Java 虚拟机通过什么方式实现异常处理

Java 虚拟机异常处理机制

在 Java 虚拟机中，异常处理主要通过异常表来实现。当 Java 源代码被编译成字节码后，每个方法都会附带一个异常表。异常表中可能包含多条记录，每条记录都由四个主要部分构成：from指针、to指针、target指针以及所捕获的异常类型。这些指针的值是字节码索引（bytecode index），用于精确定位字节码指令。

具体来说，from指针和to指针共同定义了异常处理的监控范围，例如 Java 代码中try块所覆盖的区域。target指针则指向异常处理代码的起始位置，对应于catch块的入口。

当程序执行过程中触发异常时，Java 虚拟机将从上至下遍历当前方法的异常表。它会检查触发异常的字节码索引是否落在某个异常表记录的from和to指针所定义的监控范围内。如果匹配，Java 虚拟机将进一步判断所抛出的异常类型是否与该记录期望捕获的异常类型相符。若两者均匹配，控制流便会立即转移到该记录target指针所指向的字节码处开始执行异常处理逻辑。

示例分析

为了更直观地理解异常表的运作原理，我们来看一个简单的 Java 代码示例：

public class Demo {

    public static void main(String[] args) {
        String str = "test";
        try {
            str = "try";
        } catch (Exception e) {
            str = "catch";
        }
    }
}

这段代码的main方法包含了一个try-catch块。编译这段代码后，其main方法对应的字节码中将包含一个异常表记录。以下是该方法的字节码以及其异常表的结构：

public static void main(java.lang.String[]);
  descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
  Code:
    stack=1, locals=3, args_size=1
       0: ldc           #2                  // String test
       2: astore_1
       3: ldc           #3                  // String try
       5: astore_1
       6: goto          13
       9: astore_2
      10: ldc           #5                  // String catch
      12: astore_1
      13: return
    Exception table:
       from    to  target type
           3     6     9   Class java/lang/Exception

从上述字节码和异常表可以看出：

• 该异常表记录的from指针是3，to指针是6。这表明其监控范围从字节码索引3开始，到字节码索引6结束（不包括6）。这精确对应了try块的代码范围：3: ldc #3（str = "try"的开始）到5: astore_1（str = "try"的结束）。
• target指针是9。这意味着当发生异常并被该记录捕获时，控制流将跳转到字节码索引9处开始执行，这正是catch块的起始位置（9: astore_2，即catch块处理异常的指令）。
• 该记录的最后一列type为Class java/lang/Exception，表示此异常处理块专门捕获Exception类型及其子类的异常。

所以，当执行过程中，任何字节码索引值在3到6之间（不含6）的指令触发了Exception或其子类异常时，Java 虚拟机便会将控制流转移至字节码索引9处，从而执行catch块中的异常处理代码。

参考：昨天的面试官居然是位小姐姐，聊了半个多小时的异常处理