问题

在《深入理解Java虚拟机》一书中遇到了如下代码:

public int method() {
int i;
try {
i = 1;
return i;
} catch (Exception e) {
i = 2;
return i;
} finally {
i = 3;
}
}

由于曾经搜了一下return和finally的问题后,只是简单的看到了finally会执行,从而导致自己误以为只是简单地把finally的执行顺序放到return语句之前,因此判断这段代码的执行结果应该是3,可实际运行结果是1。研究后发现自己当初真是太糊涂,于是便记录下来。

工具

我们都知道,class文件中的内容就是可供JVM理解的字节码,JVM也是根据class的字节码来执行程序代码,所以class文件中就包含着程序代码最终的执行顺序。

我们可以通过官方提供的javap -c 再加上class文件的路径来得到各个方法对应的指令码。

例如:javap -c Test.class

引例

由于是打算使用JVM的指令码来解决这个问题,刚开始先以一个简单的方法来说明一下。对于如下方法:

public int method1() {
int i = 1;
return i;
}

该方法对应的指令码为:

public int method1();
Code:
0: iconst_1
1: istore_1
2: iload_1
3: ireturn

每个指令对应着一个操作,上面的指令码意思是:

  1. 将int型数值0推送至栈顶
  2. 将栈顶int型元素存入第二个空间中
  3. 将第二个空间的int型元素推送至栈顶
  4. 返回将栈顶的int型元素并退出这个方法

由此可以看出,通过指令码,我们可以直观地看到程序代码的执行顺序,这对于解决任何执行顺序的问题是一个利器。

如果还是感觉有些不明所以,那我们可以再看看i++++i的问题。对于如下代码:

// return 1
public int method2() {
int i = 1;
return i++;
} // return 2
public int method3() {
int i = 1;
return ++i;
}

它们的指令码分别是:

public int method2();
Code:
0: iconst_1
1: istore_1
2: iload_1
3: iinc 1, 1
6: ireturn public int method3();
Code:
0: iconst_1
1: istore_1
2: iinc 1, 1
5: iload_1
6: ireturn

显然,这两段指令码最大的区别就是iinc 1,1指令的位置不同,而且如果把这条指令删除,那么与method1的指令码完全一致,对应源代码来看,这条指令就是++这个符号的影响了。

而这个关键的iinc 1,1指令的作用哪怕完全不懂也能猜出来,就是将第二个空间的int数据+1后再放回第二个空间

将这个含义放到指令码中再重新捋一遍,以method2为例:

  1. 将int型数值0推送至栈顶
  2. 将栈顶int型元素存入第二个空间中
  3. 将第二个空间的int型元素(1)推送至栈顶
  4. 将第二个空间的int数据+1后再放回第二个空间
  5. 返回将栈顶的int型元素并退出这个方法

需要注意的是,第三步是将1而不是整个空间推送至栈顶,所以第四步对第二个空间中的数据1加1后并没有改变栈顶的值,因此返回值为1。相对的,method2则是:

  1. 将int型数值0推送至栈顶
  2. 将栈顶int型元素存入第二个空间中
  3. 将第二个空间的int数据+1后再放回第二个空间
  4. 将第二个空间的int型元素(2)推送至栈顶
  5. 返回将栈顶的int型元素并退出这个方法

所以,返回的是2。

解决

现在我们可以看最初的method方法了,在这里再复制一遍代码:

public int method() {
int i;
try {
i = 1;
return i;
} catch (Exception e) {
i = 2;
return i;
} finally {
i = 3;
}
}

对应的指令码:

public int method();
Code:
0: iconst_1
1: istore_1
2: iload_1
3: istore 4
5: iconst_3
6: istore_1
7: iload 4
9: ireturn
10: astore_2
11: iconst_2
12: istore_1
13: iload_1
14: istore 4
16: iconst_3
17: istore_1
18: iload 4
20: ireturn
21: astore_3
22: iconst_3
23: istore_1
24: aload_3
25: athrow
Exception table:
from to target type
0 5 10 Class java/lang/Exception
0 5 21 any
10 16 21 any

这段指令码不同的地方在于最后有一个异常表,我们先不用管它,先看到第一个ireturn指令的指令码,即代码中的第9行为止的指令码:

0: iconst_1
1: istore_1
2: iload_1
3: istore 4
5: iconst_3
6: istore_1
7: iload 4
9: ireturn

这段指令码就是当没有异常时,程序执行的指令码,finally语句块的指令码已经包含在里面了:

  1. 将int型数值1推送至栈顶
  2. 将栈顶int型元素存入第二个空间中
  3. 将第二个空间的int型元素(1)推送至栈顶
  4. 将栈顶int型元素存入第五个空间中
  5. 将int型数值3推送至栈顶
  6. 将栈顶int型元素存入第二个空间中(3
  7. 第五个空间的int型元素(1)推送至栈顶
  8. 返回将栈顶的int型元素并退出这个方法

由此可以看出,方法返回的是第五个空间的1而不是第二个空间的3,和运行结果一致。

其中,关键的地方就是第四步以及第七步。由此可见,Java程序在执行时遇到return语句时,会先将方法的返回值保存起来,如果还有finally语句块,那么就先执行finally语句块,最后再将返回值取出后返回

另外,如果return后跟的是表达式或者方法,那么会先计算出最终的返回值后再执行finally语句块,可自行验证。

当然,如果保存的返回值是一个引用类型的变量,那么在finally代码块中修改则会改变这个变量本身的属性,因而改变返回值的属性,毕竟finally的代码是的的确确执行过了。

例如,返回一个List,在finally中又对List进行了增加或删除,那么返回的List的内容自然也变了。

附加

关于指令码其余的部分,涉及到更多知识,在这里根据我的理解简单说一下。

这段指令码最后有一个异常表,它的含义可以简单解释为:在[from,to)的区间内,如果发生type类型的异常,那么就跳到target执行。

正因为有了异常表的存在,在出现异常时,程序可以根据产生的异常来跳到正确的位置执行接下来的代码。

[10,20]即为catch代码块对应的指令码,不过其中会把捕捉到的异常存储下来,也就是源代码中的Exception e。[21,25]则是会把try语句块中抛出的catch没有捕捉的异常保存下来,然后执行finally的代码,最后抛出该异常结束方法。

这三片指令码都包含了finally的指令码,也就保证了源代码中finally的代码肯定会执行。

结论

Java程序在执行时遇到return语句时,会先将方法的返回值保存起来,如果还有finally语句块,那么就先执行finally语句块,最后再将返回值取出后返回。另外,如果return后跟的是表达式或者方法,那么会先计算出最终的返回值后再执行finally语句块。

笔记内容只是本人思考而写,如果有什么问题,还请指出,谢谢!

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