啪啪,打臉了!領導說:try-catch必須放在循環體外!_租車

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

今天給大家帶來的是關於 try-catch 應該放在循環體外,還是放在循環體內的文章,我們將從性能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“低性能”直接畫上等號,但對 try-catch 的本質(是什麼)卻缺少着最基礎的了解,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:我會盡量用代碼和評測結果來證明問題,但由於本身認知的局限,如有不當之處,請讀者朋友們在評論區指出。

性能評測

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 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>

完整測試代碼如下:

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 性能測試
 */
@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 個線程
@State(Scope.Benchmark)
@Threads(100)
public class TryCatchPerformanceTest {
    private static final int forSize = 1000; // 循環次數
    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        // 啟動基準測試
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(TryCatchPerformanceTest.class.getSimpleName()) // 要導入的測試類
                .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;
    }
}

以上代碼的測試結果為:

從以上結果可以看出,程序在循環 1000 次的情況下,單次平均執行時間為:

  • 循環內包含 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;
  • 循環外包含 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 循環內還是 for 循環外,它們的性能相同,幾乎沒有任何差別

try-catch的本質

要理解 try-catch 的性能問題,必須從它的字節碼開始分析,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 代碼:

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 生成字節碼之後,再使用 javap -c AppTest 的命令來查看字節碼文件:

 javap -c AppTest 
警告: 二進制文件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
}

從以上字節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

參數說明:

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日本、大陸,發現這些先進的國家已經早就讓電動車優先上路,而且先進國家空氣品質相當好,電動車節能減碳可以減少空污

  • 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。

從字節碼指令可以看出,當代碼運行時出錯時,會先判斷出錯數據是否在 fromto 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 gotoreturn。也就是說,如果代碼不出錯的話,性能幾乎是不受影響的,和正常的代碼的執行邏輯是一樣的。

業務情況分析

雖然 try-catch 在循環體內還是循環體外的性能是類似的,但是它們所代碼的業務含義卻完全不同,例如以下代碼:

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

以上程序的執行結果為:

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)

循環內的執行結果:5

循環外的執行結果:3

可以看出在循環體內的 try-catch 在發生異常之後,可以繼續執行循環;而循環外的 try-catch 在發生異常之後會終止循環。

因此我們在決定 try-catch 究竟是應該放在循環內還是循環外,不取決於性能(因為性能幾乎相同),而是應該取決於具體的業務場景

例如我們需要處理一批數據,而無論這組數據中有哪一個數據有問題,都不能影響其他組的正常執行,此時我們可以把 try-catch 放置在循環體內;而當我們需要計算一組數據的合計值時,只要有一組數據有誤,我們就需要終止執行,並拋出異常,此時我們需要將 try-catch 放置在循環體外來執行。

總結

本文我們測試了 try-catch 放在循環體內和循環體外的性能,發現二者在循環很多次的情況下性能幾乎是一致的。然後我們通過字節碼分析,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。但在循環體內還是循環體外使用 try-catch,對於程序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,而非性能考慮

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