前言
欢迎来到under the hood专栏。本专栏旨在让java开发人员一瞥在运行java程序底层的神秘机制。本月的文章继续讨论java虚拟机的字节码指令集，方法是检查java虚拟机处理异常抛出和捕获的方式，包括相关的字节码。本文不讨论finally条款 - 这是下个月的主题。后续文章将讨论字节码系列的其他成员。
下面话不多说了，来一起看看详细的介绍吧
exceptions
exceptions允许您顺利处理程序运行时发生的意外情况。要演示java虚拟机处理异常的方式，请考虑一个名为nitpickymath的类。它提供了对整数执行加法，减法，乘法，除法和余数的方法。nitpickymath在溢出，下溢和被零除的条件下抛出已检查的异常。java虚拟机将在整数除零上抛出一个arithmeticexception，但不会在溢出和下溢上抛出任何异常。方法抛出的异常定义如下：
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class overflowexception extends exception {}class underflowexception extends exception {}class dividebyzeroexception extends exception {} |
捕获和抛出异常的简单方法是remainder类的方法nitpickymath：
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static int remainder(int dividend, int divisor) throws dividebyzeroexception { try { return dividend % divisor; } catch (arithmeticexception e) { throw new dividebyzeroexception(); }} |
该remainder方法仅在传递两个int参数时执行余数运算。如果余数运算的除数为零，则余数运算抛出一个arithmeticexception。这个方法捕获了这个arithmeticexception并抛出一个dividebyzeroexception。
dividebyzeroexception和arithmeticexception之间的差别是dividebyzeroexception是一个检查异常，并且arithmeticexception是未经检查。因为arithmeticexception是非受检异常，所以方法不需要在throws子句中声明此异常，即使它可能会抛出它。任何属于error或者runtimeexception子类的异常都是非受检异常。（arithmeticexception是runtimeexception的子类。）通过捕获arithmeticexception然后抛出dividebyzeroexception，该remainder方法强制其客户端处理除零异常的可能性，通过捕获它或在自己的throws子句中声明dividebyzeroexception。这是因为已检查的异常，例如dividebyzeroexception，抛出方法必须由方法捕获或在方法的throws子句中声明。未经检查的异常（例如arithmeticexception，不需要在throws子句中捕获或声明）。
javac为该remainder方法生成以下字节码序列：
the main bytecode sequence for remainder:
0 iload_0 // push local variable 0 (arg passed as divisor)
1 iload_1 // push local variable 1 (arg passed as dividend)
2 irem // pop divisor, pop dividend, push remainder
3 ireturn // return int on top of stack (the remainder)
the bytecode sequence for the catch (arithmeticexception) clause:
4 pop // pop the reference to the arithmeticexception
// because it isn't used by this catch clause.
5 new #5 <class dividebyzeroexception>
// create and push reference to new object of class
// dividebyzeroexception.
dividebyzeroexception
8 dup // duplicate the reference to the new
// object on the top of the stack because it
// must be both initialized
// and thrown. the initialization will consume
// the copy of the reference created by the dup.
9 invokenonvirtual #9 <method dividebyzeroexception.<init>()v>
// call the constructor for the dividebyzeroexception
// to initialize it. this instruction
// will pop the top reference to the object.
12 athrow // pop the reference to a throwable object, in this
// case the dividebyzeroexception,
// and throw the exception.
该remainder方法的字节码序列有两个独立的部分。第一部分是该方法的正常执行路径。这部分从pc偏移0到3。第二部分是catch子句，它从pc偏移4到12。
主字节码序列中的irem指令可能会抛出一个arithmeticexception。如果发生这种情况，java虚拟机知道通过查找表中的异常来跳转到实现catch子句的字节码序列。捕获异常的每个方法都与一个异常表相关联，该异常表在类文件中与方法的字节码序列一起传递。每个try块捕获的每个异常在异常表中都有一个条目。每个条目都有四条信息：起点和终点，要跳转到的字节码序列中的pc偏移量，以及正被捕获的异常类的常量池索引。remainder类的nitpickymath方法的异常表如下所示：
exception table:
from to target type
0 4 4 <class java.lang.arithmeticexception>
上面的异常表指示从pc偏移0到3（包括0），表示arithmeticexception将被捕获的范围。在标签“to”下面的表中列出的是try块的端点值，它总是比捕获异常的最后一个pc偏移量多一。在这种情况下，端点值列为4，捕获到异常的最后一个pc偏移量为3。此范围（包括0到3）对应于在remainder的try块内实现代码的字节码序列。如果arithmeticexception在pc偏移量为0和3之间（包括0和3）之间抛出，则表中列出的"to"就是跳转到的pc偏移量。
如果在执行方法期间抛出异常，java虚拟机将在异常表中搜索匹配的条目。如果当前程序计数器在条目指定的范围内，并且抛出的异常类是由条目指定的异常类（或者是指定异常类的子类），则异常表条目匹配。java虚拟机按照条目在表中的显示顺序搜索异常表。找到第一个匹配项后，java虚拟机会将程序计数器设置为新的pc偏移位置并继续执行。如果未找到匹配项，java虚拟机将弹出当前堆栈帧并重新抛出相同的异常。当java虚拟机弹出当前堆栈帧时，它有效地中止当前方法的执行并返回调用此方法的方法。但是，不是在前一个方法中继续正常执行，而是在该方法中抛出相同的异常，这会导致java虚拟机经历搜索该方法的异常表的相同过程。
java程序员可以使用throw语句抛出异常，例如remainder中的一个子句catch（arithmeticexception），其中一个 dividebyzeroexception创建并抛出。执行抛出的字节码如下表所示：
| opcode | operand(s) | description |
|---|---|---|
| athrow | (none) | pops throwable object reference, throws the exception |
athrow指令从堆栈中弹出顶部字节，并且会认为它是一个throwable子类的引用（或throwable本身）。抛出的异常是弹出对象引用定义的类型。
play ball!: a java virtual machine simulation
下面的applet演示了一个执行一系列字节码的java虚拟机。模拟中的字节码序列由javac生成。
类的playball方法如下所示：
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class ball extends exception {}class pitcher { private static ball ball = new ball(); static void playball() { int i = 0; while (true) { try { if (i % 4 == 3) { throw ball; } ++i; } catch (ball b) { i = 0; } } }} |
javac为该playball方法生成的字节码如下所示：
0 iconst_0 // push constant 0
1 istore_0 // pop into local var 0: int i = 0;
// the try block starts here (see exception table, below).
2 iload_0 // push local var 0
3 iconst_4 // push constant 4
4 irem // calc remainder of top two operands
5 iconst_3 // push constant 3
6 if_icmpne 13 // jump if remainder not equal to 3: if (i % 4 == 3) {
// push the static field at constant pool location #5,
// which is the ball exception itching to be thrown
9 getstatic #5 <field pitcher.ball lball;>
12 athrow // heave it home: throw ball;
13 iinc 0 1 // increment the int at local var 0 by 1: ++i;
// the try block ends here (see exception table, below).
16 goto 2 // jump always back to 2: while (true) {}
// the following bytecodes implement the catch clause:
19 pop // pop the exception reference because it is unused
20 iconst_0 // push constant 0
21 istore_0 // pop into local var 0: i = 0;
22 goto 2 // jump always back to 2: while (true) {}
exception table:
from to target type
2 16 19 <class ball>
```
该playball方法永远循环。每四次循环，playball抛出ball并抓住它，只是因为它很有趣。因为try块和catch子句都在无限循环中，所以乐趣永远不会停止。局部变量i从0开始，每次递增递增循环。当if语句出现true时，每次i等于3 时都会发生ball异常，抛出异常。
java虚拟机检查异常表并发现确实存在适用的条目。条目的有效范围是2到15（包括两者），异常在pc偏移12处抛出。条目捕获的异常是类ball，抛出的异常是类ball。鉴于这种完美匹配，java虚拟机将抛出的异常对象推送到堆栈，并继续在pc偏移19处执行catch子句，这里仅将int i重置为0，并且循环重新开始。
要驱动模拟，只需按“步骤”按钮。每次按下“step”按钮都会使java虚拟机执行一个字节码指令。要开始模拟，请按“重置”按钮。要使java虚拟机重复执行字节码而不需要进一步操作，请按“运行”按钮。然后，java虚拟机将执行字节码，直到按下“停止”按钮。applet底部的文本区域描述了要执行的下一条指令。快乐点击。
英文原文：https://www.javaworld.com/article/2076868/how-the-java-virtual-machine-handles-exceptions.html
总结
以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，谢谢大家对服务器之家的支持。
原文链接：http://www.apexyun.com/javaxu-ni-ji-ru-he-chu-li-yi-chang
