Java if 与 try/catch 开销

Question

Java 中使用 try/catch 块（与 if 块 相比）是否有任何开销（假设所附代码不要求如此）？

例如，采用以下两个字符串“安全修剪”方法的简单实现：

public String tryTrim(String raw) {
    try {
        return raw.trim();
    } catch (Exception e) {
    }
    return null;
}

public String ifTrim(String raw) {
    if (raw == null) {
        return null;
    }
    return raw.trim();
}

如果 raw 输入很少为 null，是否存在性能差异两种方法之间？

此外，使用 tryTrim() 方法来简化代码布局是一个很好的编程模式吗？尤其是当许多 if 块很少检查时通过将代码包含在一个 try/catch 块中可以避免错误情况吗？

例如，一种常见的情况是有一个具有 N 个参数 的方法，该方法在其开始处使用其中的 M <= N 个参数，如果有任何此类参数，则会快速且确定性地失败参数“无效”（例如，null 或空字符串），而不影响代码的其余部分。

在这种情况下，不必编写 k * M if 块（其中 k 是每个参数的平均检查次数，例如 k = 2 对于 null 或空字符串），try/catch 块将显着缩短代码，并且可以使用 1-2 行注释来明确注释“非常规”逻辑。

这种模式也会加速该方法，特别是如果错误情况很少发生，并且不会影响程序安全（假设错误情况是“正常的”，例如在字符串处理方法中，其中 null 或空值）是可以接受的，尽管很少出现）。

Answer 1

我知道您问的是性能开销，但您确实不应该互换使用 try/catch 和 if。

try/catch 用于处理超出您控制范围且不属于正常程序流程的错误。例如，尝试写入文件而文件系统已满？这种情况通常应该使用 try/catch 来处理。

if 语句应该是正常的流程和普通的错误检查。例如，用户无法填充必填输入字段？使用if，而不是try/catch。

在我看来，您的示例代码强烈建议正确的方法是 if 语句，而不是 try/catch。

为了回答您的问题，我推测 try/catch 中的开销通常比 if 中的开销更多。要确定答案，请获取 Java 分析器并找出您关心的特定代码。答案可能会根据具体情况而有所不同。

Answer 2

这个问题几乎已经被“回答得要死”，但我认为还有几点可以有用地提出：

• 使用 try / catch 进行非异常控制流是不好的风格（在爪哇）。 （人们经常争论“非例外”的含义......但这是一个不同的话题。）

• 这种风格不好的部分原因是 try / catch 是 比常规控制流语句¹贵几个数量级。实际差异取决于程序和平台，但我预计它会贵 1000 倍或更多倍。除此之外，创建异常对象捕获堆栈跟踪，查找并复制堆栈上每个帧的信息。堆栈越深，需要复制的内容就越多。

• 它的风格不好的另一个原因是代码更难阅读。

^{1 - 最近版本的 Java 中的 JIT 可以优化异常处理，从而在某些情况下大幅减少开销。但是，默认情况下不会启用这些优化。}

您编写示例的方式也存在问题：

• 捕获 Exception 是非常糟糕的做法，因为有一个您有可能会意外捕获其他未经检查的异常。例如，如果您围绕调用 raw.substring(1) 执行此操作，您还会捕获潜在的 StringIndexOutOfBoundsException ... 并隐藏错误。

• 您的示例尝试执行的操作（可能）是处理 null 字符串时实践不当的结果。作为一般原则，您应该尽量减少 null 字符串的使用，并尝试限制它们（有意的）传播。如果可能，请使用空字符串而不是 null 来表示“无值”。当您确实需要传递或返回null字符串时，请在方法javadoc中清楚地记录它。如果您的方法在不应调用时使用 null 进行调用...这是一个错误。让它抛出异常。不要尝试通过（在本示例中）返回 null 来弥补错误。

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我的问题更为笼统，不仅仅针对 null 值。

...我的回答中的大部分要点都与 null 值无关！

但请记住，在很多情况下，您希望允许偶尔出现 null 值或任何其他可能产生异常的值，然后忽略它们。例如，当从某处读取键/对值并将它们传递给上面的 tryTrim() 之类的方法时，就是这种情况。

是的，在某些情况下需要 null 值，您需要处理它们。

但我认为，tryTrim() 正在做的事情（通常）是处理 null 的错误方法。比较这三段代码：

// Version 1
String param = httpRequest.getParameter("foo");
String trimmed = tryTrim(param);
if (trimmed == null) {
    // deal with case of 'foo' parameter absent
} else {
    // deal with case of 'foo' parameter present
}

// Version 2
String param = httpRequest.getParameter("foo");
if (param == null) {
    // deal with case of 'foo' parameter absent
} else {
    String trimmed = param.trim();
    // deal with case of 'foo' parameter present
}

// Version 3
String param = httpRequest.getParameter("foo");
if (param == null) {
    // treat missing and empty parameters the same
    param = "";
}
String trimmed = param.trim();

最终，您必须以与常规字符串不同的方式处理 null，并且通常最好尽快执行此操作。允许 null 从其原点传播得越远，程序员就越有可能忘记 null 值是一个可能性，并编写假设非空值的错误代码。忘记 HTTP 请求参数可能会丢失（即 param == null）是发生这种情况的典型情况。

我并不是说 tryTrim() 本质上是不好的。但事实上，您觉得需要像这样编写方法，这可能表明空处理不太理想。

最后，还有其他方法可以在 API 中对“没有值”进行建模。其中包括：

• 在 setter 和构造函数中测试意外的 null，并引发异常或替换不同的值。
• 添加 isSet 方法...如果结果为 null，则在 get 中引发异常。
• 使用空对象模式。
• 使用空字符串、空集合、零长度数组等代替 null 字符串、集合或数组¹。
• 使用可选。

---

^{1 - 请注意，这与空对象模式不同，因为不一定只有一个类型实例来表示“无效”。但如果你遵守纪律，你可以将这两种想法结合起来。}

Answer 3

使用第二个版本。当有其他替代方案可用时，切勿使用异常来控制流，因为这不是它们的用途。例外是指特殊情况。

在讨论这个主题时，不要在这里捕捉Exception，尤其不要吞下它。在您的情况下，您会期望出现 NullPointerException。如果你要抓住什么，那就是你会抓住的（但是回到第一段，不要这样做）。当您捕获（并吞下！）Exception 时，您是在说“无论发生什么问题，我都可以处理它。我不在乎它是什么。”您的程序可能处于不可撤销的状态！只捕获您准备处理的内容，让其他所有内容传播到可以处理它的层，即使该层是顶层并且它所做的只是记录异常然后点击弹出开关。

Answer 4

否则，异常抛出和捕获的速度很快（尽管 if 可能仍然更快），但缓慢的是创建异常的堆栈跟踪，因为它需要遍历所有当前堆栈。 （一般来说，使用异常来控制流是不好的，但是当确实需要并且异常必须很快时，可以通过重写 Throwable.fillInStackTrace() 方法来跳过构建堆栈跟踪，或者保存一个异常实例并重复抛出它，而不是总是创建一个新的异常实例。）

Answer 5

至于开销，您可以自己测试：

public class Overhead {

public static void main(String[] args) {
    String testString = "";

    long startTimeTry = System.nanoTime();
    tryTrim(testString);
    long estimatedTimeTry = System.nanoTime() - startTimeTry;

    long startTimeIf = System.nanoTime();
    ifTrim(testString);
    long estimatedTimeIf = System.nanoTime() - startTimeIf;

    System.out.println("Try time:" + estimatedTimeTry);
    System.out.println("If time:" + estimatedTimeIf);

}

public static String tryTrim(String raw) {
    try {
        return raw.trim();
    } catch (Exception e) {
    }
    return null;
}

public static String ifTrim(String raw) {
    if (raw == null) {
        return null;
    }
    return raw.trim();
}

}

我得到的数字是：

Try time:8102
If time:1956

至于什么风格 - 这是一个完全独立的问题。 if 语句看起来很自然，但由于多种原因， try 看起来非常奇怪：
- 即使您正在检查 NULL 值，您也捕获了异常，您是否期望发生“异常”的事情（否则捕获 NullException）？
- 你发现了这个异常，你会报告它还是吞下去？
等等 等等

编辑：请参阅我的评论，了解为什么这是一个无效的测试，但我真的不想将其留在这里。只需交换 tryTrim 和 ifTrim，我们突然得到以下结果（在我的机器上）：

Try time:2043
If time:6810

无需开始解释所有这些，只需阅读 this 作为开始 - Cliff 也有一些关于整个主题的很棒的幻灯片，但我目前找不到链接。

了解 Hotspot 中异常处理的工作原理后，我相当确定在正确的测试中（没有异常的 try/catch）将是基准性能（因为没有任何开销），但是 JIT 可以通过空指针检查来玩一些技巧，然后方法调用（没有显式检查，但如果对象为 null，则捕获硬件异常），在这种情况下我们会得到相同的结果。
另外不要忘记：我们正在讨论一个容易预测的差异，如果这将是一个 CPU 周期！修剪电话的费用将是这个数字的一​​百万倍。