Java 編譯器

Javac編譯器

Javac 編譯過程大致可以分為1個准備過程和3個處理過程：

1. 准備過程：初始化插入式注解處理器。
2. 解析與填充符號表過程，包括：
   1. 詞法、語法分析，將源代碼的字符流轉變為標記集合，構造出抽象語法樹。
   2. 填充符號表，產生符號地址和符號信息。
3. 插入式注解處理器的注解處理過程。可以把插入式注解處理器看作是一組編譯器的插件，當這些插件工作時，允許讀取、修改、添加抽象語法樹中的任意元素，如Lombok注解。
4. 分析與字節碼生成過程，包括：
   1. 標注檢查。對語法的靜態信息進行檢查。
   2. 數據流及控制流分析。對程序動態運行過程進行檢查。
   3. 解語法糖。將簡化代碼編寫的語法糖還原為原有的形式。
   4. 字節碼生成。將前面各個步驟所生成的信息轉化成字節碼。

上述3個處理過程里，執行插入式注解時又可能會產生新的符號，如果有新的符號產生，就必須轉回到之前的解析、填充符號表的過程中重新處理這些新符號。javac編譯過程如下：

圖1-1 Javac 編譯過程

注解處理器

在JDK 6中提出並通過了JSR-269提案，該提案設計了一組被稱為“插入式注解處理器”的標准API，可以提前至編譯期對代碼中的特定注解進行處理，從而影響到前端編譯器的工作過程。可以把插入式注解處理器看作是一組編譯器的插件，當這些插件工作時，允許讀取、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過修改，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。典型示例為Lombok，它可以通過注解來實現自動產生getter/setter方法、進行空置檢查、生成受查異常表、產生equals()和hashCode()方法等等。
要通過注解處理器API實現一個編譯器插件，實現注解處理器的代碼需要繼承抽象類javax.annotation.processing.AbstractProcessor並重寫其抽象方法。

即時編譯器

目前主流的兩款商用Java虛擬機（HotSpot、OpenJ9）里，Java程序最初都是通過解釋器（Interpreter）進行解釋執行的，當虛擬機發現某個方法或代碼塊的運行特別頻繁，就會把這些代碼認定為熱點代碼（Hot Spot Code），為了提高熱點代碼的執行效率，在運行時，虛擬機將會把這些代碼編譯成本地機器碼，並以各種手段盡可能地進行代碼優化，運行時完成這個任務的**后端編譯器被稱為即時編譯器。

解釋器與編譯器

HotSpot 虛擬機內部同時包含解釋器與編譯器，兩者相輔相成地配合完成工作。解釋器與編譯器兩者各有優勢：當程序需要迅速啟動和執行的時候，解釋器可以首先發揮作用，省去編譯的時間，立即運行。當程序啟動后，隨着時間的推移，編譯器逐漸發揮作用，把越來越多的代碼編譯成本地代碼，這樣可以減少解釋器的中間損耗，獲得更高的執行效率。當程序運行環境中內存資源限制較大，可以使用解釋執行節約內存（如部分嵌入式系統中和大部分的JavaCard應用中就只有解釋器的存在），反之可以使用編譯執行來提升效率。

圖1-2 解釋器與編譯器的交互

HotSpot虛擬機中內置了兩個即時編譯器，分別被稱為“客戶端編譯器”（Client Compiler）和“服務端編譯器”（Server Compiler），或者簡稱為C1編譯器和C2編譯器。C1擁有更快地編譯速度，而C2擁有更好地編譯質量。用戶也可以使用“-client”或“-server”參數去強制指定虛擬機運行在客戶端模式還是服務端模式。

無論采用的編譯器是客戶端編譯器還是服務端編譯器，解釋器與編譯器搭配使用的方式在虛擬機中被稱為“混合模式”（Mixed Mode），也可以使用參數“-Xint”強制虛擬機運行於“解釋模式”（Interpreted Mode），這時候編譯器完全不介入工作，全部代碼都使用解釋方式執行。另外，也可以使用參數“-Xcomp”強制虛擬機運行於“編譯模式”（Compiled Mode），這時候將優先采用編譯方式執行程序，但解釋器仍要在編譯無法進行的情況下介入執行過程。