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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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- 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 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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