使用try-catch捕獲異常會不會影響性能

這篇文章主要介紹“使用try-catch捕獲異常會不會影響性能”，在日常操作中，相信很多人在使用try-catch捕獲異常會不會影響性能問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”使用try-catch捕獲異常會不會影響性能”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！

一. JVM異常處理邏輯

Java 程序中顯式拋出異常由athrow指令支持，除了通過 throw 主動拋出異常外，JVM規(guī)范中還規(guī)定了許多運行時異常會在檢測到異常狀況時自動拋出(效果等同athrow), 例如除數(shù)為0時就會自動拋出異常，以及大名鼎鼎的 NullPointerException 。

還需要注意的是，JVM 中 異常處理的catch語句不再由字節(jié)碼指令來實現(xiàn)(很早之前通過 jsr和 ret指令來完成，它們在很早之前的版本里就被舍棄了)，現(xiàn)在的JVM通過異常表(Exception table 方法體中能找到其內(nèi)容)來完成 catch 語句；很多人說try catch 影響性能可能就是因為認(rèn)識還停留于上古時代。

1、我們編寫如下的類，add 方法中計算 ++x; 并捕獲異常。

2、使用javap 工具查看上述類的編譯后的class文件。

忽略常量池等其他信息，下邊貼出add 方法編譯后的 機器指令集：

再來看 Exception table：

from=0， to=5。指令 0~5 對應(yīng)的就是 try 語句包含的內(nèi)容，而targer = 8 正好對應(yīng) catch 語句塊內(nèi)部操作。

個人理解，from 和 to 相當(dāng)于劃分區(qū)間，只要在這個區(qū)間內(nèi)拋出了type 所對應(yīng)的，“java/lang/Exception” 異常(主動athrow 或者 由jvm運行時檢測到異常自動拋出)，那么就跳轉(zhuǎn)到target 所代表的第八行。

若執(zhí)行過程中，沒有異常，直接從第5條指令跳轉(zhuǎn)到第11條指令后返回，由此可見未發(fā)生異常時，所謂的性能損耗幾乎不存在；

如果硬是要說的話，用了try catch 編譯后指令篇幅變長了；goto 語句跳轉(zhuǎn)會耗費性能，當(dāng)你寫個數(shù)百行代碼的方法的時候，編譯出來成百上千條指令，這時候這句goto的帶來的影響顯得微乎其微。

如圖所示為去掉try catch 后的指令篇幅，幾乎等同上述指令的前五條。

綜上所述：“Java中使用try catch 會嚴(yán)重影響性能” 是民間說法，它并不成立。如果不信，接著看下面的測試吧。

二、關(guān)于JVM的編譯優(yōu)化

其實寫出測試用例并不是很難，這里我們需要重點考慮的是編譯器的自動優(yōu)化，是否會因此得到不同的測試結(jié)果？

本節(jié)會粗略的介紹一些jvm編譯器相關(guān)的概念，講它只為更精確的測試結(jié)果，通過它我們可以窺探 try catch 是否會影響JVM的編譯優(yōu)化。

• 前端編譯與優(yōu)化：我們最常見的前端編譯器是 javac，它的優(yōu)化更偏向于代碼結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，它主要是為了提高程序員的編碼效率，不怎么關(guān)注執(zhí)行效率優(yōu)化；例如，數(shù)據(jù)流和控制流分析、解語法糖等等。

• 后端編譯與優(yōu)化：后端編譯包括 “即時編譯[JIT]” 和 “提前編譯[AOT]”，區(qū)別于前端編譯器，它們最終作用體現(xiàn)于運行期，致力于優(yōu)化從字節(jié)碼生成本地機器碼的過程(它們優(yōu)化的是代碼的執(zhí)行效率)。

• 后端編譯與優(yōu)化：后端編譯包括 “即時編譯[JIT]” 和 “提前編譯[AOT]”，區(qū)別于前端編譯器，它們最終作用體現(xiàn)于運行期，致力于優(yōu)化從字節(jié)碼生成本地機器碼的過程(它們優(yōu)化的是代碼的執(zhí)行效率)。

1、分層編譯

PS * JVM 自己根據(jù)宿主機決定自己的運行模式, “JVM 運行模式”；[客戶端模式-Client、服務(wù)端模式-Server]，它們代表的是兩個不同的即時編譯器，C1(Client Compiler) 和 C2 (Server Compiler)。

PS * 分層編譯分為：“解釋模式”、“編譯模式”、“混合模式”；

• 解釋模式下運行時，編譯器不介入工作；

• 編譯模式模式下運行，會使用即時編譯器優(yōu)化熱點代碼，有可選的即時編譯器[C1 或 C2]；

• 混合模式為：解釋模式和編譯模式搭配使用。

如圖，我的環(huán)境里JVM 運行于 Server 模式，如果使用即時編譯，那么就是使用的：C2 即時編譯器。

2、即時編譯器

了解如下的幾個 概念：

（1）解釋模式

它不使用即時編譯器進(jìn)行后端優(yōu)化

• 強制虛擬機運行于 “解釋模式” -Xint

• 禁用后臺編譯 -XX:-BackgroundCompilation

（2）編譯模式

即時編譯器會在運行時，對生成的本地機器碼進(jìn)行優(yōu)化，其中重點關(guān)照熱點代碼。

# 強制虛擬機運行于 "編譯模式"
    -Xcomp
    # 方法調(diào)用次數(shù)計數(shù)器閾值，它是基于計數(shù)器熱點代碼探測依據(jù)[Client模式=1500,Server模式=10000]
    -XX:CompileThreshold=10
    # 關(guān)閉方法調(diào)用次數(shù)熱度衰減，使用方法調(diào)用計數(shù)的絕對值，它搭配上一配置項使用
    -XX:-UseCounterDecay
    # 除了熱點方法，還有熱點回邊代碼[循環(huán)]，熱點回邊代碼的閾值計算參考如下：
    -XX:BackEdgeThreshold = 方法計數(shù)器閾值[-XX:CompileThreshold] * OSR比率[-XX:OnStackReplacePercentage]
    # OSR比率默認(rèn)值：Client模式=933，Server模式=140
    -XX:OnStackReplacePercentag=100

所謂 “即時”，它是在運行過程中發(fā)生的，所以它的缺點也也明顯：在運行期間需要耗費資源去做性能分析，也不太適合在運行期間去大刀闊斧的去做一些耗費資源的重負(fù)載優(yōu)化操作。

3、提前編譯器：jaotc

它是后端編譯的另一個主角，它有兩個發(fā)展路線，基于Graal [新時代的主角] 編譯器開發(fā)，因為本文用的是 C2 編譯器，所以只對它做一個了解；

第一條路線：與傳統(tǒng)的C、C++編譯做的事情類似，在程序運行之前就把程序代碼編譯成機器碼；好處是夠快，不占用運行時系統(tǒng)資源，缺點是"啟動過程" 會很緩慢；

第二條路線：已知即時編譯運行時做性能統(tǒng)計分析占用資源，那么，我們可以把其中一些耗費資源的編譯工作，放到提前編譯階段來完成啊，最后在運行時即時編譯器再去使用，那么可以大大節(jié)省即時編譯的開銷；這個分支可以把它看作是即時編譯緩存；

遺憾的是它只支持 G1 或者 Parallel 垃圾收集器，且只存在JDK 9 以后的版本，暫不需要去關(guān)注它；JDK 9 以后的版本可以使用這個參數(shù)打印相關(guān)信息：[-XX:PrintAOT]。

三、關(guān)于測試的約束

執(zhí)行用時統(tǒng)計

System.naoTime() 輸出的是過了多少時間[微秒：10的負(fù)9次方秒]，并不是完全精確的方法執(zhí)行用時的合計，為了保證結(jié)果準(zhǔn)確性，測試的運算次數(shù)將拉長到百萬甚至千萬次。

編譯器優(yōu)化的因素

這里我要做的是：對比完全不使用任何編譯優(yōu)化，與使用即時編譯時，try catch 對的性能影響。

（1）通過指令禁用 JVM 的編譯優(yōu)化，讓它以最原始的狀態(tài)運行，然后看有無 try catch 的影響。

（2）通過指令使用即時編譯，盡量做到把后端優(yōu)化拉滿，看看 try catch 十有會影響到 jvm的編譯優(yōu)化。

關(guān)于指令重排序

目前尚未可知 try catch 的使用影響指令重排序；

我們這里的討論有一個前提，當(dāng) try catch 的使用無法避免時，我們應(yīng)該如何使用 try catch 以應(yīng)對它可能存在的對指令重排序的影響。

指令重排序發(fā)生在多線程并發(fā)場景，這么做是為了更好的利用CPU資源，在單線程測試時不需要考慮。不論如何指令重排序，都會保證最終執(zhí)行結(jié)果，與單線程下的執(zhí)行結(jié)果相同；

雖然我們不去測試它，但是也可以進(jìn)行一些推斷，參考 volatile 關(guān)鍵字禁止指令重排序的做法：插入內(nèi)存屏障；

假定 try catch 存在屏障，導(dǎo)致前后的代碼分割；那么最少的try catch代表最少的分割。

所以，是不是會有這樣的結(jié)論呢：我們把方法體內(nèi)的 多個 try catch 合并為一個 try catch 是不是反而能減少屏障呢？這么做勢必造成 try catch 的范圍變大。

當(dāng)然，上述關(guān)于指令重排序討論內(nèi)容都是基于個人的猜想，猶未可知 try catch 是否影響指令重排序；本文重點討論的也只是單線程環(huán)境下的 try catch 使用影響性能。

四、測試代碼

循環(huán)次數(shù)為100W ，循環(huán)內(nèi)10次預(yù)算[給編譯器優(yōu)化預(yù)留優(yōu)化的可能，這些指令可能被合并；

五、解釋模式下執(zhí)行測試

設(shè)置如下JVM參數(shù)，禁用編譯優(yōu)化

-Xint
  -XX:-BackgroundCompilation

結(jié)合測試代碼發(fā)現(xiàn)，即使百萬次循環(huán)計算，每個循環(huán)內(nèi)都使用了 try catch 也并沒用對造成很大的影響。

唯一發(fā)現(xiàn)了一個問題，每個循環(huán)內(nèi)都是使用 try catch 且使用多次。發(fā)現(xiàn)性能下降，千萬次計算差值為：5~7 毫秒；4個 try 那么執(zhí)行的指令最少4條goto ，前邊闡述過，這里造成這個差異的主要原因是 goto 指令占比過大，放大了問題；當(dāng)我們在幾百行代碼里使用少量try catch 時，goto所占比重就會很低，測試結(jié)果會更趨于合理。

六、編譯模式測試

設(shè)置如下測試參數(shù)，執(zhí)行10 次即為熱點代碼

-Xcomp
   -XX:CompileThreshold=10
   -XX:-UseCounterDecay
   -XX:OnStackReplacePercentage=100
   -XX:InterpreterProfilePercentage=33

執(zhí)行結(jié)果如下圖，難分勝負(fù)，波動只在微秒級別，執(zhí)行速度也快了很多，編譯效果拔群啊，甚至連 “解釋模式” 運行時多個try catch 導(dǎo)致的，多個goto跳轉(zhuǎn)帶來的問題都給順帶優(yōu)化了；由此也可以得到 try catch 并不會影響即時編譯的結(jié)論。

我們可以再上升到億級計算，依舊難分勝負(fù)，波動在毫秒級。

七、結(jié)論

try catch 不會造成巨大的性能影響，換句話說，我們平時寫代碼最優(yōu)先考慮的是程序的健壯性，當(dāng)然大佬們肯定都知道了怎么合理使用try catch了，但是對萌新來說，你如果不確定，那么你可以使用 try catch；

在未發(fā)生異常時，給代碼外部包上 try catch，并不會造成影響。舉個栗子吧，我的代碼中使用了：URLDecoder.decode，所以必須得捕獲異常。

private int getThenAddNoJudge(JSONObject json, String key){
        if (Objects.isNull(json))
            throw new IllegalArgumentException("參數(shù)異常");
        int num;
        try {
            // 不校驗 key 是否未空值，直接調(diào)用 toString 每次觸發(fā)空指針異常并被捕獲
            num = 100 + Integer.parseInt(URLDecoder.decode(json.get(key).toString(), "UTF-8"));
        } catch (Exception e){
            num = 100;
        }
        return num;
    }
 
    private int getThenAddWithJudge(JSONObject json, String key){
        if (Objects.isNull(json))
            throw new IllegalArgumentException("參數(shù)異常");
        int num;
        try {
            // 校驗 key 是否未空值
            num = 100 + Integer.parseInt(URLDecoder.decode(Objects.toString(json.get(key), "0"), "UTF-8"));
        } catch (Exception e){
            num = 100;
        }
        return num;
    }
 
    public static void main(String[] args){
        int times = 1000000;// 百萬次
 
        long nao1 = System.nanoTime();
        ExecuteTryCatch executeTryCatch = new ExecuteTryCatch();
        for (int i = 0; i < times; i++){
            executeTryCatch.getThenAddWithJudge(new JSONObject(), "anyKey");
        }
        long end1 = System.nanoTime();
        System.out.println("未拋出異常耗時：millions=" + (end1 - nao1) / 1000000 + "毫秒 nao=" + (end1 - nao1) + "微秒");
 
        long nao2 = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < times; i++){
            executeTryCatch.getThenAddNoJudge(new JSONObject(), "anyKey");
        }
        long end2 = System.nanoTime();
        System.out.println("每次必拋出異常：millions=" + (end2 - nao2) / 1000000 + "毫秒 nao=" + (end2 - nao2) + "微秒");
    }

調(diào)用方法百萬次，執(zhí)行結(jié)果如下：

到此，關(guān)于“使用try-catch捕獲異常會不會影響性能”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識，請繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬嵱玫奈恼拢?/p>