不要把异常当做业务逻辑,这性能可能你无法承受

一:背景

1. 讲故事

在项目中摸爬滚打几年,应该或多或少的见过有人把异常当做业务逻辑处理的情况(┬_┬),比如说判断一个数字是否为整数,就想当然的用try catch 包起来,再进行 int.Parse,如果抛异常就说明不是整数,简单粗暴,也不需要写正则或者其他逻辑,再比如一个字符串强制转化为Enum,直接用Enum.Parse,可能是因为对异常的开销不是特别了解,这种不好的使用习惯也许被官方发现了,后续给我们补了很多的Try前缀的方法,比如:int.TryParse , Enum.TryParse, dict.TryGetValue ,用代码展示如下:

            //原始写法
            var num = int.Parse("1");

            //使用try方式
            var result = 0;
            var b = int.TryParse("1", out result);

用Try系列方法没毛病,但这写法让人吐槽,还要单独定义result变量,没撤,官方还得靠我们这些开发者给他们发扬光大😄😄😄,终于在C# 7.0 中新增了一个 out variables 语法糖。


            //try out 变量模式
            var c = int.TryParse("1", out int result2);

这种 out 变量 模式就🐮👃了,一个方法获取两个值,还没有抛异常的风险。

二:为什么要用tryxxx方法

有了tryxxx方法之后,你就应该明白微软已经在提醒我们开发人员不要滥用异常,尤其在可预知可预见的场景下,毕竟他们知道异常的开销真的是太大了,不知者不怪哈。

1. 肉眼看得见的低性能

为了让大家肉眼能看见,我们就用异常方法和tryxxx方法做一个性能比较,迭代50w次,看看各自的性能如何?


            for (int i = 0; i < 3; i++)
            {
                var watch = Stopwatch.StartNew();
                for (int k = 0; k < 50000; k++)
                {
                    try
                    {
                        var num = int.Parse("xxx");
                    }
                    catch (Exception ex) { }
                }
                watch.Stop();

                Console.WriteLine($"i={i + 1},耗费:{watch.ElapsedMilliseconds}");
            }
            Console.WriteLine("---------------------------------------------");
            for (int i = 0; i < 3; i++)
            {
                var watch = Stopwatch.StartNew();

                for (int k = 0; k < 50000; k++)
                {
                   var num = int.TryParse("xxx", out int reuslt);
                }

                watch.Stop();

                Console.WriteLine($"i={i + 1},耗费:{watch.ElapsedMilliseconds}");
            }
            Console.ReadLine();

看结果还挺吓人的,相差480倍, 好熟悉的一个数字。。。 南朝四百八十寺,多少楼台烟雨中 😄😄😄

三: 异常的超强开销

为什么异常有那么大的开销? 只有知己知彼才能心中有数,看过我多线程视频的朋友应该知道,线程的创建和销毁代价都是非常大的,其中有一项就是需要代码从用户态切换到了内核态,毕竟线程是操作系统层面的事情,和你CLR无关,CLR只是做了一层系统包装而已,其实很多人都想不到,我们用的 try catch finally 底层也是封装了操作系统层面的(Windows 结构化异常处理),也叫做SEH,什么意思? 就是当你throw之后,代码需要从用户态切换到内核态,这个开销是不会小的,还有一个开销来自于Exception中的StackTrace,这里面的值需要从当前异常的线程栈中去抓取调用堆栈,栈越深,开销就越大。

1. 从用户态到内核态

大家肯定会说,甭那么玄乎,凡事都要讲个证据, Do more,Talk less, 这里我准备分两种情况讲解。

<1> 有catch情况

准备在catch的时候阻塞住,然后抓它的dump文件。


        public static void Main(string[] args)
        {
            try
            {
                var num = int.Parse("xxx");
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine(ex.Message);
                Console.ReadLine();
            }
        }

使用 !dumpstack 把当前 0号线程 的所有托管和非托管堆栈全部打出来,简化后如下:


0:000> ~0s
ntdll!NtReadFile+0x14:
00007fff`f805aa64 c3              ret
0:000> !dumpstack
OS Thread Id: 0x2bf0 (0)
Current frame: ntdll!NtReadFile+0x14
Caller, Callee
(MethodDesc 00007fffde3a40b8 +0x18 System.Console.ReadLine())
(MethodDesc 00007fff810d59f8 +0xa5 ConsoleApp4.Program.Main(System.String[])), calling (MethodDesc 00007fffde3a40b8 +0 System.Console.ReadLine())
00000044433fc700 00007fffe07a29e0 clr!ExceptionTracker::CallCatchHandler+0x9c, calling clr!ExceptionTracker::CallHandler
clr!ClrUnwindEx+0x40, calling ntdll!RtlUnwindEx
ntdll!RtlRaiseException+0x4e, calling ntdll!RtlpCaptureContext
clr!IL_Throw+0x114, calling clr!RaiseTheExceptionInternalOnly
(MethodDesc 00007fffde4f95c0 System.Number.StringToNumber(System.String, System.Globalization.NumberStyles, NumberBuffer ByRef, System.Globalization.NumberFormatInfo, Boolean)), calling mscorlib_ni+0x53976a
(MethodDesc 00007fffde3b5330 +0xae System.Number.ParseInt32(System.String, System.Globalization.NumberStyles, System.Globalization.NumberFormatInfo)), calling (MethodDesc 00007fffde4f95c0 +0 System.Number.StringToNumber(System.String, System.Globalization.NumberStyles, NumberBuffer ByRef, System.Globalization.NumberFormatInfo, Boolean))
(MethodDesc 00007fffde1ebfa8 +0x2eb System.Globalization.NumberFormatInfo..ctor(System.Globalization.CultureData)), calling (MethodDesc 00007fffde1eba68 +0 System.Globalization.CultureData.GetNFIValues(System.Globalization.NumberFormatInfo))
(MethodDesc 00007fff810d59f8 +0x49 ConsoleApp4.Program.Main(System.String[])), calling (MethodDesc 00007fffde3b1708 +0 System.Int32.Parse(System.String))

因为是堆栈,所以执行流就要从后往前看,你会发现流程大概是这个样子 int.Parse -> CLR -> ntdll -> CLR -> Console.ReadLine ,很显然 ntdll.dll 是操作系统层级的一个核心文件,这就从用户态切入到了内核态,如果不是很明白,我画一张简图吧。。。

<2>. 无catch处理

大家肯定很好奇,如果无catch会是怎么样,大家也可以用windbg去挖一下。


        public static void Main(string[] args)
        {
            var num = int.Parse("xxx");
        }


0:000> !dumpstack
OS Thread Id: 0xd68 (0)
Current frame: ntdll!NtTerminateProcess+0x14
Caller, Callee
mscoreei!RuntimeDesc::ShutdownAllActiveRuntimes+0x285, calling KERNEL32!ExitProcessImplementation
mscoreei!CLRRuntimeHostInternalImpl::ShutdownAllRuntimesThenExit+0x14, calling mscoreei!RuntimeDesc::ShutdownAllActiveRuntimes
clr!EEPolicy::ExitProcessViaShim+0x9c
clr!SafeExitProcess+0x9d, calling clr!EEPolicy::ExitProcessViaShim
ntdll!KiUserExceptionDispatch+0x53, calling ntdll!NtRaiseException
clr!RaiseTheExceptionInternalOnly+0x188426, calling clr!EEPolicy::HandleFatalError
clr!IL_Throw+0x45, calling clr!LazyMachStateCaptureState
(MethodDesc 00007fffde4f95c0 System.Number.StringToNumber(System.String, System.Globalization.NumberStyles, NumberBuffer ByRef, System.Globalization.NumberFormatInfo, Boolean)), calling mscorlib_ni+0x53976a
(MethodDesc 00007fffde3b5330 +0xae System.Number.ParseInt32(System.String, System.Globalization.NumberStyles, System.Globalization.NumberFormatInfo)), calling (MethodDesc 00007fffde4f95c0 +0 System.Number.StringToNumber(System.String, System.Globalization.NumberStyles, NumberBuffer ByRef, System.Globalization.NumberFormatInfo, Boolean))
(MethodDesc 00007fffde1ebfa8 +0x2eb System.Globalization.NumberFormatInfo..ctor(System.Globalization.CultureData)), calling (MethodDesc 00007fffde1eba68 +0 System.Globalization.CultureData.GetNFIValues(System.Globalization.NumberFormatInfo))
(MethodDesc 00007fff810e59f8 +0x37 ConsoleApp4.Program.Main(System.String[])), calling (MethodDesc 00007fffde3b1708 +0 System.Int32.Parse(System.String))

可以看到进程的退出逻辑给了托管程序入口 mscoreei.dll 而再也没有进入Main函数了, 为此我也补一张图给大家看看

2. 抓取线程调用栈

当大家慌慌张张的看到异常的时候,第一眼会去看异常信息是什么? 第二眼会去看异常出在了哪一行代码,这就是线程的调用栈,这个信息非常重要,可以快捷的帮助我们找到问题解决问题,放在Exception的StackTrace中,先上一段代码。


    public static void Main(string[] args)
        {
            Run();
            Console.ReadLine();
        }

        public static void Run()
        {
            var ex = new FormatException("你的格式错误啦!!!");
            throw ex;
        }

<1> StackTrace何时塞入的

到目前为止还没看到哪本书说到StackTrace是何时被塞入的? 由于水平有限,我也试着探测一下下。

从代码中可以看到不是在new的时候塞入的,那会是哪里呢?

<2> 从CLR中寻找答案

既然不在用户代码,那就到CLR中去看看,在windbg中用 dumpstack 去查看非托管堆栈。


0:000> !dumpstack
OS Thread Id: 0x4090 (0)
Current frame: ntdll!NtTerminateProcess+0x14
Caller, Callee
clr!EETypeHashTable::FindItem+0x532, calling clr!NgenHashTable<EEClassHashTable,EEClassHashEntry,4>::PersistedBucketList::GetBucket
clr!JIT_StrCns+0xd0, calling clr!HelperMethodFrameRestoreState
(MethodDesc 00007fff810f5a08 +0x70 ConsoleApp4.Program.Run()), calling clr!IL_Throw
clr!IL_Throw+0x45, calling clr!LazyMachStateCaptureState
(MethodDesc 00007fff810f5a08 +0x70 ConsoleApp4.Program.Run()), calling clr!IL_Throw
(MethodDesc 00007fff810f59f8 +0x28 ConsoleApp4.Program.Main(System.String[])), calling 00007fff81200488 (stub for ConsoleApp4.Program.Run())

从简化后的流程看,怀疑是由 clr!HelperMethodFrameRestoreState 处理的,为什么这么说呢? 因为我们定义的 FormatException ex 会传给CLR的,不信可以用 kb 看一看。


0:000> kb
 # RetAddr           : Args to Child                                                           : Call Site
00 00007fff`e07a3181 : 00000000`e0434352 0000006d`4a7fe938 0000017b`30ad2d48 0000017b`2f081690 : KERNELBASE!RaiseException+0x68
01 00007fff`e07a45f4 : ffffffff`fffffffe 0000017b`2ef02542 00000000`0000000a 0000017b`2f040910 : clr!RaiseTheExceptionInternalOnly+0x31f
02 00007fff`811d0950 : 00000000`70000001 00007fff`810c4140 0000006d`4a7fedb8 0000006d`4a7fec78 : clr!IL_Throw+0x114
03 00007fff`811d08b8 : 0000017b`30ad2d30 00007fff`810c4140 00000000`00000000 00007fff`00000000 : 0x00007fff`811d0950
04 00007fff`e0736c93 : 0000017b`30ad2d30 00007fff`810c4140 00000000`00000000 00007fff`00000000 : 0x00007fff`811d08b8
05 00007fff`e0736b79 : 00000000`00000000 00007fff`e0737aae 0000006d`4a7fefb8 00000000`00000000 : clr!CallDescrWorkerInternal+0x83
06 00007fff`e0737410 : 0000006d`4a7fefb8 0000006d`4a7ff048 0000006d`4a7feeb8 00000000`00000001 : clr!CallDescrWorkerWithHandler+0x4e
07 00007fff`e08dcaf2 : 0000006d`4a7fee00 00000000`00000001 00000000`00000001 0000017b`2efcecf0 : clr!MethodDescCallSite::CallTargetWorker+0x102
08 00007fff`e08dd4b3 : 00000000`00000001 00000000`00000000 0000017b`30ad2d30 0000017b`30ad2d30 : clr!RunMain+0x25f
09 00007fff`e08dd367 : 0000017b`2f040910 0000006d`4a7ff420 0000017b`2f040910 0000017b`2f082770 : clr!Assembly::ExecuteMainMethod+0xb7
0a 00007fff`e08dccb3 : 00000000`00000000 0000017b`2ef00000 00000000`00000000 00000000`00000000 : clr!SystemDomain::ExecuteMainMethod+0x643
0b 00007fff`e08dcc31 : 0000017b`2ef00000 00007fff`e08de090 00000000`00000000 00000000`00000000 : clr!ExecuteEXE+0x3f
0c 00007fff`e08de0a4 : ffffffff`ffffffff 00007fff`e08de090 00000000`00000000 00000000`00000000 : clr!_CorExeMainInternal+0xb2
0d 00007fff`e1208a61 : 00000000`00000000 00007fff`00000091 00000000`00000000 0000006d`4a7ff9f8 : clr!CorExeMain+0x14
0e 00007fff`e133a4cc : 00000000`00000000 00007fff`e08de090 00000000`00000000 00000000`00000000 : mscoreei!CorExeMain+0x112
0f 00007fff`f5cc4034 : 00007fff`e1200000 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 : MSCOREE!CorExeMain_Exported+0x6c
10 00007fff`f8033691 : 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 : KERNEL32!BaseThreadInitThunk+0x14
11 00000000`00000000 : 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`00000000 : ntdll!RtlUserThreadStart+0x21


其中第一行的 00 00007fffe07a3181 : 00000000e0434352 0000006d4a7fe938 0000017b30ad2d48 0000017b2f081690 : KERNELBASE!RaiseException+0x68中的第三个参数地址 0000017b30ad2d48` 就是我们的异常类,打印出来看一下。


0:000> !do 0000017b30ad2d48
Name:        System.FormatException
MethodTable: 00007fffde285c38
EEClass:     00007fffde3930e0
Size:        160(0xa0) bytes
File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007fffde2059c0  40002a2        8        System.String  0 instance 0000017b30ad4c80 _className
00007fffde282a50  40002a3       10 ...ection.MethodBase  0 instance 0000000000000000 _exceptionMethod
00007fffde2059c0  40002a4       18        System.String  0 instance 0000000000000000 _exceptionMethodString
00007fffde2059c0  40002a5       20        System.String  0 instance 0000017b30ad2de8 _message
00007fffde2883d8  40002a6       28 ...tions.IDictionary  0 instance 0000000000000000 _data
00007fffde205b70  40002a7       30     System.Exception  0 instance 0000000000000000 _innerException
00007fffde2059c0  40002a8       38        System.String  0 instance 0000000000000000 _helpURL
00007fffde205dd8  40002a9       40        System.Object  0 instance 0000017b30ad2e98 _stackTrace
00007fffde205dd8  40002aa       48        System.Object  0 instance 0000017b30ad2f28 _watsonBuckets
00007fffde2059c0  40002ab       50        System.String  0 instance 0000000000000000 _stackTraceString
00007fffde2059c0  40002ac       58        System.String  0 instance 0000000000000000 _remoteStackTraceString
00007fffde2085a0  40002ad       88         System.Int32  1 instance                0 _remoteStackIndex
00007fffde205dd8  40002ae       60        System.Object  0 instance 0000000000000000 _dynamicMethods
00007fffde2085a0  40002af       8c         System.Int32  1 instance      -2146233033 _HResult
00007fffde2059c0  40002b0       68        System.String  0 instance 0000000000000000 _source
00007fffde2831f8  40002b1       78        System.IntPtr  1 instance                0 _xptrs
00007fffde2085a0  40002b2       90         System.Int32  1 instance       -532462766 _xcode
00007fffde21e720  40002b3       80       System.UIntPtr  1 instance                0 _ipForWatsonBuckets
00007fffde1f5080  40002b4       70 ...ializationManager  0 instance 0000017b30ad2e18 _safeSerializationManager
00007fffde205dd8  40002a1      100        System.Object  0   shared           static s_EDILock
                                 >> Domain:Value  0000017b2efe0af0:NotInit  <<

0:000> !do 0000017b30ad2e98
Name:        System.SByte[]
MethodTable: 00007fffde20dde8
EEClass:     00007fffde390920
Size:        120(0x78) bytes
Array:       Rank 1, Number of elements 96, Type SByte (Print Array)
Content:     .........../{...P.......@..Jm....Z.........................Jm....Y..............................
Fields:
None


此时 _stackTrace 已经有值了,毕竟Console上已经打印出来了。

最后补充一下大家也可以通过 !threads 去找异常的线程,如下图的中 System.FormatException 0000017b30ad2d48,然后通过 !printexception 去打印这个地址 0000017b30ad2d48 上异常对象。


0:000> !threads
ThreadCount:      2
UnstartedThread:  0
BackgroundThread: 1
PendingThread:    0
DeadThread:       0
Hosted Runtime:   no
                                                                                                        Lock  
       ID OSID ThreadOBJ           State GC Mode     GC Alloc Context                  Domain           Count Apt Exception
   0    1  80c 0000016816f508f0    2a020 Preemptive  0000016818CCE3B8:0000016818CCFFD0 0000016816ef0b10 0     MTA System.FormatException 0000017b30ad2d48
   6    2 12d8 0000016816f7b0e0    2b220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 0000016816ef0b10 0     MTA (Finalizer) 


0:000> !printexception 0000017b30ad2d48
Exception object: 0000017b30ad2d48
Exception type:   System.FormatException
Message:          你的格式错误啦!!!
InnerException:   <none>
StackTrace (generated):
    SP               IP               Function
    0000001F8F7FEE90 00007FFF811E0951 ConsoleApp4!ConsoleApp4.Program.Run()+0x71
    0000001F8F7FEEE0 00007FFF811E08B9 ConsoleApp4!ConsoleApp4.Program.Main(System.String[])+0x29

StackTraceString: <none>
HResult: 80131537

三:总结

不要把异常当做业务逻辑处理,这开销有可能你承受不起,把那些真正不可期的情况留给异常吧,如: TimeoutException。。。

如您有更多问题与我互动,扫描下方进来吧~

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posted @ 2020-05-11 07:30  一线码农  阅读(14340)  评论(66编辑  收藏