Java | 聊一聊編譯過程（編譯前端 & 編譯後端）
2021-10-23由 彭旭銳 發表于 農業
編譯是指什麼
前言
經過前面幾篇文章的積累，相信你已經掌握了
靜態的
Class 檔案的結構，也理解了虛擬機器類載入和位元組碼執行的
動態過程
；
這篇文章，我們來聊一聊 Java 的編譯過程，你將看到從原始碼到位元組碼再到原生代碼的整個過程。請點贊，你的點贊和關注真的對我非常重要！
目錄
1。 經典程式編譯原理
將原始碼翻譯為目的碼的過程，稱為編譯過程
，經典的程式編譯過程包含以下過程：
經典編譯原理 示意圖
如果將
目的碼
理解為**中間程式碼**，就是狹義上的編譯過程。例如
*.c
檔案編譯生成
*.obj
檔案的過程，或者
*.java
檔案編譯生成
*.class
檔案的過程；
如果將
目的碼
理解為最終執行的
機器程式碼
，那就是廣義上的編譯過程。那麼還包括
*.obj
檔案連結為可執行的
*.exe
檔案的過程，或者
*.class
解釋 / 編譯為機器程式碼的過程；
經典編譯原理 示意圖
在 Java 技術下，除非有特定的上下文語境，編譯一詞通常指的是
*.java
轉換為
*.class
的過程，這個過程也被稱為
編譯前端
。除此之外，編譯一詞還可以指執行期即時編譯（JIT，Just in Time Compile）或者（靜態的）提前編譯（AOT，Ahead of Time Compile），這兩種編譯稱為
編譯後端
。
下面，我們整理一下
編譯前端 & 編譯後端
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， 在命令列執行
javac
命令，其實本質是運行了
javac.exe
這個應用。`Android`工程師可能對於 Gradle 構建過程更為熟悉，構建過程中有一個
Task：compileDebugJavaWithJavac
，其實也用到了 javac 編譯器，編譯中間產物路徑在
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：
javac 編譯過程
延伸文章：
- 關於**註解處理器**，請閱讀：［《Java | 註解處理器原理解析與實踐》］（https：//www。jianshu。com/p/993206508d35）
- 關於**類載入**，請閱讀：［《Java | 談談你對類載入過程的理解》］（https：//www。jianshu。com/p/993206508d35）
- 關於**方法呼叫**，請閱讀：［《Java | 深入理解方法呼叫的本質（含過載與重寫區別）》］（https：//www。jianshu。com/p/b5b919f24f82）
2.2 Java 常用語法
糖
語法糖
指的是高階語言中的某種語法，這些語法糖在編譯時進行
解語法糖
，轉換為無糖語法。這些語法糖大多都是靠編譯器實現，而不是依賴位元組碼或者虛擬機器的底層支援。下表總結了部分熟知的語法糖：
Java 常見語法糖 示例
延伸文章：
- 關於**泛型**，請閱讀：［《Java | 關於泛型能問的都在這裡了（含Kotlin）》］（https：//www。jianshu。com/writer#/notebooks/39010758/notes/75762113）
- 關於**內部類**，請閱讀：［《Java | 為什麼非靜態內部類會持有外部類的引用》］（https：//www。jianshu。com/p/993206508d35）
- 關於**switch**，請閱讀：［《Java | switch 和 if-else 哪個更高效》］（https：//www。jianshu。com/p/993206508d35）
3。 編譯後端
在編譯後端階段中，最重要的是
執行
期
即時編譯器
（JIT，Just in Time Compiler）和
靜態的提前編譯器
（AOT，Ahead of Time Compiler）。
3.1 解釋執行 & 編譯執行
根據前面的內容，我們知道編譯前端的核心編譯產物是：Class 檔案。但是對於`CPU`來說，它是不認得位元組碼的。在
Java | 為什麼 Java 實現了平臺無關性？
裡，我們強調了：
每種 CPU 只能“讀懂”自身支援的機器語言或者原生代碼（native code）。
因此，Java 虛擬機器在執行位元組碼時，需要
將位元組碼翻譯為當前平臺的原生代碼
，可以分為：
解釋執行 & 編譯執行
，具體如下：
需要注意的是，並不是所有的`Java 虛擬機器`都採用直譯器與編譯器並存的執行架構。當觸發即時編譯時，執行引擎（預設）不會等待即時編譯完成，而是先按解釋執行的方式繼續執行。直到即時編譯完成後，方法的入口地址才會被修改。
3.2 即時編譯器熱點探測
那麼，即時編譯器是如何探測熱點程式碼的呢？具體來說，探測的熱點程式碼有兩種：：
被多次呼叫的方法 & 被多次執行的迴圈體
。使用的探測方法有：
基於取樣 & 基於計數器
：
3.3 編譯器最佳化技術
Editting。。。
4。 總結
編譯前端
的最佳化措施主要目的是降低程式設計師的編碼複雜度，提高編碼效率。語法糖並不是不是依賴位元組碼或者虛擬機器的底層支援，在編譯後會轉換為基礎的無糖語法。另外，註解處理器相當於編譯器的外掛，開發人員可以透過它對前端編譯施加影響。
編譯後端
的最佳化措施主要目的是生成更高效的機器程式碼，提高執行效率。提前編譯在程式執行前編譯位元組碼，相當於提前預熱。而即時編譯器在執行時動態監控程式執行，探測得熱點程式碼後編譯為原生代碼，生成的程式碼更高效，但需要預熱期。
參考資料
《深入理解Java虛擬機器（第3版本）》（第10、11章）—— 周志明 著
《深入理解Android：Java虛擬機器 ART》 —— 鄧凡平 著
《深入理解 JVM 位元組碼》（第4、5章）—— 張亞 著
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- ［計算機組成原理 | Unicode 和 UTF-8是什麼關係？］（https：//www。jianshu。com/p/6274b13e7982）
- ［計算機組成原理 | 為什麼浮點數運算不精確？（阿里筆試）］（https：//www。jianshu。com/p/2adb8fe74987）
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