無論什么語言寫的代碼，其到最后都是通過機(jī)器碼運(yùn)行的，無一例外。那么對(duì)于 Java 語言來說，其從源代碼到機(jī)器碼，這中間到底發(fā)生了什么呢？這就是今天我們要聊的。

如下圖所示，編譯器可以分為：前端編譯器、JIT 編譯器和AOT編譯器。下面我們逐個(gè)講解。

前端編譯器：源代碼到字節(jié)碼

對(duì)于 Java 虛擬機(jī)來說，其實(shí)際輸入的是字節(jié)碼文件，而不是 Java 文件。那么對(duì)于 Java 語言而言，其實(shí)怎么將 Java 代碼轉(zhuǎn)化成字節(jié)碼文件的呢？我們知道在 JDK 的安裝目錄里有一個(gè) javac 工具，就是它將 Java 代碼翻譯成字節(jié)碼，這個(gè)工具我們叫做編譯器。相對(duì)于后面要講的其他編譯器，其因?yàn)樘幱诰幾g的前期，因此又被稱為前端編譯器。

我們運(yùn)行 javac 命令的過程，其實(shí)就是 javac 編譯器解析 Java 源代碼，并生成字節(jié)碼文件的過程。說白了，其實(shí)就是使用 javac 編譯器把 Java 語言規(guī)范轉(zhuǎn)化為字節(jié)碼語言規(guī)范。javac 編譯器的處理過程可以分為下面四個(gè)階段：

第一個(gè)階段：詞法、語法分析。在這個(gè)階段，JVM 會(huì)對(duì)源代碼的字符進(jìn)行一次掃描，最終生成一個(gè)抽象的語法樹。簡(jiǎn)單地說，在這個(gè)階段 JVM 會(huì)搞懂我們的代碼到底想要干嘛。就像我們分析一個(gè)句子一樣，我們會(huì)對(duì)句子劃分主謂賓，弄清楚這個(gè)句子要表達(dá)的意思一樣。

第二個(gè)階段：填充符號(hào)表。我們知道類之間是會(huì)互相引用的，但在編譯階段，我們無法確定其具體的地址，所以我們會(huì)使用一個(gè)符號(hào)來替代。在這個(gè)階段做的就是類似的事情，即對(duì)抽象的類或接口進(jìn)行符號(hào)填充。等到類加載階段，JVM 會(huì)將符號(hào)替換成具體的內(nèi)存地址。

第三個(gè)階段：注解處理。我們知道 Java 是支持注解的，因此在這個(gè)階段會(huì)對(duì)注解進(jìn)行分析，根據(jù)注解的作用將其還原成具體的指令集。

第四個(gè)階段：分析與字節(jié)碼生成。到了這個(gè)階段，JVM 便會(huì)根據(jù)上面幾個(gè)階段分析出來的結(jié)果，進(jìn)行字節(jié)碼的生成，最終輸出為 class 文件。

我們一般稱 javac 編譯器為前端編譯器，因?yàn)槠浒l(fā)生在整個(gè)編譯的前期。常見的前端編譯器有 Sun 的 javac，Eclipse JDT 的增量式編譯器(ECJ)。

JIT編譯器：從字節(jié)碼到機(jī)器碼

當(dāng)源代碼轉(zhuǎn)化為字節(jié)碼之后，其實(shí)要運(yùn)行程序，有兩種選擇。一種是使用 Java 解釋器解釋執(zhí)行字節(jié)碼，另一種則是使用 JIT 編譯器將字節(jié)碼轉(zhuǎn)化為本地機(jī)器代碼。

這兩種方式的區(qū)別在于，前者啟動(dòng)速度快但運(yùn)行速度慢，而后者啟動(dòng)速度慢但運(yùn)行速度快。至于為什么會(huì)這樣，其原因很簡(jiǎn)單。因?yàn)榻忉屍鞑恍枰?JIT 編譯器一樣，將所有字節(jié)碼都轉(zhuǎn)化為機(jī)器碼，自然就少去了優(yōu)化的時(shí)間。而當(dāng) JIT 編譯器完成第一次編譯后，其會(huì)將字節(jié)碼對(duì)應(yīng)的機(jī)器碼保存下來，下次可以直接使用。而我們知道，機(jī)器碼的運(yùn)行效率肯定是高于 Java 解釋器的。所以在實(shí)際情況中，為了運(yùn)行速度以及效率，我們通常采用兩者相結(jié)合的方式進(jìn)行 Java 代碼的編譯執(zhí)行。

在 HotSpot 虛擬機(jī)內(nèi)置了兩個(gè)即時(shí)編譯器，分別稱為 Client Compiler 和Server Compiler。這兩種不同的編譯器衍生出兩種不同的編譯模式，我們分別稱之為：C1 編譯模式，C2 編譯模式。

注意：現(xiàn)在許多人習(xí)慣上將 Client Compiler 稱為 C1 編譯器，將 Server Compiler 稱為 C2 編譯器，但在 Oracle 官方文檔中將其描述為 compiler mode(編譯模式)。所以說 C1 編譯器、C2 編譯器只是我們自己的習(xí)慣性稱呼，并不是官方的說法。這點(diǎn)需要特別注意。

那么到底應(yīng)該選擇 C1 編譯模式還是 C2 編譯模式呢？

實(shí)際上對(duì)于 HotSpot 虛擬機(jī)來說，其一共有三種運(yùn)行模式可選，分別是：

混合模式(Mixed Mode) 。即 C1 和 C2 兩種模式混合起來使用，這是默認(rèn)的運(yùn)行模式。如果你想單獨(dú)使用 C1 模式或 C2 模式，使用 -client 或 -server 打開即可。

解釋模式(Interpreted Mode)。即所有代碼都解釋執(zhí)行，使用 -Xint 參數(shù)可以打開這個(gè)模式。

編譯模式(Compiled Mode)。 此模式優(yōu)先采用編譯，但是無法編譯時(shí)也會(huì)解釋執(zhí)行，使用 -Xcomp 打開這種模式。

在命令行中輸入 java -version 可以看到，我機(jī)器上的虛擬機(jī)使用 Mixed Mode 運(yùn)行模式。

寫到這里，我們了解了從 Java 源代碼到字節(jié)碼，再從字節(jié)碼到機(jī)器碼的全過程。本來到這里就應(yīng)該結(jié)束了，但在我們 Java 中還有一個(gè) AOT 編譯器，它能直接將源代碼轉(zhuǎn)化為機(jī)器碼。

AOT編譯器：源代碼到機(jī)器碼

AOT 編譯器的基本思想是：在程序執(zhí)行前生成 Java 方法的本地代碼，以便在程序運(yùn)行時(shí)直接使用本地代碼。

但是 Java 語言本身的動(dòng)態(tài)特性帶來了額外的復(fù)雜性，影響了 Java 程序靜態(tài)編譯代碼的質(zhì)量。例如 Java 語言中的動(dòng)態(tài)類加載，因?yàn)?AOT 是在程序運(yùn)行前編譯的，所以無法獲知這一信息，所以會(huì)導(dǎo)致一些問題的產(chǎn)生。類似的問題還有很多，這里就不一一舉例了。

總的來說，AOT 編譯器從編譯質(zhì)量上來看，肯定比不上 JIT 編譯器。其存在的目的在于避免 JIT 編譯器的運(yùn)行時(shí)性能消耗或內(nèi)存消耗，或者避免解釋程序的早期性能開銷。

在運(yùn)行速度上來說，AOT 編譯器編譯出來的代碼比 JIT 編譯出來的慢，但是比解釋執(zhí)行的快。而編譯時(shí)間上，AOT 也是一個(gè)適中的速度。所以說，AOT 編譯器的存在是 JVM 犧牲質(zhì)量換取性能的一種策略。就如 JVM 其運(yùn)行模式中選擇 Mixed 混合模式一樣，使用 C1 編譯模式只進(jìn)行簡(jiǎn)單的優(yōu)化，而 C2 編譯模式則進(jìn)行較為激進(jìn)的優(yōu)化。充分利用兩種模式的優(yōu)點(diǎn)，從而達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行效率。

總結(jié)

在 JVM 中有三個(gè)非常重要的編譯器，它們分別是：前端編譯器、JIT 編譯器、AOT 編譯器。

前端編譯器，最常見的就是我們的 javac 編譯器，其將 Java 源代碼編譯為 Java 字節(jié)碼文件。JIT 即時(shí)編譯器，最常見的是 HotSpot 虛擬機(jī)中的 Client Compiler 和 Server Compiler，其將 Java 字節(jié)碼編譯為本地機(jī)器代碼。而 AOT 編譯器則能將源代碼直接編譯為本地機(jī)器碼。這三種編譯器的編譯速度和編譯質(zhì)量如下：

編譯速度上，解釋執(zhí)行 > AOT 編譯器 > JIT 編譯器。

編譯質(zhì)量上，JIT 編譯器 > AOT 編譯器 > 解釋執(zhí)行。

而在 JVM 中，通過這幾種不同方式的配合，使得 JVM 的編譯質(zhì)量和運(yùn)行速度達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)。

原文：https://www.cnblogs.com/zuotongbin/p/11715396.html

總結(jié)

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