Java中的編譯分為兩個部分：

源碼文件編譯成字節(jié)碼文件(前端編譯)

字節(jié)碼文件被虛擬機(jī)加載以后編譯成機(jī)器碼(后端編譯)

對于開發(fā)來說接觸的一般都是第一個步驟也就是源碼編譯成字節(jié)碼文件(class文件)，第二個步驟開發(fā)幾乎不會接觸，因為這是虛擬機(jī)在運行過程中自己做的一些編譯流程，將字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成可被虛擬機(jī)識別執(zhí)行的機(jī)器碼。

1. 前端編譯

前端編譯大致主要有以下流程：

對源文件進(jìn)行詞法分析產(chǎn)生字符流

對字符流進(jìn)行語法分析產(chǎn)生抽象語法樹

對語法樹進(jìn)行語義分析，確保語義正常

語義分析通過以后生成中間代碼(字節(jié)碼)

下面我們站在javac的角度上看，編譯過程大致分為：

解析與填充符號表

插入式注解處理器的處理注解

語義分析與字節(jié)碼的生成

上述3個過程會包含前段編譯4個步驟的所有流程，下面我們看一下這個3個步驟需要做什么。

2. 解析與填充符號表

2.1 解析

2.1.1 詞法分析

Java源文件是由一個個字符構(gòu)成，但是編譯器所能識別的是Token(標(biāo)記)。我們需要通過詞法分析來將源文件中的字符流轉(zhuǎn)換成Token集合，這樣才能用于后續(xù)的語法分析。

int?a?=?b?+?c;

int是由3個字符構(gòu)成，但是對于詞法分析來說，這三個字符會被解析成一個Token(標(biāo)記)。

詞法分析主要由com.sun.tools.javac.parser.Scannaer類來實現(xiàn)。

2.1.2 語法分析

根據(jù)Token集合生成抽象語法樹，語法樹是一種用來表示程序代碼語法結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式，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)，例如包、類型、修飾符。

package?jvm;

/**

*?@author?sh

*/

public?class?ClassTest{

public?int?add(int?a,?int?b){

return?a?+?b;

}

}

語法分析主要有com.sun.tools.javac.parser.Parser類來實現(xiàn)。

上述這段代碼生成的抽象語法樹如下(IDEA ?JDT AstView插件可以查看抽象語法樹)：

上述抽象語法樹在Java中使用com.sun.tools.javac.tree.JCTree類來表示，之后所有的操作均建立在抽象語法樹之上。

2.2 填充符號表

結(jié)束了詞法分析和語法分析以后，下一步就是填充符號表。符號表中信息可以用在語義分析過程中的檢查和產(chǎn)生中間代碼

3. 注解處理器

注解處理器在編譯期間對注解進(jìn)行處理，可以讀取、修改、添加抽象語法樹中的任意元素。如果注解處理器對語法樹進(jìn)行了修改，編譯器將會回到解析和填充符號表的過程重新處理，直到注解處理器不再對語法樹進(jìn)行修改為止，每一次循環(huán)稱為一個Round。

4. 語義分析和字節(jié)碼生成

4.1 語義分析

語義分析主要是對程序上下文進(jìn)行檢查，如變量類型檢查。

語義分析主要包含兩個步驟：

標(biāo)注檢查

數(shù)據(jù)及控制流分析

4.1.1 標(biāo)注檢查

標(biāo)注檢查主要用來檢查變量是否已被聲明、變量與賦值之間的數(shù)據(jù)類型是否匹配。在標(biāo)注檢查的步驟中還會實施常量折疊。

int?a?=?1?+?2;

上述代碼我們在語法樹上可以看到字面量1、2以及操作符+，在經(jīng)過常量折疊步驟以后，會生成一個新的字面量3，在程序運行時a的值就是3，不會再消耗CPU進(jìn)行計算。

4.1.2 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進(jìn)行驗證，檢查局部變量是否在使用前已經(jīng)賦值、方法的每條路徑都有返回值、所有的受檢查異常是否被正確處理。

局部變量final類型的變量的不變性只能依靠編譯來保證，這是因為局部變量在常量池中沒有CONSTANT_Fieldref_info的符號引用，沒有訪問標(biāo)志的信息，在運行期虛擬機(jī)并不確定局部變量是否是final，因此需要編譯期的保證。

4.2 字節(jié)碼生成

字節(jié)碼在生成之前，還需要進(jìn)行最后一項工作解語法糖。

4.2.1 解語法糖

Java中的語法糖包括范型、變長參數(shù)、自動裝箱/拆箱、Lambda。

語法糖可以增加程序的可讀性、減少代碼量。

4.2.2 字節(jié)碼生成

字節(jié)碼生成是javac編譯的最后一個階段。字節(jié)碼生成階段不僅僅是把各個步驟生成的信息轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼寫到磁盤，還進(jìn)行了代碼的添加和轉(zhuǎn)換工作。

將static語句塊、static變量收斂到

方法中

將實例變量初始化、調(diào)用父類構(gòu)造器收斂到

方法

程序優(yōu)化，比如將字符串的+操作替換成StringBuilder的append

完成了語法樹的遍歷和調(diào)整以后，就會填充了所有信息的符號表交給com.sun.tools.javac.jvm.ClassWriter類，最后由該類的writeClass()方法輸出字節(jié)碼。

本期的Java前端編譯介紹到這，我們下期再見！！！

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總結(jié)

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