带你认识 try catch 的本质（try-catch）

今天给大家带来的是关于 try-catch 应该放在循环体外，还是放在循环体内的文章，我们将从性能和业务场景分析这两个方面来回答此问题。

很多人对 try-catch 有一定的误解，比如我们经常会把它（try-catch）和“低性能”直接画上等号，但对 try-catch 的本质（是什么）却缺少着最基础的了解，因此我们也会在本篇中对 try-catch 的本质进行相关的探索。

小贴士：我会尽量用代码和评测结果来证明问题，但由于本身认知的局限，如有不当之处，请读者朋友们在评论区指出。

性能评测

话不多说，我们直接来开始今天的测试，本文我们依旧使用 Oracle 官方提供的 JMH（Java Microbenchmark Harness，JAVA 微基准测试套件）来进行测试。

首先在 pom.xml 文件中添加 JMH 框架，配置如下：

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jmh/jmh-core -->
<dependency>
   <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
   <artifactId>jmh-core</artifactId>
   <version>{version}</version>
</dependency>

完整测试代码如下：

import org.openjdk.jmh.annotations.*;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * try - catch 性能测试
 */
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 测试完成时间
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@Warmup(iterations = 1, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热 1 轮，每次 1s
@Measurement(iterations = 5, time = 5, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 测试 5 轮，每次 3s
@Fork(1) // fork 1 个线程
@State(Scope.Benchmark)
@Threads(100)
public class TryCatchPerformanceTest {
    private static final int forSize = 1000; // 循环次数
    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        // 启动基准测试
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(TryCatchPerformanceTest.class.getSimpleName()) // 要导入的测试类
                .build();
        new Runner(opt).run(); // 执行测试
    }

    @Benchmark
    public int innerForeach() {
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < forSize; i++) {
            try {
                if (i == forSize) {
                    throw new Exception("new Exception");
                }
                count++;
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return count;
    }

    @Benchmark
    public int outerForeach() {
        int count = 0;
        try {
            for (int i = 0; i < forSize; i++) {
                if (i == forSize) {
                    throw new Exception("new Exception");
                }
                count++;
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return count;
    }
}

以上代码的测试结果为：

从以上结果可以看出，程序在循环 1000 次的情况下，单次平均执行时间为：

• 循环内包含 try-catch 的平均执行时间是 635 纳秒 ±75 纳秒，也就是 635 纳秒上下误差是 75 纳秒；
• 循环外包含 try-catch 的平均执行时间是 630 纳秒，上下误差 38 纳秒。

也就是说，在没有发生异常的情况下，除去误差值，我们得到的结论是：try-catch 无论是在 for 循环内还是 for 循环外，它们的性能相同，几乎没有任何差别。

try-catch的本质

要理解 try-catch 的性能问题，必须从它的字节码开始分析，只有这样我能才能知道 try-catch 的本质到底是什么，以及它是如何执行的。

此时我们写一个最简单的 try-catch 代码：

public class AppTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int count = 0;
            throw new Exception("new Exception");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

然后使用 javac 生成字节码之后，再使用 javap -c AppTest 的命令来查看字节码文件：

? javap -c AppTest 
警告: 二进制文件AppTest包含com.example.AppTest
Compiled from "AppTest.java"
public class com.example.AppTest {
  public com.example.AppTest();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: iconst_0
       1: istore_1
       2: new           #2                  // class java/lang/Exception
       5: dup
       6: ldc           #3                  // String new Exception
       8: invokespecial #4                  // Method java/lang/Exception."<init>":(Ljava/lang/String;)V
      11: athrow
      12: astore_1
      13: aload_1
      14: invokevirtual #5                  // Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
      17: return
    Exception table:
       from    to  target type
           0    12    12   Class java/lang/Exception
}

从以上字节码中可以看到有一个异常表：

Exception table:
       from    to  target type
          0    12    12   Class java/lang/Exception

参数说明：

• from：表示 try-catch 的开始地址；
• to：表示 try-catch 的结束地址；
• target：表示异常的处理起始位；
• type：表示异常类名称。

从字节码指令可以看出，当代码运行时出错时，会先判断出错数据是否在 from 到 to 的范围内，如果是则从 target 标志位往下执行，如果没有出错，直接 goto 到 return。也就是说，如果代码不出错的话，性能几乎是不受影响的，和正常的代码的执行逻辑是一样的。

业务情况分析

虽然 try-catch 在循环体内还是循环体外的性能是类似的，但是它们所代码的业务含义却完全不同，例如以下代码：

public class AppTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("循环内的执行结果：" + innerForeach());
        System.out.println("循环外的执行结果：" + outerForeach());
    }
    
    // 方法一
    public static int innerForeach() {
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            try {
                if (i == 3) {
                    throw new Exception("new Exception");
                }
                count++;
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return count;
    }

    // 方法二
    public static int outerForeach() {
        int count = 0;
        try {
            for (int i = 0; i < 6; i++) {
                if (i == 3) {
                    throw new Exception("new Exception");
                }
                count++;
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return count;
    }
}

以上程序的执行结果为：

java.lang.Exception: new Exception

at com.example.AppTest.innerForeach(AppTest.java:15)

at com.example.AppTest.main(AppTest.java:5)

java.lang.Exception: new Exception

at com.example.AppTest.outerForeach(AppTest.java:31)

at com.example.AppTest.main(AppTest.java:6)

循环内的执行结果：5

循环外的执行结果：3

可以看出在循环体内的 try-catch 在发生异常之后，可以继续执行循环；而循环外的 try-catch 在发生异常之后会终止循环。

因此我们在决定 try-catch 究竟是应该放在循环内还是循环外，不取决于性能（因为性能几乎相同），而是应该取决于具体的业务场景。

例如我们需要处理一批数据，而无论这组数据中有哪一个数据有问题，都不能影响其他组的正常执行，此时我们可以把 try-catch 放置在循环体内；而当我们需要计算一组数据的合计值时，只要有一组数据有误，我们就需要终止执行，并抛出异常，此时我们需要将 try-catch 放置在循环体外来执行。