Javac编译器-EW帮帮网

Java语言的编译器是一段不确定的操作过程，可能是讲Java文件转变为class文件的过程，也可能是指虚拟机的后端编译，讲字节码转换为机器码的过程，还肯是静态提前编译器直接讲Java文件编译为本地机器代码的过程。

前端编译器：Sun的Javac，Eclipse JDT中的增量式编译器ECJ
JIT编译器：HotSpotVM的C1，C2编译器
AOT编译器：GNU Compiler for the Java(GCJ），Excelsior JET

编译过程详解

Javac编译器是由Java语言编写的程序，Javac的编译过程可以大致分为三个过程：

解析与填充符号表过程
插入式注解的注解处理过程
分析与字节码生成过程

在这里插入图片描述

Javac编译动作的入口是com.sun.tools.Javac.main.JavaCompiler类，上述三个过程的代码逻辑集中在这个类的compile()和compile2()方法里，整个编译最关键的处理就由图中标注的8个方法来完成，下面我们具体看一下这8个方法实现了什么功能。
在这里插入图片描述

解析与填充符号表过程

解析步骤由parseFiles()方法完成，解析步骤包括了词法分析和语法分析

词法分析与语法分析

词法分析：将源代码的字符流转变为标记(Token)集合，标记是编译过程中的最小元素，如：关键字，变量名，字面量和运算符都可以成为标记。int a = b + 2→int、a、=、b、+、2都是标记。在Java中词法分析过程由com.sun.tools.javac.parser.Scanner类来实现。注意不是java.lang.Scanner
语法分析：根据Token序列来构造抽象语法树的过程，抽象语法树：用来描述程序语言语法结构的树形表示方式。语法树的每一个节点都代表者程序代码中的一个语法结构。如：包、类型、修饰符、运算符、接口、返回值甚至连代码注释等都可以是一个语法结构。
经过词法，语法分析后编译器基本就不会对源码文件进行操作了。后续的操作都建立在抽象语法树上。

填充符号表

将一组符号地址和符号信息构成表格，可以理解为K-V，也可以是有序符号表，树状符号表，在语义分析中，符号表所登记的内容将用于语义检查和产生中间代码，在目标代码生成阶段当对符号名进行地址分配时，可以通过符号表找到其地址。
在Javac源码中，填充符号表的过程由com.sun.tools.comp.Enter类实现。如果下载了OpenJDK源码的话具体目录为src\jdk.compiler\share\classes\com\sun\tools\javac\comp

注解处理器

我们使用的注解标准API其实可以算是一个编译器插件，有了编译器注解处理的标准API后，我们的代码才有可能干涉编译器的行为。

处理注解的流程

注解处理器的发现与初始化
- 编译器在编译过程中会通过META-INF/services/javax.annotation.processing.Processor文件找到所有可用的注解处理器。
- 调用每个处理器的init方法进行初始化。
注解处理轮次
- 编译器在多个轮次中调用注解处理器的process方法，每个轮次提供一组被注解标注的元素。
- 每个轮次中，处理器可以生成新的源代码文件，这些文件会在下一个轮次中被编译并再次处理。
- 处理结束时，RoundEnvironment.processingOver()返回true，表示所有注解处理完成。
注解处理逻辑
- 在process方法中，注解处理器会根据注解类型获取相应的元素（类、方法、字段等）。
- 处理器可以读取注解的值，执行逻辑，并使用Filer生成新的源代码、配置文件等。
生成代码和编译消息
- 使用Filer生成文件：

Filer filer = processingEnv.getFiler();
JavaFileObject fileObject = filer.createSourceFile("com.example.GeneratedClass");
Writer writer = fileObject.openWriter();
writer.write(generatedCode);
writer.close();

语义分析与字节码生成

语义分析

语义分析主要是检查代码逻辑和语法是否是符合程序规范

如下：

int a = 1;
boolean b = false;
char c = 2;

后续可能出现的赋值运算如下

int d = a + c;
int e = b + c;
char f = a + c;

因为a为int，b为boolean，c为char，所以a+c是正确的，但是b+c和a+c是错误的，因为boolean无法参与运算，a+c后类型进行了升级必须强转为char。所以检查这些语法是否错误就是语法分析干的事情。
语义分析又可以分标注检查和数据及控制流分析两个步骤

1.标注检查

标记检查步骤：

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
常量折叠–>a = 1 + 2可以被折叠为a = 3
- 所以在程序运行时期a = 1 + 2并不会影响程序的效率和a=3是一样的
- 但是所谓常量之间的运算如10241024或者606024我们都可以通过阅读代码时能大概了解代码的含义，如单位为byte时10241024可以理解为MB，单位为秒时可606024可以理解为一天。

2.数据及控制流分析

是对程序上下文逻辑的进近一步验证，它可以检查出注入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，是否所有的检查异常都被正确处理等问题

解语法糖

Javac中解语法糖的过程由desugar()方法触发，在com.sun.tools.javac.comp.TransTypes类和com.sun.tools.javac.comp.Lower类中完成。

字节码生成

此过程是javac编译过程的最后一个阶段由com.sun.tools.javac.jvm.Gen完成。主要是将前面各个步骤所生成的信息转换为字节码写入磁盘中，编译器还进行少量代码添加和转换工作。如实例构造器和类构造器<clinit>()方法就是这个阶段添加到语法树中的。
完成了对语法树的遍历和调整后，就会把填充了所有所需信息的符号表交到com.sun.tools.javac.jvm.ClassWriter类手中，由这个类的writeClass()方法输出字节码，生成最终的Class文件。

Javac解析语法糖

Java的语法糖有许多，但是这里挑重要的我们用的最多的举例

泛型与类型擦除

泛型本质是参数化类型的应用，将类型作为参数传递。最早出现在C++语言中。和C#不同的是，java语言的泛型规则是：只在源码中存在，在编译后的字节码文件中就已经被替换为原来的原生类型了。并且在相应的地方插入了强制类型转换的代码。

Java的伪泛型

根据上面的描述Java中的泛型更像是一种伪泛型，被称为类型擦除。

public static void main(String[] args) {
    Map<String, String> map = new HashMap<>();
    map.put("a", "a");
    map.put("b", "b");
    System.out.println(map.get("a"));
    System.out.println(map.get("b"));
}

把这段Java代码编译成Class文件，然后再用字节码反编译工具进行反编译后，将会发现泛型都不见了，程序又变回了Jva泛型出现之前的写法，泛型类型都变回了原生类型，如下

public static void main(String[] args) {
    Map map = new HashMap();
    map.put("a", "a");
    map.put("b", "b");
    System.out.println((String) map.get("a"));
    System.out.println((String) map.get("b"));
}

伪泛型的特殊

如下代码

public class Test {

    public static void method(List<String> list) {
        System.out.println("invoke method(List<String>list)");
    }

    public static void method(List<Integer> list) {
        System.out.println("invoke method(List<Integer>list)");

    }

}

因为编译后的类型擦除，所以导致不能编译，最直观的就是代码编辑器会提示如下
在这里插入图片描述

不仅是代码编辑器还有对于编译器来说，你两个方法进行了类型擦擦除后是一模一样的。但是当使用Sun JDK的java从编译器编译以下代码，却有运行结果。

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        method(new ArrayList<String>());
        method(new ArrayList<Integer>());
    }
    
    public static void method(List<String> list) {
        System.out.println("invoke method(List<String>list)");
    }

    public static void method(List<Integer> list) {
        System.out.println("invoke method(List<Integer>list)");

    }

}

结果

invoke method(List<String>list)
invoke method(List<Integer>list)

通过这里可以看出类型擦除并不是导致无法重载的全部原因。这是因为虽然返回值并不是方法的特征签名，但是在Class文件格式中，只要描述符不是完全一致的两个方法就可以共同存在。
但是在**49.0**版本之后的虚拟机能够识别Signature参数，来解决在字节码层面给方法存储特征签名，保存了参数化类型的信息。

自动拆装箱和遍历循环

看下面这个例子就可以知道自动拆装箱、增强for、泛型、变长参数的本质

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4);
    int sum = 0;
    for (int i : list) {
        sum += i;
    }
    System.out.println(sum);
}

语法糖解析后如下

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list = Arrays.asList(new Integer[] {
        Integer.valueOf(1),
        Integer.valueOf(2),
        Integer.valueOf(3),
        Integer.valueOf(4),
    });
    int sum = 0;
    for (Iterator iterator = list.iterator() ; iterator.hasNext();) {
        int i = ((Integer) iterator.next()).intValue();
        sum += i;
    }
    System.out.println(sum);
}

条件编译

Java的if在编译期间就会被执行，如下

public static void main(String[] args) {
    if (true) {
        System.out.println(1);
    } else {
        System.out.println(2);
    } 
}

会被编译成

public static void main(String[] args) {
    System.out.println(1);
}

Javac编译器