导读

1、程序编译执行流程

一般情况下，一个程序从编译到执行，有以下这些阶段：

 

2、Java程序编译类型

而在Java中，有几种编译模式，如果用的是前端编译+后端编译，则把以上流程进行划分，常用的组合是： javac前端编译器+JIT后端编译器：

而在执行过程中，会进行混合模式执行： 部分函数会解释执行，部分会编译执行。

2.1、Java程序编译执行过程

如下图，为Java代码从编译到执行的过程：

 

• 在前端编译时，把Java源文件编译为Class文件；

• 在解释执行时，会收集运行数据，根据热点代码进行JIT编译优化，生成本地机器码，加快程序的执行。

更多关于类加载器，系统初始化，以及加载Class文件到JVM的过程，参考之前发布的两篇文章：

• 关于类加载器以及系统启动执行流程：一篇图文彻底弄懂类加载器与双亲委派机制

• 具体的加载Class文件到JVM的流程：一篇图文彻底弄懂Class文件是如何被加载进JVM的

 

3、javac

3.1、javac中的主要类

3.2、javac主要处理流程

主要处理流程入口： JavaCompiler.compile()

 

compile2()方法中的默认编译策略：

 

1. initProcessAnnotations(processors)：

1. 准备过程：初始化插入式注解处理器

2. parseFiles(sourceFileObjects)：解析步骤

1. 词法分析：将字符流转换为标记(Token)集合(符号流)；

2. 语法分析：根据token序列构造抽象语法树，后续操作都建立在语法树上，语法分析相关类：Parser；

3. enterTrees：填充符号表

4. processAnnotations()：

1. 注解处理器的执行过程

5. delegateCompiler.compile2()：分析及字节码生成

1. 添加实例构造器<init>()方法和类构造器<clinit>()方法；

2. 把字符串相加操作替换为StringBuffer或者StringBuilder(JDK 1.5+)；

3. final类型的局部变量就是通过在这一步分析来保证不被重新赋值的；因为局部变量不像类变量，在Class文件中有CONSTANT_Fieldref_info符号引用，记录了访问标志。

4. attribute：语义分析过程，标注检查，主要包括诸如变量使用前是否已被声明、变量与赋值之间的数据类型是否能够匹配等；同时会进行常量折叠(int a = 1+2 折叠为 int a =3);

5. flow：语义分析过程，数据及控制流分析。这一步是对程序上下文逻辑更进一步的验证，可以检查出诸如程序局部变量在使用前是否有赋值、方法的每条路径是否都有返回值、是否所有的受检验异常都被正确处理了等问题。

6. desugar：解除语法糖

7. generage：生成字节码，同时会进行少量代码添加和转换工作。如：

1. 添加实例构造器<init>()方法和类构造器<clinit>()方法；

2. 把字符串相加操作替换为StringBuffer或者StringBuilder(JDK 1.5+)；

1、编译分类

1.1、前端编译

把Java源文件编译为Class文件的过程。 常见的前端编译器：

• Oracle Javac

• Eclipse JDT中的增量式编译器(ECJ)

1.1.1、优点

• 辅助实现了Java新语法：泛型、内部类等；

• 编译成Class文件直接给JVM解释器执行，省去编译时间，加快启动速度。

1.1.2、缺点

• 几乎没有做任何措施优化代码的运行效率；

• 解释器执行效率低。

1.2、后端编译

在JVM运行时，通过内置的即时编译器(Just In Time Compiler-JIT)，把Class文件字节码编译为本地机器码。

常见的后端编译器：

• HotSpot虚拟机的C1、C2编译器。

1.2.1、优点

• 运行时收集监控信息，把热点代码编译为本地机器码，并进行各种优化，例如：

• 运行数据分析，把堆栈操作转换为寄存器操作；

• 消除子表达式等

• 大大提升了执行效率。

当使用JIT编译器是，与解释执行相比，本地机器码很容易由硬件执行，将大大提高执行速度。

1.2.2、缺点

• 收集监控信息影响程序运行；

• 编译过程占用时间，使得启动速度变慢等；

• 编译过程占用内存；

• 使用较少的diam的程序无法从即时编译中收益。

1.3、静态提前编译

Ahead Of Time AOT编译

在运行期直接把Jaa源文件编译为本地机器码。

1.3.1、优点

• 编译不占用运行时间，加快启动速度；

• 编译本地机器码直接保存到磁盘，不占用内存。

1.3.2、缺点

• Java语言动态性带来了额外复杂度，影响静态编译代码的质量；

• 此方式一般不如JIT编译的质量。

2、三种执行模式

JVM中有三种执行模式： 解释执行、混合模式和编译执行，默认情况下处于混合模式。

如果想看虚拟机的执行模式，可以执行以下命令：

1 2 3 4

java -version java version "1.8.0_71" Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_71-b15) Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.71-b15, mixed mode)

2.1、解释执行模式

该模式下表示全部代码均是解释执行，不做任何JIT编译，如果要开启这种模式，请使用 -Xint 参数：

1 2 3 4

java -Xint -version java version "1.8.0_71" Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_71-b15) Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.71-b15, interpreted mode)

这种模式会降低运行速度，通常低10倍或者更多。

2.2、编译执行模式

该模式下不管是否热点代码，对所有的函数，都进行编译执行，如果要开启这种模式，请使用 -Xcomp 参数：

1 2 3 4

java -Xcomp -version java version "1.8.0_71" Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_71-b15) Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.71-b15, compiled mode)

JVM在第一次使用时就会把所有的字节码编译为本地代码，从而优化执行速度，绕开缓慢的解释器。 但是这种模式没有让JVM启用JIT编译器的全部功能。

2.3、混合模式

JVM默认的执行模式，部分函数会解释执行，部分会编译执行。如果函数调用频率高，被反复使用，就会认为是热点代码，该函数就会被编译执行。