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JVM中的异常处理

欢迎来到“Under The Hood”第六期。本期我们介绍JVM处理异常的方式,包括如何抛出和捕获异常及相关的字节码指令。但本文不会讨论finally子句,这是下期的主题。你可能需要阅读往期的文章才能更好的理解本文。

异常处理

在程序运行时,异常让你可以平滑的处理意外状况。为了演示JVM处理异常的方式,考虑NitPickyMath类,它提供对整数进行加,减,乘,除以及取余的操作。

NitPickyMath提供的这些操作和Java语言的“+”,“-”,“*”,“/”和“%”是一样的,除了NitPickyMath中的方法在以下情况下会抛出检查型(checked)异常:上溢出,下溢出以及被0除。0做除数时,JVM会抛出ArithmeticException异常,但是上溢出和下溢出不会引发任何异常。NitPickyMath中抛出异常的方法定义如下:

  1. class OverflowException extends Exception {
  2. }
  3. class UnderflowException extends Exception {
  4. }
  5. class DivideByZeroException extends Exception {
  6. }

NitPickyMath类中的remainder()方法就是一个抛出和捕获异常的简单方法。

  1. static int remainder(int dividend, int divisor)
  2.     throws DivideByZeroException {
  3.     try {
  4.         return dividend % divisor;
  5.     }
  6.     catch (ArithmeticException e) {
  7.         throw new DivideByZeroException();
  8.     }
  9. }

remainder()方法,只是简单的对当作参数传递进来的2个整数进行取余操作。如果取余操作的除数是0,会引发ArithmeticException异常。remainder()方法捕获这个异常,并重新抛出DivideByZeroException异常。

DivideByZeroException和ArithmeticException的区别是,DivideByZeroException是检查型(checked)异常,而ArithmeticException是非检查(unchecked)型异常。由于ArithmeticException是非检查型异常,一个方法就算会抛出该异常,也不必在其throw子句中声明它。任何Error或RuntimeException异常的子类异常都是非检查型异常。(ArithmeticException就是RuntimeException的子类。)通过捕获ArithmeticException和抛出DivideByZeroException,remainder()方法强迫它的调用者去处理除数为0的可能性,要么捕获它,要么在其throw子句中声明DivideByZeroException异常。这是因为,像DivideByZeroException这种在方法中抛出的检查型异常,要么在方法中捕获,要么在其throw子句中声明,二者必选其一。而像ArithmeticException这种非检查型异常,就不需要去显式捕获和声明。

javac为remainder()方法生成的字节码序列如下:

  1. // The main bytecode sequence for remainder:
  2. 0 iload_0               // Push local variable 0 (arg passed as divisor)
  3. 1 iload_1               // Push local variable 1 (arg passed as dividend)
  4. 2 irem                  // Pop divisor, pop dividend, push remainder
  5. 3 ireturn               // Return int on top of stack (the remainder)
  6. // The bytecode sequence for the catch (ArithmeticException) clause:
  7. 4 pop                   // Pop the reference to the ArithmeticException
  8.                         // because it is not used by this catch clause.
  9. 5 new #5 < Class DivideByZeroException >
  10.                         // Create and push reference to new object of class
  11.                         // DivideByZeroException.
  12. 8 dup                   // Duplicate the reference to the new
  13.                         // object on the top of the stack because it
  14.                         // must be both initialized
  15.                         // and thrown. The initialization will consume
  16.                         // the copy of the reference created by the dup.
  17. 9 invokenonvirtual #9 < Method DivideByZeroException.< init >()V >
  18.                         // Call the constructor for the DivideByZeroException
  19.                         // to initialize it. This instruction
  20.                         // will pop the top reference to the object.
  21. 12 athrow               // Pop the reference to a Throwable object, in this
  22.                         // case the DivideByZeroException,
  23.                         // and throw the exception.

remainder()方法的字节码有2个单独的部分。第一部分是该方法的正常执行路径,这部分从第0行开始,到第3行结束。第二部分是从第4行开始,到12行结束的catch子句。

主字节码序列中的irem指令可能会抛出ArithmeticException异常。如果异常发生了,JVM通过在异常表中查找匹配的异常,它会知道要跳转到相应的异常处理的catch子句的字节码序列部分。每个捕获异常的方法,都跟类文件中与方法字节码一起交付的异常表关联。每一个捕获异常的try块,都是异常表中的一行。每行4条信息:开始行号(from)和结束行号(to),要跳转的字节码序列行号(target),被捕获的异常类的常量池索引(type)。remainder()方法的异常表如下所示:

FROM
TO
TARGET
TYPE
0 4 4 < Class java.lang.ArithmeticException >

上面的异常表表明,行号1到3范围内,ArithmeticException将被捕获。异常表中的“to”下面的结束行号始终比异常捕获的最大行号大1,上表中,结束行号为4,而异常捕获的最大行号是3。行号0到3的字节码序列对应remainder()方法中的try块。“target”列中,是行0到3的字节码发生ArithmeticException异常时要跳转到的目标行号。

如果方法执行过程中产生了异常,JVM会在异常表中查找匹配行。异常表中的匹配行要符合下面的条件:当前pc寄存器的值要在该行的表示范围之内,[from, to),且产生的异常是该行所指定的异常类或其子类。JVM按从上到下的次序查找异常表。当找到了第一个匹配行,JVM把pc寄存器设为新的跳转行号,从此行继续往下执行。如果找不到匹配行,JVM弹出当前栈帧,并重新抛出同一个异常。当JVM弹出当前栈帧时,它会终止当前方法的执行,返回到调用该方法的上一个方法那里。这时,在上一个方法里,并不会继续正常的执行过程,而是抛出同样的异常,促使JVM重新查找该方法的异常表。

Java程序员可以用throw语句抛出像remainder()方法的catch子句中的异常,DivideByZeroException。下表列出了抛出异常的字节码:

OPCODE
OPERAND(S)
DESCRIPTION
athrow (none) pops Throwable object reference, throws the exception

athrow指令把栈顶元素弹出,该元素必须是Throwable的子类或其自身的对象引用,而抛出的异常类型由栈顶弹出的对象引用所指明。

本文译自:How the Java virtual machine handles exceptions

本文出自:码农合作社 》JVM中的异常处理,转载请注明。

posted on 2014-06-02 03:54 Rolandz 阅读(2722) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: 编程实践


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