JVM-程序编译与代码早期（编译期）优化

早期（编译期）优化

一、Javac编译器

1.Javac的源代码与调试

Javac的源代码放在JDK_SRC_HOME/langtools/src/shares/classes/com/sun/tools/javac中，除了JDK自身的API之外，就只引用了JDK_SRC_HOME/langtools/src/shares/classes/com/sun/*里面的代码，调试环境建立起来简单方便，因为基本上不需要处理依赖关系。

编译过程大致可以分成3个过程：

（1）解析与填充符号表过程

（2）插入式注释处理器的注解过程处理

（3）分析与字节码生成过程

Javac编译动作的入口是com.sun.tools.javac.main,JavaCompikler类，上述3个过程的代码逻辑集中在这个类的compiler（）和compiler2（）方法中。

2.解析与填充符号表

解析步骤包括词法分析和语法分析两个过程

（1）词法、语法分析

词法分析是将源代码的字节流变成标记（Token）集合，单个字符是程序编码过程的最小元素，而标记则是编译过程的最小元素。

在Javac的源代码中，词法分析过程由com.sun.tools.javac.parser.Scanner类来实现。

词法分析是根据Token序列构造抽象语法树的过程，抽象语法是一种用来描述程序代码语法结构的树形表示方式，语法树的每一个节点都代表着程序代码中的一个语法结构。

语法分析过程由com.sun.tools.javac.parser.Parse类来实现，这个阶段产生出抽象语法树有com.sun.tools.javac.tree.JTree类表示，经过这个步骤之后，编译器就基本不会再对源代码文件进行操作了，后续的操作都建立在抽象语法树上。

　（2）填充符号表

符号表（Symbol Table）是由一组符号地址和符号信息构成的表格。

在语法分析中，符号表所登记的内容将用于语法分析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，符号表是地址分配的依据。

在Javac源代码中，填充符号表的过程由com.sun.tools.javac.compiler.Enter类来实现，此过程的出口是一个待处理列表（ToDoList），包含；了每一个编译单元的抽象语法树的顶级节点以及package-info-java的顶级节点。

3.注解处理器

在Javac源码中，插入式注解处理器的初始化过程是在initProcessAnnotations（）方法中完成的，而它的执行过程则是在ProcessAnnotations（）方法中完成的。这个方法判断是否有新的注解处理器需要执行，如果有的话，通过com.sun.tools.javac.Processing.JavacProvcessingEnviroment类的doProcessing（）方法生成一个新的JavaCompiler对象对编译的后续步骤进行处理。

4.语义分析与字节码生成

（1）标注检查：内容包括诸如变量使用前后是否已被声明，变量与赋值之间的数据类型是否能够匹配等。在标注检查步骤中，还有一个重要的动作，称为常量折叠。

标注检查步骤在javac源代码中实现类是com.sun.tools.javacComp.Attr类和com.sun.tools.javac.comp.Check类。

（2）数据及控制分析

对程序上下文逻辑更进一步的验证，它可以检查出诸如程序局部变量在使用前后是否有赋值，方法的每一条路径是否都有返回值，是否所有的受检查异常都被正确出来了等问题。

在Javac的源代码中，数据及控制流分析的入口是flow（）方法，具体操作是由com.sun.tools.javac.comp.Flow类来完成的。

（3）解语法糖

语法糖（Syntatic Sugar），也称糖衣语法，指在计算机语言中添加的某种语法，这种语法对语言的功能并没有影响，但是更方便使用。

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

（4）字节码生成

字节码生成是Javac编译过程的最后一个阶段，在Javac源代码里面有com.sun.tolls.javac.jvm.Gen类来完成。

完成了语法树的遍历和调整之后，就会把填充了所有需要信息的符号表交给com.sun.tolls.javac.jvm.ClassWrite类，由这个类的WiteClass（）方法输出字节码，生成最终的class文件。到此为止整个编译过程就结束了。

二、Java语法糖

1.泛型与类型擦除

C#里面泛型无论在程序源码中，编译后的IL中，货值运行期的CLR中，都是切实存在的，List<int>与List<string>就两个不同稍微类型，它们在系统运行期生成，有自己的虚方法表和，类型数据，这种实现机制称为类型膨胀，基于这种方法实现的泛型称为真是泛型。

Java语言中的泛型不一样，它只在程序源代码中存在，在编译后的字节码文件中，就已经替换为原来的原生类型了，并且在相应的地方插入了强制转型代码，因此，对于运行期的Java语言来说，ArrayList<String>与ArrayList<int>就是同一个类，所以泛型技术实际上是Java语言的一颗语法糖，java语言中的泛型实现方法称为类型擦除，基于这种方法的泛型称为伪泛型。

虚拟机规范中引入了诸如Signature，LocalVariableType等新的属性用于解决伴随泛型而来的参数类型识别问题。

2.自动装箱、拆箱与遍历循环

自动装箱、拆箱在编译之后转化成了对应的包装盒还原方法，而遍历循环则把代码还原成迭代器的实现。

包装类的“==”运算在不遇到算术符运算的情况下不会自动拆箱，以及它们equals（）方法不处理数据转型的关系。

3.条件编译

Java语言可以进行条件编译，方法就是使用条件为常量的if语句。

Java语言中条件编译的实现是，Java语言的一颗语法糖，根据布尔常量的真假，编译器将会把分支中不成立的代码清除掉。这一项工作将在编译器解除语法糖阶段（com.sun.tools.javac.comp.Lower类中）实现。