歡迎來到“Under The Hood”第七期。本期我們介紹JVM處理finally子句的方式及相關字節碼。你可能需要閱讀往期的文章才能更好的理解本文。
finally子句
JVM執行Java字節碼時，它有幾種方式可以退出一個代碼塊（花括號中間的語句）。其中之一，就是簡單的執行完其中所有的語句，然后退出代碼塊。第二種，JVM可能會在代碼塊中間的任何一處，遇到像break，continue，return之類的語句，強制它跳出該代碼塊。第三種，JVM可能會在執行過程中，出現了異常，然后它跳轉到匹配的catch子句，或者沒有找到相應的catch子句，直接退出當前線程。由于單個代碼塊有如此多的潛在退出點（exit point），擁有一個簡單的方式來表達“無論代碼塊以什么方式退出，有些事情總能發生”是很值得的。然后就有了try-finally子句。
try-finally子句的用法：
- 把擁有多個退出點的代碼塊放在try塊中，并且
- 把無論try塊怎么退出，始終能被執行的代碼放在finally塊中。
例如：
-
try {
-
// Block of code with multiple exit points
-
}
-
finally {
-
// Block of code that is always executed when the try block is exited,
-
// no matter how the try block is exited
-
}
如果try塊有多個catch子句與之關聯，你就必須把finally子句放在所有catch子句的后面：
-
try {
-
// Block of code with multiple exit points
-
}
-
catch (Cold e) {
-
System.out.println("Caught cold!");
-
}
-
catch (APopFly e) {
-
System.out.println("Caught a pop fly!");
-
}
-
catch (SomeonesEye e) {
-
System.out.println("Caught someone's eye!");
-
}
-
finally {
-
// Block of code that is always executed when the try block is exited,
-
// no matter how the try block is exited.
-
System.out.println("Is that something to cheer about?");
-
}
在try塊的代碼執行過程中，先由catch子句負責處理拋出的異常，然后再執行finall子句中的代碼。例如，如果上述代碼中的try塊拋出Cold異常，控制臺將會輸出如下信息：
-
Caught cold!
-
Is that something to cheer about?
字節碼中的try-finally子句
在字節碼中，finally子句扮演著方法中子程序的角色。在try塊和它所關聯的catch子句中的每個退出點，代表finally子句的子程序會被調用。一旦最后一條語句執行完成，且沒有拋出異常，沒有執行return、continue、和break，則finally子句調用結束，子程序返回。JVM從調用子程序的指令后下一條指令繼續執行，這樣try塊就能以適當的方式退出了。
讓JVM跳轉到子程序的操作碼是jsr指令。jsr指令有2個單字節操作數，它們組成子程序入口地址到jsr跳轉指令的偏移量。jsr_w指令是jsr的變種，功能和jsr相同，但有4個單字節操作數。當JVM遇到jsr或jsr_w指令，它把返回地址（return address，即jsr或jsr_w指令的下一條指令地址）壓入棧中，然后從子程序的入口處繼續往下執行。
JVM在子程序完成之后，調用ret指令，從子程序返回。ret指令擁有一個操作數，它是一個索引，指向存儲返回地址的本地變量。處理finally子句的操作碼總結如下：
|
OPCODE
|
OPERAND(S)
|
DESCRIPTION
|
| jsr |
branchbyte1, branchbyte2 |
pushes the return address, branches to offset |
| jsr_w |
branchbyte1, branchbyte2, branchbyte3, branchbyte4 |
pushes the return address, branches to wide offset |
| ret |
index |
returns to the address stored in local variable index |
不要把子程序和Java里的方法搞混了，Java中的方法會使用不同于子程序的指令集。invokevirtual或invokeonvirtual指令用來處理方法調用，而return，areturn或ireturn指令用來處理方法返回。jsr指令不會導致方法被調用，而會使JVM跳轉到同一方法中不同的指令處。類似的，ret指令不會從方法中返回，它讓JVM從子程序返回到jsr指令的下一條指令處。實現finally子句的字節碼之所以被稱為子程序，是因為它們看起來像是單個方法的字節碼流中的很小的子程序。
你可能會認為ret指令應該把返回地址從棧中彈出，因為那里是它被jsr指令壓入的地方。但是，你錯了。
每個子程序的開始，返回地址就被從棧頂彈出，并保存到本地變量中。ret指令會從同一個本地變量獲得子程序的返回地址。這種不對稱的返回地址使用方式是必須的，因為finall子句（子程序）本身可以拋出異常，或者包含return，break或continue語句。由于這種可能性，被jsr指令壓入棧中的返回地址必須立即從棧頂移除，這樣當JVM由于break，continue，return語句或拋出的異常而從finally子句中退出時，返回地址就不會依舊保存在棧中。因此，返回地址在子程序執行的開始，就被保存到本地變量中。
作為示例，參考下面的代碼，它包含一個擁有break語句的finally子句。無論傳給surpriseTheProgrammer()方法的參數是什么，這段代碼的結果總是false。
-
static boolean surpriseTheProgrammer(boolean bVal) {
-
while (bVal) {
-
try {
-
return true;
-
}
-
finally {
-
break;
-
}
-
}
-
return false;
-
}
上面的例子顯示了，為什么要在子程序的開始處，就把返回地址保存到本地變量中。因為finally子句從break返回，它不會執行ret指令。結果就是JVM不會執行“return true”語句，它會執行break語句，并繼續往下執行，結束while循環，執行“return false”。
以break語句退出finally子句的方式，跟以return，continue或者拋出異常的方式退出是一樣的。如果finally子句以這四種方式之一退出，子句中的ret指令永遠都不會被執行到。鑒于此，ret指令不能保證肯定會被執行，JVM不能指望它去移除棧中的返回地址。因此，返回地址在子程序執行的開始，就被保存到本地變量中。
作為一個完整的例子，請看如下方法，它包含一個有2個退出點的try塊。
-
static int giveMeThatOldFashionedBoolean(boolean bVal) {
-
try {
-
if (bVal) {
-
return 1;
-
}
-
return 0;
-
}
-
finally {
-
System.out.println("Got old fashioned.");
-
}
-
}
它的字節碼如下：
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// The bytecode sequence for the try block:
-
0 iload_0 // Push local variable 0 (arg passed as divisor)
-
1 ifeq 11 // Push local variable 1 (arg passed as dividend)
-
4 iconst_1 // Push int 1
-
5 istore_3 // Pop an int (the 1), store into local variable 3
-
6 jsr 24 // Jump to the mini-subroutine for the finally clause
-
9 iload_3 // Push local variable 3 (the 1)
-
10 ireturn // Return int on top of the stack (the 1)
-
11 iconst_0 // Push int 0
-
12 istore_3 // Pop an int (the 0), store into local variable 3
-
13 jsr 24 // Jump to the mini-subroutine for the finally clause
-
16 iload_3 // Push local variable 3 (the 0)
-
17 ireturn // Return int on top of the stack (the 0)
-
// The bytecode sequence for a catch clause that catches any kind of exception
-
// thrown from within the try block.
-
18 astore_1 // Pop the reference to the thrown exception, store
-
// into local variable 1
-
19 jsr 24 // Jump to the mini-subroutine for the finally clause
-
22 aload_1 // Push the reference (to the thrown exception) from
-
// local variable 1
-
23 athrow // Rethrow the same exception
-
// The miniature subroutine that implements the finally block.
-
24 astore_2 // Pop the return address, store it in local variable 2
-
25 getstatic #8 // Get a reference to java.lang.System.out
-
28 ldc #1 // Push < string "Got old fashioned." > from the constant pool
-
30 invokevirtual #7 // Invoke System.out.println()
-
33 ret 2 // Return to return address stored in local variable 2
try塊的字節碼中含有2個jsr指令，另外一個jsr指令在catch子句中。catch子句是由編譯器自動添加的，因為如果在try塊執行過程中拋出異常，finally塊必須任然被執行。因此catch子句僅僅調用代表finally塊的子程序，然后拋出相同的異常。下面所示的giveMeThatOldFashionedBoolean() 方法的異常表說明，0到17行所拋出的任何異常，都由從18行開始的catch子句來處理。
|
FROM
|
TO
|
TARGET
|
TYPE
|
| 0 |
18 |
18 |
any |
可以看出，finally子句的字節碼，以彈出并保存棧頂返回地址到本地變量開始，以從本地變量2中取得返回地址的ret指令返回。
本文譯自：Try-finally clauses defined and demonstrated
譯者注：基于字節碼校驗方面的考量，JVM中的jsr/ret指令在Java 6.0時，已經被移除。