JVM 对Java异常的处理原理

最初我们用 Java 写 JSP 的时候，几乎可以不触及异常，因为 Servlet 容器会把 API 抛出的异常包装成
ServletException 丢给容器去处理。再后来应用分层，代码中要处理的异常便多了，一般会转换成自定义的业务异常类，用
try-catch-throw
customerException-finally。再到如今各种框架日臻成熟，代码中显式的异常处理又渐渐少了些，借助于 AOP
横行，异常对业务的影响描述被移入到了配置文件中了，例如，事物处理、权限的控制等。

这颇有些像手机的发展，当通信技术不甚发达的时候，手里抓的是砖头，信号是模拟的。后来慢慢瘦身成两三根手指大小，甚至是就一支笔似的，可如今信息量大了，屏幕要大，再配上 QWERT 键盘，机身自然就肥硕了。

当然与手机的个头变迁略有不同的是，任凭你怎么对待 Java 中异常，切入 AOP 也好，在 JVM 中处理异常的内在机制始终未变。

说到 Java 异常，无外乎就是 try、catch、finally、throw、throws 这么几个关键字，这些个的用法是没必要在这里讲了。我们这里主要关键一下 catch 和 finally 是如何在编译后的 class 字节码中的。

异常的抛出与捕获，Catch 子句的表现，来看看一段 Java 代码及生成的相应字节码指令。

package
com.unmi;

import
java.io.UnsupportedEncodingException;

public
class
AboutCatch {

public
static
void
main(String[] args){

try
{

transfer("JVM 对 Java 异常的处理"
,"gbk"
);

} catch
(Exception e) {

//e.printStackTrace();

}

}

//字符集转换的方法

public
static
void
transfer(String src, String charset)

throws
Exception{

String result = ""
;

try
{

//这行代码可能会抛出空指针，不支持的字符集，数组越界的异常

result = new
String(src.getBytes(),0
,10
,charset);

}catch
(NullPointerException ne){

System.out.println("捕获到异常 ArithemticExcetipn"
);

throw
ne;

}catch
(UnsupportedEncodingException uee){

System.out.println("捕获到异常 UnsupportedEncodingException"
);

throw
uee;

}catch
(Exception ex){ //比如数组越界时在这里可捕获到

System.out.println("捕获到异常 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 对 Java 异常的处理","gbk");
} catch (Exception e) {
//e.printStackTrace();
}
}
//字符集转换的方法
public static void transfer(String src, String charset)
throws Exception{
String result = "";
try{
//这行代码可能会抛出空指针，不支持的字符集，数组越界的异常
result = new String(src.getBytes(),0,10,charset);
}catch(NullPointerException ne){
System.out.println("捕获到异常 ArithemticExcetipn");
throw ne;
}catch(UnsupportedEncodingException uee){
System.out.println("捕获到异常 UnsupportedEncodingException");
throw uee;
}catch(Exception ex){ //比如数组越界时在这里可捕获到
System.out.println("捕获到异常 Exception");
throw ex;
}
System.out.println(result);
}
}

来看看上面代码中的 transfer() 方法相应的字节码指令，编译器是 Eclipse 3.3.2 的，它所用的 JDK 是
1.6.0_06，编译兼容级别设置为 6.0。用命令 javap -c com.unmi.AboutCatch 在 Dos 窗口中就能输出：

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 //依据异常表执行完异常处理块后，再回到这里，然后 goto 到 55 号指令继续执行

22: astore_3

23: getstatic #41; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

26: ldc #47; //String 捕获到异常 ArithemticExcetipn

28: invokevirtual #49; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V

31: aload_3

32: athrow //抛出 ArthemticException 异常

33: astore_3

34: getstatic #41; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

37: ldc #55; //String 捕获到异常 UnsupportedEncodingException

39: invokevirtual #49; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V

42: aload_3

43: athrow //抛出 UnsupportedEncodingException 异常

44: astore_3

45: getstatic #41; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

48: ldc #57; //String 捕获到异常 Exception

50: invokevirtual #49; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V

53: aload_3

54: athrow //抛出 Exception 异常

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: //这下面是一个异常表，所以异常不像普通代码那样是靠 goto 语句来跳转的

from to target type

//0-19 号指令中，碰到 NullPointerException时，跳到 22 号指令

3 19 22 Class java/lang/NullPointerException

//0-19 号指令中，碰到 UnsupportedEncodingException 时，跳到 33 号指令

3 19 33 Class java/io/UnsupportedEncodingException

//0-19 号指令中，碰到 NullPointerException时，跳到 44 号指令

3 19 44 Class java/lang/Exception

说明：

对于上面的程序，我们可以用下面代码来调用看看输出

1) transfer("JVM 对 Java 异常的处理","gbk"); //正常

2) transfer(null, "gbk"); //空指针异常

3) transfer("JVM 对","gbk"); //数组越界异常

4) transfer("JVM 对","gbk-1"); //不支持的字符集异常

最后可以把代码中的

catch(Exception ex){ //比如数组越界时在这里可捕获到

System.out.println("捕获到异常 Exception");

throw ex;

}

或是 main() 方法写成

public static void main(String[] args) throws Exception{

transfer("JVM 对 Java 异常的处理","gbk");

}

来试试，异常一直未得到处理对 JVM 的影响

字节码中，红色部分是我加上去的注释，着重描了要关注的地方，其他的出入栈、方法调用的指令可不予以理会，关键是只要知晓有一个异常表的存在，try
的范围就是体现在异常表行记录的起点和终点。JVM 在 try
住的代码区间内如有异常抛出的话，就会在当前栈桢的异常表中，找到匹配类型的异常记录的入口指令号，然后跳到该指令处执行。异常指令块执行完后，再回来继
续执行后面的代码。JVM 按照每个入口在表中出现的顺序进行检索，如果没有发现匹配的项，JVM 将当前栈帧从栈中弹出，再次抛出同样的异常。当
JVM 弹出当前栈帧时，JVM
马上终止当前方法的执行，并且返回到调用本方法的方法中，但是并非继续正常执行该方法，而是在该方法中抛出同样的异常，这就使得 JVM
在该方法中再次执行同样的搜寻异常表的操作。

上面那样的内层方法无法处理异常的层层向外抛，层层压栈，这样就形成一个异常栈。异常栈十分有利于我们透析问题之所在，例如
e.printStackTrace(); 或者带参数的 e.printStackTrace(); 方法可将异常栈信息定向输出到他处，还有
log4j 的 log.error(Throwable) 也有此功效。若是在行径的哪层有能力处理该异常则已，否则直至 JVM，直接造成 JVM
崩溃掉。例如当 main() 方法也把异常抛了出去，JVM 此刻也就到了生命的尽头。