面試官太難伺候？一個try-catch問出這麼多花樣

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哈嘍大家好，我是阿Q！

剛剛面試回來的B哥又在吐槽了：現在的面試官太難伺候了，放着好好的堆、棧、方法區不問，上來就讓我從字節碼角度給他分析一下try-catch-finally（以下簡稱TCF）的執行效率......

我覺得應該是面試官在面試的過程中看大家背的八股文都如出一轍，覺得沒有問的必要，便拐着彎的考大家的理解。今天趁着B哥也在，我們就來好好總結一下TCF相關的知識點，期待下次與面試官對線五五開！

環境準備： IntelliJ IDEA 2020.2.3、JDK 1.8.0_181

執行順序

我們先來寫一段簡單的代碼：

public static int test1() {
    int x = 1;
    try {
        return x;
    } finally {
        x = 2;
    }
}

答案是1不是2，你答對了嗎？

大家都知道在TCF中，執行到return的時候會先去執行finally中的操作，然後纔會返回來執行return，那這裏爲啥會是1呢？我們來反編譯一下字節碼文件。

命令：javap -v xxx.class

字節碼指令晦澀難懂，那我們就用圖解的方式來解釋一下（我們先只看前7行指令）：首先執行 int x = 1;

然後我們需要執行try中的return x;

此時並不是真正的返回x的值，而是將x的值存到局部變量表中作爲臨時存儲變量進行存儲，也就是對該值進行保護操作。

最後進入finally中執行x=2;

此時雖然x已經被賦值爲2了，但是由於剛纔的保護操作，在執行真正的return操作時，會將被保護的臨時存儲變量入棧返回。

爲了更好的理解上述操作，我們再來寫一段簡單代碼：

public static int test2() {
    int x = 1;
    try {
        return x;
    } finally {
        x = 2;
        return x;
    }
}

大家思考一下執行結果是幾？答案是2不是1。

我們再來看下該程序的字節碼指令

通過對比發現，第6行一個是iload_1，一個是iload_0，這是由什麼決定的呢？原因就是我們上邊提到的保護機制，當在finally中存在return語句時，保護機制便會失效，轉而將變量的值入棧並返回。

小結

• return的執行優先級高於finally的執行優先級，但是return語句執行完畢之後並不會馬上結束函數，而是將結果保存到棧幀中的局部變量表中，然後繼續執行finally塊中的語句；
• 如果finally塊中包含return語句，則不會對try塊中要返回的值進行保護，而是直接跳到finally語句中執行，並最後在finally語句中返回，返回值是在finally塊中改變之後的值；

finally 爲什麼一定會執行

細心地小夥伴應該能發現，上邊的字節碼指令圖中第4-7行和第9-12行的字節碼指令是完全一致的，那麼爲什麼會出現重複的指令呢？

首先我們來分析一下這些重複的指令都做了些什麼操作，經過分析發現它們就是x = 2;return x;的字節碼指令，也就是finally代碼塊中的代碼。由此我們有理由懷疑如果上述代碼中加入catch代碼塊，finally代碼塊對應的字節碼指令也會再次出現。

public static int test2() {
    int x = 1;
    try {
        return x;
    } catch(Exception e) {
        x = 3;
    } finally {
        x = 2;
        return x;
    }
}

反編譯之後

果然如我們所料，重複的字節碼指令出現了三次。讓我們迴歸到最初的問題上，爲什麼finally代碼的字節碼指令會重複出現三次呢？

原來是JVM爲了保證所有異常路徑和正常路徑的執行流程都要執行finally中的代碼，所以在try和catch後追加上了finally中的字節碼指令，再加上它自己本身的指令，正好三次。這也就是爲什麼finally 一定會執行的原因。

finally一定會執行嗎？

爲什麼上邊已經說了finally中的代碼一定會執行，現在還要再多此一舉呢？請👇看

在正常情況下，它是一定會被執行的，但是至少存在以下三種情況，是一定不執行的：

• try語句沒有被執行到就返回了，這樣finally語句就不會執行，這也說明了finally語句被執行的必要而非充分條件是：相應的try語句一定被執行到；
• try代碼塊中有System.exit(0);這樣的語句，因爲System.exit(0);是終止JVM的，連JVM都停止了，finally肯定不會被執行了；
• 守護線程會隨着所有非守護線程的退出而退出，當守護線程內部的finally的代碼還未被執行到，非守護線程終結或退出時，finally 肯定不會被執行；

TCF 的效率問題

說起TCF的效率問題，我們不得不介紹一下異常表，拿上邊的程序來說，反編譯class文件後的異常表信息如下：

• from：代表異常處理器所監控範圍的起始位置；
• to：代表異常處理器所監控範圍的結束位置（該行不被包括在監控範圍內，是前閉後開區間）；
• target：指向異常處理器的起始位置；
• type：代表異常處理器所捕獲的異常類型；

圖中每一行代表一個異常處理器

工作流程：

1. 觸發異常時，JVM會從上到下遍歷異常表中所有的條目；
2. 比較觸發異常的行數是否在from-to範圍內；
3. 範圍匹配之後，會繼續比較拋出的異常類型和異常處理器所捕獲的異常類型type是否相同;
4. 如果類型相同，會跳轉到target所指向的行數開始執行；
5. 如果類型不同，會彈出當前方法對應的java棧幀，並對調用者重複操作；
6. 最壞的情況下JVM需要遍歷該線程 Java 棧上所有方法的異常表；

拿第一行爲例：如果位於2-4行之間的命令（即try塊中的代碼）拋出了Class java/lang/Exception類型的異常，則跳轉到第8行開始執行。

8: astore_1是指將拋出的異常對象保存到局部變量表中的1位置處

從字節碼指令的角度來講，如果代碼中沒有異常拋出，TCF的執行時間可以忽略不計；如果代碼執行過程中出現了上文中的第6條，那麼隨着異常表的遍歷，更多的異常實例被構建出來，異常所需要的棧軌跡也在生成。該操作會逐一訪問當前線程的棧幀，記錄各種調試信息，包括類名、方法名、觸發異常的代碼行數等等。所以執行效率會大大降低。

看到這兒，你是否對TCF有了更加深入的瞭解呢？下次讓你對線面試官，你會五五開嗎？如果你有不同的意見或者更好的idea，歡迎聯繫阿Q，添加阿Q還可以加入技術交流羣參與討論呦！