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Hollis原创|深入分析Java的编译原理

GitHub 2.6k Star 的 Java工程师成神之路，不来了解一下吗?

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在《 Java代码的编译与反编译》中，有过关于Java语言的编译和反编译的介绍。我们可以通过 javac 命令将Java程序的源代码编译成Java字节码，即我们常说的class文件。这是我们通常意义上理解的编译。

但是，字节码并不是机器语言，要想让机器能够执行，还需要把字节码翻译成机器指令。这个过程是Java虚拟机做的，这个过程也叫编译。是更深层次的编译。

在编译原理中，把源代码翻译成机器指令，一般要经过以下几个重要步骤：

Hollis原创|深入分析Java的编译原理

根据完成任务不同，可以将编译器的组成部分划分为前端（Front End）与后端（Back End）。

前端编译主要指与源语言有关但与目标机无关的部分，包括词法分析、语法分析、语义分析与中间代码生成。

后端编译主要指与目标机有关的部分，包括代码优化和目标代码生成等。

我们可以把将 .java 文件编译成 .class 的编译过程称之为前端编译。把将 .class 文件翻译成机器指令的编译过程称之为后端编译。

Java中的前端编译

前端编译主要指与源语言有关但与目标机无关的部分，包括词法分析、语法分析、语义分析与中间代码生成。

我们所熟知的 javac 的编译就是前端编译。除了这种以外，我们使用的很多IDE，如eclipse，idea等，都内置了前端编译器。主要功能就是把 .java 代码转换成 .class 代码。

词法分析

词法分析阶段是编译过程的第一个阶段。这个阶段的任务是从左到右一个字符一个字符地读入源程序，将字符序列转换为标记（token）序列的过程。这里的标记是一个字符串，是构成源代码的最小单位。在这个过程中，词法分析器还会对标记进行分类。

词法分析器通常不会关心标记之间的关系（属于语法分析的范畴），举例来说：词法分析器能够将括号识别为标记，但并不保证括号是否匹配。

语法分析

语法分析的任务是在词法分析的基础上将单词序列组合成各类语法短语，如“程序”，“语句”，“表达式”等等.语法分析程序判断源程序在结构上是否正确.源程序的结构由上下文无关文法描述。

语义分析

语义分析是编译过程的一个逻辑阶段，语义分析的任务是对结构上正确的源程序进行上下文有关性质的审查，进行类型审查。语义分析是审查源程序有无语义错误，为代码生成阶段收集类型信息。

语义分析的一个重要部分就是类型检查。比如很多语言要求数组下标必须为整数，如果使用浮点数作为下标，编译器就必须报错。再比如，很多语言允许某些类型转换，称为自动类型转换。

中间代码生成

在源程序的语法分析和语义分析完成之后，很多编译器生成一个明确的低级的或类机器语言的中间表示。该中间表示有两个重要的性质： 1.易于生成； 2.能够轻松地翻译为目标机器上的语言。

在Java中， javac 执行的结果就是得到一个字节码，而这个字节码其实就是一种中间代码。

PS：著名的解语法糖操作，也是在javac中完成的。

Java中的后端编译

首先，我们大家都知道，通常通过 javac 将程序源代码编译，转换成 java 字节码，JVM 通过解释字节码将其翻译成对应的机器指令，逐条读入，逐条解释翻译。很显然，经过解释执行，其执行速度必然会比可执行的二进制字节码程序慢很多。这就是传统的JVM的**解释器（Interpreter）**的功能。为了解决这种效率问题，引入了 JIT 技术。

JAVA程序还是通过解释器进行解释执行，当JVM发现某个方法或代码块运行特别频繁的时候，就会认为这是“热点代码”（Hot Spot Code)。然后JIT会把部分“热点代码” 翻译成本地机器相关的机器码，并进行优化，然后再把翻译后的机器码缓存起来，以备下次使用。

HotSpot虚拟机中内置了两个JIT编译器：Client Complier和Server Complier，分别用在客户端和服务端，目前主流的HotSpot虚拟机中默认是采用解释器与其中一个编译器直接配合的方式工作。

当 JVM 执行代码时，它并不立即开始编译代码。首先，如果这段代码本身在将来只会被执行一次，那么从本质上看，编译就是在浪费精力。因为将代码翻译成 java 字节码相对于编译这段代码并执行代码来说，要快很多。第二个原因是最优化，当 JVM 执行某一方法或遍历循环的次数越多，就会更加了解代码结构，那么 JVM 在编译代码的时候就做出相应的优化。

在机器上，执行 java -version 命令就可以看到自己安装的JDK中JIT是哪种模式:

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