Javac編譯器

Javac編譯器是一個由Java語言編寫的程序

Javac的源碼與調(diào)試

從Sun Javac的代碼來看，編譯器大致分為3個過程：

解析與填充符號表的過程

插入式注解處理器的注解處理過程

分析與字節(jié)碼生成的過程

Javac編譯動作的入口為com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler類，上述3個過程的代碼邏輯集中在這個類的compile()和compile2()方法中。

解析與填充符號表

解析步驟由上圖的parseFiles()方法完成，解析步驟包括了經(jīng)典程序編譯原理中的詞法分析和語法分析兩個過程。

詞法、語法分析

詞法分析是將源代碼的字符流轉(zhuǎn)變?yōu)闃擞?Token)集合，標記為編譯過程的最小元素。關(guān)鍵字、變量名、字面量、運算符都可以成為標記。如int a = 3;，int就是一個Token。詞法分析過程由com.sun.tools.javac.parser.Scanner類來實現(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)的樹形表示方式，語法樹的每一個節(jié)點都代表著程序代碼中的一個語法結(jié)構(gòu)。

可以根據(jù)Eclipse AST View插件分析出代碼的抽象語法樹圖。在Javac的源碼中，語法分析過程由com.sun.tools.javac.parser.Parser類實現(xiàn)，這個階段產(chǎn)生的抽象語法樹由com.sun.tools.javac.tree.JCTree類表示，經(jīng)過這個步驟后，后續(xù)的操作都建立在抽象語法樹之上。

填充符號表

完成詞法、語法分析之后就是填充符號表的過程，就是圖中enterTrees()方法。符號表是由一組符號地址和符號信息構(gòu)成的表格。符號表中所登記的信息在編譯的不同階段都要用到，在語法分析中，符號表所登記內(nèi)容將用于語義檢查和產(chǎn)生中間代碼。在目標代碼生成階段，當對符號名進行地址分配時，符號表是地址分配的依據(jù)。

注解處理器

在jdk1.5之后，Java語言提供了對注解(Annotation)的支持。在jdk1.6中，提供了一組插入式注解處理器的標準API在編譯期間對注解進行處理，其中，我們可以讀取、修改、添加抽象語法樹中的任意元素。如果這些插件在處理注解期間對語法樹進行修改，編譯器將回到解析及填充符號表的過程重新處理，直到所有插入式注解處理器都沒有再對語法樹進行修改為止，每一次循環(huán)稱為一個Round，也是上圖中的回環(huán)過程。

插入式注解處理器的初始化過程是在initPorcessAnnotations()方法中完成的，而它的執(zhí)行過程則是在processAnnotations()方法中完成的，這個方法判斷是否還有新的注解處理器需要執(zhí)行，如果有的話，通過com.sun.tools.javac.processing.JavacProcessingEnvironment類的doProcessing()方法生成一個新的JavaCompiler對象對編譯的后續(xù)步驟進行處理。

語義分析與字節(jié)碼生成

語法樹表示一個結(jié)構(gòu)正確的源程序的抽象，但無法保證源程序是符合邏輯的。而語義分析的主要任務(wù)是對結(jié)構(gòu)上正確的源程序進行上下文有關(guān)性質(zhì)的審查。

標注檢查

語法分析過程分為標注檢查以及數(shù)據(jù)及控制流分析兩個步驟，為圖中的attribute()和flow()

標注檢查步驟檢查的內(nèi)容包括諸如變量的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。

在標注檢查步驟中，有一個重要的動作稱為常量折疊，如果我們在代碼中定義了int a=1+2;那么在語法樹上仍能看見字面量“1”，“2”以及操作符“+”，但經(jīng)過折疊后，將會被折疊為字面量“3”，所以int a=1+2;比起int a=3;并不會增加程序運行期間計算量。

標注檢查步驟在Javac源碼中的實現(xiàn)類為com.sun.tools.javac.comp.Attr類和com.sun.tools.comp.Check類。

數(shù)據(jù)及控制流分析

數(shù)據(jù)及控制流分析是對程序上下文邏輯更進一步的驗證，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等問題。

在Javac的源碼中，數(shù)據(jù)及控制流分析的入口為上圖中的flow()方法，具體操作由com.sun.tools.javac.comp.Flow類完成。

解語法糖

語法糖指在計算機語言中添加的某種語法，這種語法對語言的的功能并未有影響，但是更加方便程序員使用。

Java中的常用語法糖主要是前面提到過的泛型、變長參數(shù)、自動裝箱/拆箱等，虛擬機運行時不支持這些語法，它們在編譯階段還原回簡單的基礎(chǔ)語法結(jié)構(gòu)，這個過程稱為解語法糖。

在Javac源碼中，解語法糖的過程由desugar()方法觸發(fā)，在com.sun.tools.javac.comp.TransTypes類和com.sun.tools.javac.comp.Lower類完成。

字節(jié)碼生成

字節(jié)碼生成是Javac編譯過程的最后一個階段，在Javac源碼里面由com.sun.tools.javac.jvm.Gen類完成。字節(jié)碼生成階段不僅僅是把前面的各個步驟所生成的信息轉(zhuǎn)化成字節(jié)碼寫到磁盤中，編譯器還進行了少量的代碼添加和轉(zhuǎn)換工作。

完成了對語法樹的遍歷和調(diào)整之后，就會把填充了所有所需信息的符號表交給com.sun.tools.javac.jvm.ClassWriter類，由這個類的writeClass()方法輸出字節(jié)碼，生產(chǎn)最終的Class文件，到此為止整個編譯過程宣告結(jié)束。

Java語法糖

泛型與類型擦除

Java語言中的泛型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)的地方插入強制轉(zhuǎn)型代碼，Java語言中的泛型實現(xiàn)方法稱為類型擦除，基于這種方法實現(xiàn)的泛型稱為偽泛型。

由于Java泛型的引入，JCP組織引入了諸如Signature、LocalVariableTypeTable等新的屬性用于解決伴隨泛型而來的參數(shù)類型的識別問題。Signature作用就是存儲一個方法在字節(jié)碼層面的特征簽名，這個屬性中保存的參數(shù)類型并不是原生類型，而是包括了參數(shù)化類型的信息。

從Singature中可以看出，所謂的擦除，只是對方法的Code屬性中的字節(jié)碼進行擦除，實際上元數(shù)據(jù)還是保留了泛型信息，這也是我們能通過反射手段取得參數(shù)化類型的根本依據(jù)。

自動裝箱、拆箱與遍歷循環(huán)

自動裝箱、拆箱在編譯之后被轉(zhuǎn)化成了對應(yīng)的包裝盒還原方法。遍歷循環(huán)則把代碼還原成了迭代器的實現(xiàn)。變長參數(shù)在調(diào)用時候變成了一個數(shù)組類型的參數(shù)。

條件編譯

C、C++中是使用預處理器指示符來完成條件編譯，而在Java中沒有預處理器，因為Java天然的編譯方式(編譯器并非一個個地編譯Java文件，而是將所有編譯單元的語法樹頂級節(jié)點輸入到待處理列表后再進行編譯，因此各個文件之間能夠互相提供符號信息。)無須使用預處理器。

而Java使用條件為常量的if語句來進行條件編譯。如果使用常量與其他帶有條件判斷能力的語句搭配，則可能在控制流分析中提示錯誤，被拒絕編譯。

根據(jù)布爾常量值的真假，編譯器將會把分支中不成立的代碼塊消除掉，這一工作將在編譯器解除語法糖階段(com.sun.tool.javac.comp.Lower類中)完成，因為這種條件編譯的實現(xiàn)方式使用了if語句，所以只能寫在方法體內(nèi)部，因此它只能實現(xiàn)語句基本塊級別的條件編譯。

參考《深入理解Java虛擬機》

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java 常量折叠_深入理解Java虚拟机之早期编译器优化的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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