面試官太難伺候？一個try-catch問出這么多花樣
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，放著好好的堆、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，便拐著彎的考大家的理解。今天趁著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，然后才會返回來執行return，那這里為啥會是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;
然后我們需要執行try中的return x;
此時并不是真正的返回x的值，而是將x的值存到局部變量表中作為臨時存儲變量進行存儲，也就是對該值進行保護操作。
最后進入finally中執行x=2;
此時雖然x已經被賦值為2了，但是由于剛才的保護操作，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。
為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，這是由什么決定的呢？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并返回。
小結
- return的執行優先級高于finally的執行優先級，但是return語句執行完畢之后并不會馬上結束函數，而是將結果保存到棧幀中的局部變量表中，然后繼續執行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，并最后在finally語句中返回，返回值是在finally塊中改變之后的值；
finally 為什么一定會執行
細心地小伙伴應該能發現，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，那么為什么會出現重復的指令呢？
首先我們來分析一下這些重復的指令都做了些什么操作，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;
}
}
反編譯之后
果然如我們所料，重復的字節碼指令出現了三次。讓我們回歸到最初的問題上，為什么finally代碼的字節碼指令會重復出現三次呢？
原來是JVM為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后追加上了finally中的字節碼指令，再加上它自己本身的指令，正好三次。這也就是為什么finally 一定會執行的原因。
finally一定會執行嗎？
為什么上邊已經說了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，因為System.exit(0);是終止JVM的，連JVM都停止了，finally肯定不會被執行了；
- 守護線程會隨著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文件后的異常表信息如下：
- from：代表異常處理器所監控范圍的起始位置；
- to：代表異常處理器所監控范圍的結束位置（該行不被包括在監控范圍內，是前閉后開區間）；
- 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：
- 觸發異常時，JVM會從上到下遍歷異常表中所有的條目；
- 比較觸發異常的行數是否在from-to范圍內；
- 范圍匹配之后，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;
- 如果類型相同，會跳轉到target所指向的行數開始執行；
- 如果類型不同，會彈出當前方法對應的java棧幀，并對調用者重復操作；
- 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；
拿第一行為例：如果位于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，那么隨著異常表的遍歷，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。
