早期（編譯期）優(yōu)化

JVM的編譯器可以分為三個(gè)編譯器：

1. 前端編譯器：把*.java轉(zhuǎn)變?yōu)?.class的過程。如Sun的Javac、Eclipse JDT中的增量式編譯器（ECJ）
2. JIT編譯器：把字節(jié)碼轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器碼的過程，如HotSpot VM的C1、C2編譯器
3. AOT編譯器：靜態(tài)提前編譯器，直接將*.java文件編譯本地機(jī)器代碼的過程

本章的后續(xù)文字里，“編譯期”和“編譯器”都僅限于第一類編譯過程

1、Javac編譯器

Javac編譯器本身就是一個(gè)由Java語言編寫的程序

1）、Javac的源碼與調(diào)試

Javac的源碼存放在JDK_SRC_HOME/langtools/src/share/slasses/com/sun/tools/javac中

編譯過程大致可以分為3個(gè)過程：

• 解析與填充符號(hào)表過程
• 插入式注解處理器的注解處理過程
• 分析與字節(jié)碼生成過程

這3個(gè)步驟之間的關(guān)系與交互順序如下：

2）、解析與符號(hào)填充表

解析步驟由parseFiles()方法完成，解析步驟包括了詞法分析和語法分析兩個(gè)過程

A.詞法分析與語法分析

詞法分析：將源代碼的字符流轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)記（Token）集合，單個(gè)字符是程序編寫過程的最小元素，而標(biāo)記則是編譯過程的最小元素，關(guān)鍵字、變量名、字面量、運(yùn)算符都可以成為標(biāo)記，在Javac的源碼中，詞法分析過程由com.sun.tools.javac.parser.Scanner類來實(shí)現(xiàn)。

語法分析是根據(jù)Token序列構(gòu)造抽象語法樹的過程，抽象語法樹是一種用來描述程序代碼語法結(jié)構(gòu)的樹形表述方式。語法樹的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都代表著程序代碼中的一個(gè)語法結(jié)構(gòu)，例如包、類型、修飾符、接口、返回值甚至代碼注釋都可以是一個(gè)語法結(jié)構(gòu)。語法分析過程由com.sun.tools.javac.parser.Parser類實(shí)現(xiàn)，這個(gè)階段產(chǎn)出的抽象語法樹由com.sun.tools.javac.tree.JCTree類表示，經(jīng)過這個(gè)步驟之后，編譯器就基本不會(huì)再對(duì)源碼文件進(jìn)行操作了，后續(xù)的操作都是建立在抽象語法樹之上的

B.填充符號(hào)表

完成抽象語法樹之后，下一步就是填充符號(hào)表的過程，即enterTrees()方法。符號(hào)表是由一組符號(hào)地址和符號(hào)信息構(gòu)成的表格，類似于哈希表中K-V值對(duì)的形式。符號(hào)表中所登記的信息在編譯的不同階段都要用到。當(dāng)對(duì)符號(hào)名進(jìn)行地址分配時(shí)，符號(hào)表是地址分配的依據(jù)。填充過程由com.sun.tools.javac.comp.Enter類實(shí)現(xiàn)

3）、注解處理器

JDK1.5之后，Java提供了對(duì)注解的支持，這些注解與普通的Java代碼一樣，在運(yùn)行期間發(fā)揮作用。 有了編譯器注解處理的標(biāo)準(zhǔn)API后，我們的代碼才有可能干涉編譯器的行為，由于語法樹中的任意元素，甚至包括代碼注釋都可以在插件之中訪問到，所以使用插入式注解處理器在功能上有很大的發(fā)揮空間

4）、語義分析與字節(jié)碼生成

語義分析的主要任務(wù)是對(duì)結(jié)構(gòu)上正確的源程序進(jìn)行上下文有關(guān)性質(zhì)的審查，如進(jìn)行類型審查

A.標(biāo)注檢查

Javac的編譯過程中，語義分析過程分為標(biāo)注檢查以及數(shù)據(jù)及控制流分析兩個(gè)步驟，分別是attribute()和flow()方法

標(biāo)準(zhǔn)檢查步驟檢查的內(nèi)容包括諸如變量使用前是否已被聲明、變量與賦值之間的數(shù)據(jù)類型是否能夠匹配等。在標(biāo)準(zhǔn)檢查步驟中，還有一個(gè)重要的動(dòng)作稱為常量折疊

int a = 1 + 2;

語法樹上仍然能看到字面量“1”、“2”以及操作符“+”，但是在經(jīng)過常量折疊以后，它們將會(huì)被折疊為字面量“3”。由于編譯期間進(jìn)行了常量折疊，所以在代碼里面定義“a=1+2”比起直接定義“a=3”，并不會(huì)增加程序運(yùn)行期哪怕僅僅一個(gè)CPU指令的運(yùn)算量

標(biāo)注檢查步驟在Javac源碼中的實(shí)現(xiàn)類是com.xun.tools.javac.comp.Attr和com.sun.tools.javac.comp.Check類

B.數(shù)據(jù)及控制流分析

數(shù)據(jù)及控制流分析可以檢查出諸如程序局部變量在使用前是否有賦值、方法的每條路徑是否都有返回值、是否所有的受查異常都被正確處理了等問題

局部變量與字段（實(shí)例變量、類變量）是有區(qū)別的，它在常量池中沒有CONSTANT_Fielddref_info的符號(hào)引用，自然就沒有訪問標(biāo)志的信息，因此，將局部變量聲明為final，對(duì)運(yùn)行期是沒有影響的，變量的不變性僅僅由編譯器在編譯期間保障。在Javac的源碼中，數(shù)據(jù)及控制流分析的入口是flow()方法，具體操作由com.sun.tools.javac.comp.Flow類來完成

C.解語法糖

語法糖是指在計(jì)算機(jī)語言中添加某種語法，這種語法對(duì)語言的功能并沒有影響，但是更方便程序員使用
Java是一種“低糖語言”，常用的語法糖主要是之前提到的泛型、變長(zhǎng)參數(shù)、自動(dòng)裝箱/拆箱等。虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)不支持這些語法，它們?cè)诰幾g期還原回簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)語法結(jié)構(gòu)，這個(gè)過程稱為解語法糖。解語法糖的過程是由desuger()方法觸發(fā)的

D.字節(jié)碼生成

字節(jié)碼生成是Javac編譯過程的最后一個(gè)階段，由com.sun.tools.javac.jvm,Gen類來完成，字節(jié)碼生成階段不僅僅是把前面各個(gè)步驟所生成的信息（語法樹、符號(hào)表）轉(zhuǎn)化為字節(jié)碼寫入磁盤中，編譯器還進(jìn)行了少量代碼添加和轉(zhuǎn)換工作

實(shí)例構(gòu)造器<init>()方法和類構(gòu)造器<client>()方法就是在這個(gè)階段添加到語法樹之中的，這兩個(gè)構(gòu)造器的產(chǎn)生過程實(shí)際上是一個(gè)代碼收斂的過程，編譯器會(huì)把語句塊（對(duì)于實(shí)例構(gòu)造器而言是{}塊，對(duì)于類構(gòu)造器而言是static{}塊）、變量初始化（實(shí)例變量和類變量）、調(diào)用父類的實(shí)例構(gòu)造器等操作收斂到<init>()和<client>()方法之中，并且保證一定是按先執(zhí)行父類的實(shí)例構(gòu)造器，然后初始化變量，最后執(zhí)行語句塊的順序進(jìn)行，上面所述的動(dòng)態(tài)由Gen.normalizeDefs()方法來實(shí)現(xiàn)

完成對(duì)語法樹的遍歷與調(diào)整之后，就會(huì)把填充了所有所需信息的符號(hào)表交給com.sun.tools.javac.jvm.ClassWriter類，由這個(gè)類的wrtieClass()方法輸出字節(jié)碼，生成最終的Class文件

2、Java語法糖的味道

1）、泛型與類型擦除

泛型是JDK1.5的一項(xiàng)新增特性，它的本質(zhì)是參數(shù)化類型的應(yīng)用，也就是說所操作的數(shù)據(jù)類型被指定為一個(gè)參數(shù)。這種參數(shù)類型可以用在類、接口和方法的創(chuàng)建中，分別稱為泛型類、泛型接口和泛型方法

Java語言中的泛型則不一樣，它只在程序源碼中存在，在編譯后的字節(jié)碼文件中，就已經(jīng)替換為原來的原生類型了，并且在相應(yīng)的地方插入了強(qiáng)制轉(zhuǎn)型代碼，因此，對(duì)于運(yùn)行期的Java語言來說，ArrayList<int>與ArrayList<String>就是同一個(gè)類，所以泛型技術(shù)實(shí)際上是Java語言的一顆語法糖，Java語言中的泛型實(shí)現(xiàn)方法稱為類型擦除，基于這種方法實(shí)現(xiàn)的泛型稱為偽泛型

 public static void main(String[] args) {
 Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
 map.put("hello", "你好");
 map.put("how are you?", "吃了沒?");
 System.out.println(map.get("hello"));
 System.out.println(map.get("how are you?"));
 }

把這段Java代碼編譯成Class文件，然后再用字節(jié)碼反編譯工具進(jìn)行反編譯后，代碼如下：

 public static void main(String[] paramArrayOfString)
 {
  HashMap localHashMap = new HashMap();
  localHashMap.put("hello", "你好");
  localHashMap.put("how are you?", "吃了沒?");
  System.out.println((String)localHashMap.get("hello"));
  System.out.println((String)localHashMap.get("how are you?"));
 }

當(dāng)泛型遇到重載：

 public static String method(List<String> list) {
 System.out.println("invoke method(List<String> list)");
 }
 public static int method(List<Integer> list) {
 System.out.println("invoke method(List<Integer> list)");
 }

這段代碼是不能被編譯的，因此參數(shù)List<String>和List<Integer>編譯之后都被擦除了，變成了一樣的原生類型List<E>，擦除動(dòng)作導(dǎo)致這兩種方法的特征簽名變得一模一樣

2）、自動(dòng)裝箱、拆箱與遍歷循環(huán)

自動(dòng)裝箱、拆箱在編譯之后被轉(zhuǎn)化成了對(duì)應(yīng)的包裝和還原方法，遍歷循環(huán)則把代碼還原成了迭代器的實(shí)現(xiàn)，這也是為何遍歷循環(huán)需要被遍歷的類實(shí)現(xiàn)Iterable接口的原因，變長(zhǎng)參數(shù)在調(diào)用的時(shí)候變成了一個(gè)數(shù)組類型的參數(shù)

 public static void main(String[] args) {
 Integer a = 1;
 Integer b = 2;
 Integer c = 3;
 Integer d = 3;
 Integer e = 321;
 Integer f = 321;
 Long g = 3L;
 System.out.println(c == d);// true
 System.out.println(e == f);// false
 System.out.println(c == (a + b));// true
 System.out.println(c.equals(a + b));// true
 System.out.println(g == (a + b));// true
 System.out.println(g.equals(a + b));// false
 }

包裝類的“==”運(yùn)算在不遇到算術(shù)運(yùn)算的情況下不會(huì)自動(dòng)拆箱，以及它們equals()方法不處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)型的關(guān)系

3）、條件編譯

Java語言使用條件為常量的if語句，此代碼中的if語句不同于其他Java代碼，它在編譯階段就會(huì)被運(yùn)行，生成的字節(jié)碼之中只包含條件正確的部分

 public static void main(String[] args) {
 if (true) {
  System.out.println("block 1");
 } else {
  System.out.println("block 2");
 }
 }

Java語言中條件編譯的實(shí)現(xiàn)，也是Java語言的一顆語法糖，根據(jù)布爾常量值的真假，編譯器將會(huì)把分支中不成立的代碼塊消除掉，這是在解語法糖階段實(shí)現(xiàn)的

Java語言中還有不少的其他語言糖，如內(nèi)部類、枚舉類、斷言語句、對(duì)枚舉和字符串的switch支持、try語句中定義和關(guān)閉資源等等

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，謝謝大家對(duì)腳本之家的支持。如果你想了解更多相關(guān)內(nèi)容請(qǐng)查看下面相關(guān)鏈接

最新評(píng)論