 目录
1. 思维导图
2. 概述
3. 异常处理
4. 实现原理
6 years ago
5. Supressed 异常以及语法糖
6. 参考
6 years ago
#### 思维导图
6 years ago
![](https://i.loli.net/2019/01/29/5c5064b27d2b7.png)
6 years ago
#### 概述
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。第二个是 Exception,涵盖程序可能需要捕获并且处理的异常。Exception 又可以分为受检异常和非受检异常,受检异常是指需要显式捕获或声明的异常,非受检异常则是指 RuntimeException。
![](https://i.loli.net/2019/01/27/5c4da2c221a34.png)
#### 异常处理
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
抛出异常可以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。通常都是运行时异常。
##### 捕获异常
捕获异常设计 try-catch-final 语句块。
try 代码块用来标记需要进行异常监控的代码,catch 代码块跟在 try 代码块之后,用来捕获 try 代码块中触发的某种指定类型的异常。除了声明所捕获异常的类型之外,catch 代码块还定义了针对该异常类型的异常处理器。在 Java 中,try 代码块后面可以跟着多个 catch 代码块,来捕获不同类型的异常。Java 虚拟机会从上到下匹配异常处理器。因此,前面的 catch 代码块所捕获的异常类型不能覆盖后面的,否则编译器会报错。finally 代码块,跟在 catch 代码块之后,用来声明一段必定运行的代码。它的设计初衷是为了避免跳过某些关键的清理代码,例如关闭已打开的系统资源。
在某些不幸的情况下,catch 代码块也触发了异常,那么 finally 代码块同样会运行,并会抛出 catch 代码块触发的异常。在某些极端不幸的情况下,finally 代码块也触发了异常,那么只好中断当前 finally 代码块的执行,并往外抛异常。
#### 实现原理
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。
6 years ago
当然,在生成栈轨迹时,Java 虚拟机会忽略掉异常处理器以及填充栈帧的 Java 方法(Throwable.fillInStackTrace),直接从新建异常位置开始算起。
这里遍历堆栈的时候,并不用担心 inline 代码消除等编译优化对错误堆栈和代码对不上的情况,所以也就不需要先去优化之后在遍历。即时编译器生成的代码会保存原始的栈信息,以便去优化时能够复原,fillStackTrace 也会读取这些信息的,所以不需要去优化之后在 fill。
6 years ago
那么 Java 虚拟机是如何捕获异常的?
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,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指控的范围,即 try 代码块所覆盖的范围。target 指针则指向异常处理器的初始位置,例如 catch 代码块的起始位置。
当程序触发异常时,Java 虚拟机会从上至下遍历异常表中的所有条目。当触发异常的字节码的索引值在某个异常表条目的监控范围内,Java 虚拟机会判断所抛出的异常和该条目想要捕获的异常是否匹配。Java 虚拟机会将控制流转移至该条目 target 指针指向的字节码。
6 years ago
如果遍历完所有异常表条目,Java 虚拟机仍未匹配到异常处理器,那么它会弹出当前方法对应的 Java 栈帧,并且在调用者中重复上述操作。在最坏的情况下,Java 虚拟机需要遍历当前线程 Java 栈上所有方法的异常表。
finally 代码块的编译比较复杂,当前版本 Java 编译器的做法,是复制 finally 代码块的内容,分别放在 try-catch 代码块所有正常执行路径以及异常执行路径的出口中。
![](https://i.loli.net/2019/01/29/5c5059fb5251e.png)
针对异常执行路径,Java 编译器会生成一个或多个异常表条目,监控整个 try-catch 代码块,并且捕获所有种类的异常。这些异常表条目的 target 指针将指向另一份复制的 finally 代码块。并且,在这个 finally 代码块的最后,Java 编译器会重新抛出所捕获的异常。
如果 catch 代码块捕获了异常,并且触发了另外一个异常,那么 finally 捕获并重抛的异常是哪个呢?答案是后者,也就是说原本的异常便会被忽略掉,这对于代码调试来说十分不利。
#### Supressed 异常以及语法糖
Java 7 引入了 Supressed 异常来解决这个问题,这个新特性允许开发人员将一个异常附于另一个异常之上。因此,抛出的异常可以附带多个异常的信息。
然鹅,Java 层面的 finally 代码块缺少指向所捕获异常的引用,所以这个新特性使用起来非常繁琐。
为此,Java 7 专门构造了一个名为 try-with-resources 的语法糖,在字节码层面自动使用 Supressed 异常。当然,该语法糖的主要目的并不是使用 Supressed 异常,而是精简资源打开关闭。
在 Java 7 之前,对于打开的资源,我们需要定义一个 finally 代码块,来确保该资源在正常或者异常执行状态情况下都能关闭。
资源的关闭操作本身容易触发异常。因此,如果同时打开多个资源,那么每一个资源都要对应一个独立的 try-finally 代码块,以保证每个资源都能关闭。这样一来,代码将会变得十分繁琐。
Java 7 的 try-with-resources 语法糖,极大的简化了上诉代码。程序可以在 try 关键字后声明并实例化实现了 AutoCloseable 接口的类,编译器将自动添加对应的 close 操作。在声明多个 AutoCloseable 实例的情况下,编译生成的字节码类似于上面手工编写代码的编译结果。与手工代码相比,try-with-resources 还会使用 Supressed 异常的功能,来避免原异常 “被消失”。
```java
public class Foo implements AutoCloseable {
private String name;
public Foo(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void close() throws Exception {
throw new RuntimeException(name);
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
try (
Foo foo0 = new Foo("Foo0");
Foo foo1 = new Foo("Foo1");
Foo foo2 = new Foo("Foo2")
) {
throw new RuntimeException("");
}
}
}
//输出:
Exception in thread "main" java.lang.RuntimeException:
at annotation.Foo.main(Foo.java:21)
Suppressed: java.lang.RuntimeException: Foo2
at annotation.Foo.close(Foo.java:12)
at annotation.Foo.$closeResource(Foo.java:22)
at annotation.Foo.main(Foo.java:22)
Suppressed: java.lang.RuntimeException: Foo1
at annotation.Foo.close(Foo.java:12)
at annotation.Foo.$closeResource(Foo.java:22)
at annotation.Foo.main(Foo.java:22)
Suppressed: java.lang.RuntimeException: Foo0
at annotation.Foo.close(Foo.java:12)
at annotation.Foo.$closeResource(Foo.java:22)
at annotation.Foo.main(Foo.java:22)
Process finished with exit code 1
```
除了 try-with-resources 语法糖之外,Java 7 还支持在同一个 catch 代码块中捕获多种异常。实际实现非常简单,生成多个异常表条目即可。
```java
// 在同一 catch 代码块中捕获多种异常
try {
...
} catch (SomeException | OtherException e) {
...
}
```
6 years ago
#### 参考
6 years ago
[JVM是如何处理异常的?](https://time.geekbang.org/column/article/12134)
[try-with-resources 的理解](https://www.jianshu.com/p/08d03356ff8a)