啪啪，打臉了！領導說：try-catch必須放在迴圈體外！

Java中文社群發表於2020-06-02

哈嘍，親愛的小夥伴們，技術學磊哥，進步沒得說！歡迎來到新一期的效能解讀系列，我是磊哥。

今天給大家帶來的是關於 try-catch 應該放在迴圈體外，還是放在迴圈體內的文章，我們將從效能和業務場景分析這兩個方面來回答此問題。

很多人對 try-catch 有一定的誤解，比如我們經常會把它（try-catch）和“低效能”直接畫上等號，但對 try-catch 的本質（是什麼）卻缺少著最基礎的瞭解，因此我們也會在本篇中對 try-catch 的本質進行相關的探索。

小貼士：我會盡量用程式碼和評測結果來證明問題，但由於本身認知的侷限，如有不當之處，請讀者朋友們在評論區指出。

效能評測

話不多說，我們直接來開始今天的測試，本文我們依舊使用 Oracle 官方提供的 JMH（Java Microbenchmark Harness，JAVA 微基準測試套件）來進行測試。

首先在 pom.xml 檔案中新增 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>

完整測試程式碼如下：

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 效能測試
 */
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 測試完成時間
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@Warmup(iterations = 1, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 預熱 1 輪，每次 1s
@Measurement(iterations = 5, time = 5, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 測試 5 輪，每次 3s
@Fork(1) // fork 1 個執行緒
@State(Scope.Benchmark)
@Threads(100)
public class TryCatchPerformanceTest {
    private static final int forSize = 1000; // 迴圈次數
    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        // 啟動基準測試
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(TryCatchPerformanceTest.class.getSimpleName()) // 要匯入的測試類
                .build();
        new Runner(opt).run(); // 執行測試
    }

    @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;
    }
}

以上程式碼的測試結果為：

從以上結果可以看出，程式在迴圈 1000 次的情況下，單次平均執行時間為：

  • 迴圈內包含 try-catch 的平均執行時間是 635 納秒 ±75 納秒，也就是 635 納秒上下誤差是 75 納秒；
  • 迴圈外包含 try-catch 的平均執行時間是 630 納秒，上下誤差 38 納秒。

也就是說，在沒有發生異常的情況下，除去誤差值，我們得到的結論是：try-catch 無論是在 for 迴圈內還是 for 迴圈外，它們的效能相同，幾乎沒有任何差別。

try-catch的本質

要理解 try-catch 的效能問題，必須從它的位元組碼開始分析，只有這樣我能才能知道 try-catch 的本質到底是什麼，以及它是如何執行的。

此時我們寫一個最簡單的 try-catch 程式碼：

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

然後使用 javac 生成位元組碼之後，再使用 javap -c AppTest 的命令來檢視位元組碼檔案：

➜ javap -c AppTest 
警告: 二進位制檔案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
}

從以上位元組碼中可以看到有一個異常表：

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

引數說明：

  • from：表示 try-catch 的開始地址；
  • to：表示 try-catch 的結束地址；
  • target：表示異常的處理起始位；
  • type：表示異常類名稱。

從位元組碼指令可以看出，當程式碼執行時出錯時，會先判斷出錯資料是否在 from 到 to 的範圍內，如果是則從 target 標誌位往下執行，如果沒有出錯，直接 goto 到 return。也就是說，如果程式碼不出錯的話，效能幾乎是不受影響的，和正常的程式碼的執行邏輯是一樣的。

業務情況分析

雖然 try-catch 在迴圈體內還是迴圈體外的效能是類似的，但是它們所程式碼的業務含義卻完全不同，例如以下程式碼：

public class AppTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("迴圈內的執行結果：" + innerForeach());
        System.out.println("迴圈外的執行結果：" + 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;
    }
}

以上程式的執行結果為：

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)

迴圈內的執行結果：5

迴圈外的執行結果：3

可以看出在迴圈體內的 try-catch 在發生異常之後，可以繼續執行迴圈；而迴圈外的 try-catch 在發生異常之後會終止迴圈。

因此我們在決定 try-catch 究竟是應該放在迴圈內還是迴圈外，不取決於效能（因為效能幾乎相同），而是應該取決於具體的業務場景。

例如我們需要處理一批資料，而無論這組資料中有哪一個資料有問題，都不能影響其他組的正常執行，此時我們可以把 try-catch 放置在迴圈體內；而當我們需要計算一組資料的合計值時，只要有一組資料有誤，我們就需要終止執行，並丟擲異常，此時我們需要將 try-catch 放置在迴圈體外來執行。

總結

本文我們測試了 try-catch 放在迴圈體內和迴圈體外的效能，發現二者在迴圈很多次的情況下效能幾乎是一致的。然後我們通過位元組碼分析，發現只有當發生異常時，才會對比異常表進行異常處理，而正常情況下則可以忽略 try-catch 的執行。但在迴圈體內還是迴圈體外使用 try-catch，對於程式的執行結果來說是完全不同的，因此我們應該從實際的業務出發，來決定到 try-catch 應該存放的位置，而非效能考慮。

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