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?? Hi，我是丑丑。本文 「Java 路線」| 導(dǎo)讀 —— 他山之石，可以攻玉 已收錄，這里有 Android 進(jìn)階成長路線筆記 & 博客，歡迎跟著彭丑丑一起成長。（聯(lián)系方式在 GitHub）
前言
- 經(jīng)過前面幾篇文章的積累，相信你已經(jīng)掌握了 靜態(tài)的 Class 文件的結(jié)構(gòu)，也理解了虛擬機(jī)類加載和字節(jié)碼執(zhí)行的 動態(tài)過程；
- 這篇文章，我們來聊一聊
Java的編譯過程，你將看到從源碼到字節(jié)碼再到本地代碼的整個過程。請點贊，你的點贊和關(guān)注真的對我非常重要！
目錄
1. 經(jīng)典程序編譯原理
將源代碼翻譯為目標(biāo)代碼的過程，稱為編譯過程。在一般上下文語境，編譯一詞通常指的是*.java轉(zhuǎn)換為*.class的過程，這個過程也被稱為 編譯前端。除此之外，編譯一詞還可以指運(yùn)行期即時編譯（JIT，Just in Time Compile）或者（靜態(tài)的）提前編譯（AOT，Ahead of Time Compile），這兩種編譯稱為 編譯后端。
狹義的編譯過程是將源代碼翻譯為中間代碼的過程，例如*.c文件編譯生成*.obj文件的過程，或者*.java文件編譯生成*.class文件的過程；
廣義的編譯過程是將源代碼翻譯為機(jī)器代碼的過程，還包括*.obj文件鏈接為可執(zhí)行的*.exe文件的過程，或者*.class解釋 / 編譯為機(jī)器代碼的過程。
下面，我來整理一下 編譯前端 & 編譯后端 的要點：
2. 編譯前端
編譯前端階段中，最重要的一個編譯器就是javac 編譯器， 在命令行執(zhí)行javac命令，其實本質(zhì)是運(yùn)行了javac.exe這個應(yīng)用。Android工程師可能對于 Gradle構(gòu)建過程更為熟悉，構(gòu)建過程中有一個Task：compileDebugJavaWithJavac，其實也用到了javac 編譯器，編譯中間產(chǎn)物路徑在build/intermediates/javac/debug/classes。
2.1 javac 編譯
下面，我們整理javac 編譯器的主要處理過程：
延伸文章：
- 關(guān)于注解處理器，請閱讀：《Java | 注解處理器原理解析與實踐》
- 關(guān)于類加載，請閱讀：《Java | 談?wù)勀銓︻惣虞d過程的理解》
- 關(guān)于方法調(diào)用，請閱讀：《Java | 深入理解方法調(diào)用的本質(zhì)（含重載與重寫區(qū)別）》
2.2 Java 常用語法糖
語法糖 指的是高級語言中的某種語法，這些語法糖在編譯時進(jìn)行解語法糖，轉(zhuǎn)換為無糖語法。這些語法糖大多都是靠編譯器實現(xiàn)，而不是依賴字節(jié)碼或者虛擬機(jī)的底層支持。下表總結(jié)了部分熟知的語法糖：
延伸文章：
- 關(guān)于泛型，請閱讀：《Java | 關(guān)于泛型能問的都在這里了（含Kotlin）》
- 關(guān)于內(nèi)部類，請閱讀：《Java | 為什么非靜態(tài)內(nèi)部類會持有外部類的引用》
- 關(guān)于switch，請閱讀：《Java | switch 和 if-else 哪個更高效》
3. 編譯后端
在編譯后端階段中，最重要的是 運(yùn)行期即時編譯器（JIT，Just in Time Compiler）和 靜態(tài)的提前編譯器（AOT，Ahead of Time Compiler）。
3.1 解釋執(zhí)行 & 編譯執(zhí)行
根據(jù)前面的內(nèi)容，我們知道編譯前端的核心編譯產(chǎn)物是：Class 文件。但是對于CPU來說，它是不認(rèn)得字節(jié)碼的。在《Java | 為什么 Java 實現(xiàn)了平臺無關(guān)性》這篇文章里，我們強(qiáng)調(diào)了：每種CPU只能“讀懂”自身支持的機(jī)器語言或者本地代碼（native code）。
因此，Java 虛擬機(jī)在執(zhí)行字節(jié)碼時，需要將字節(jié)碼翻譯為當(dāng)前平臺的本地代碼，可以分為：解釋執(zhí)行 & 編譯執(zhí)行，具體如下：
需要注意的是，并不是所有的Java 虛擬機(jī)都采用解釋器與編譯器并存的運(yùn)行架構(gòu)。當(dāng)觸發(fā)即時編譯時，執(zhí)行引擎（默認(rèn)）不會等待即時編譯完成，而是先按解釋執(zhí)行的方式繼續(xù)執(zhí)行。直到即時編譯完成后，方法的入口地址才會被修改。
3.2 即時編譯器熱點探測
那么，即時編譯器是如何探測熱點代碼的呢？具體來說，探測的熱點代碼有兩種：被多次調(diào)用的方法 & 被多次執(zhí)行的循環(huán)體。使用的探測方法有：基于采樣 & 基于計數(shù)器：
3.3 編譯器優(yōu)化技術(shù)
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4. 總結(jié)
編譯前端的優(yōu)化措施主要目的是降低程序員的編碼復(fù)雜度，提高編碼效率。語法糖并不是不是依賴字節(jié)碼或者虛擬機(jī)的底層支持，在編譯后會轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)的無糖語法。另外，注解處理器相當(dāng)于編譯器的插件，開發(fā)人員可以通過它對前端編譯施加影響。
編譯后端的優(yōu)化措施主要目的是生成更高效的機(jī)器代碼，提高運(yùn)行效率。提前編譯在程序運(yùn)行前編譯字節(jié)碼，相當(dāng)于提前預(yù)熱。而即時編譯器在運(yùn)行時動態(tài)監(jiān)控程序運(yùn)行，探測得熱點代碼后編譯為本地代碼，生成的代碼更高效，但需要預(yù)熱期。
參考資料
- 《深入理解Java虛擬機(jī)（第3版本）》（第10、11章）—— 周志明 著
- 《深入理解Android：Java虛擬機(jī) ART》 —— 鄧凡平 著
- 《深入理解 JVM 字節(jié)碼》（第4、5章）—— 張亞 著
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