第10章 早期（编译期）优化

10.1 概述

Java语言的编译期是一个不确定的操作过程。之所以这么说是因为有如下三类编译过程：

1. 前端编译器（准确来说应该是编译器的前端）将java文件编译成class文件的过程。
2. 即时编译器（JIT）将字节码编译成本地机器码的过程。
3. 静态提前编译器（AOT编译器，Ahead Of Time Compiler）直接将java文件编译成本地机器码的过程。

如上描述的三类编译过程有代表性的编译器如下：

• 前端编译器：Sun的Javac。
• JIT编译器：HotSpot VM的C1、C2编译器。
• AOT编译器：GNU Compiler for the Java。

10.2 Javac编译器

Javac编译器是纯Java代码编写的程序。它的编译过程大致可以分为3个过程，如下图：

• 解析与填充符号表过程
• 插入式注解处理器的注解处理过程
• 分析及字节码生成

10.2.1 解析与填充符号表过程

1. 解析

   解析分为两个过程词法分析与语法分析：

   • 词法分析：词法分析是将源代码中的字符流转变为Token（标记）集合的过程，其中字符是编程中的最小单位，Token（标记）是编译过程中的最小单位（不可再拆分）。变量名、字面量、运算符都可作为Token（标记），例如：int a = b + c，这里就存在6个Token（int、a、=、b、c）。
   • 语法分析：词法分析是基于Token生成抽象语法大树（Abstract Syntax Tree，AST）的过程。
   • 抽象语法树是用来描述程序代码语法结构的树形表现形式，每个节点都是一个语法结构，例如：包、类、接口、修饰符、运算符、返回值甚至包括注解。

2. 填充符号表

   符号表是由一组符号地址和符号信息组成个表格。

   符号表应用于编译各个不同阶段，如下：

   • 在语义分析阶段，基于符号表可以进行语义检查（例如检查一个名字的使用是否和原来的说明一致）和中间代码生成。
   • 在目标代码生成阶段，当对符号名进行地址分配时，符号表作为地址分配的依据。

10.2.2 插入式注解处理器的注解处理过程

当插入式注解处理器的注解处理过程对AST的结构进行了修改，那就需要退回到解释与填充符号表过程重新开始，直到所有插入式注解处理器都没有再对AST的结构再进行修改为止，每一轮称为一个Round。

10.2.3 分析及字节码生成

1. 分析

   这里的分析指的是语义分析，主要的任务是对结构正确的源程序进行上下文有关性质的审查，例如：类型价差。

   语义分析分为两个步骤：

   • 标注检查：标注检查包括诸如变量使用前是否声明过，变量与赋值的类型是否一致等。在标注检查这个过程中，有一个重要的动作——常量折叠，例如：int a = 1 + 2，经过常量折叠变为 int a = 3。
   • 数据及控制流分析：数据及控制流分析是对程序上下文逻辑的进一步验证，例如：方法的每条路径是否都有返回值、所有受检查的异常是否都被正确处理了。

2. 解语法糖

   所谓解语法糖就是将语法糖还原为简单的基础语法结构。

3. 字节码生成

   字节码生成过程是将个步骤生成的信息（例如：信息表、语法树）转换为字节码并写到磁盘上，这个过程还增加了少量的代码增加和转换工作。实例构造器的<init>()方法和类构造器的<client>()都是在这个过程生成的。

10.3 语法糖的味道

1. 自动装箱和自动拆箱，编译之后被转化成了对应的包装和还原方法。

2. 循环遍历，编译后被还原成迭代器遍历。

3. 变长参数，在调用的时候变成一个数组类型的参数。

4. 泛型，本质是参数类型化的引用。实现泛型的方式有：类型膨胀和类型擦除。

   • 类型膨胀

     C#语言的泛型类，例如：List<int>，是真实存在的，有自己的类型数据和虚方法表，这种泛型的实现的方式就是类型膨胀。采用类型膨胀方式实现的泛型是真正的泛型。

   • 类型擦除

   Java语言的泛型类，只存在于源码中，编译之后就会转换为原生类型，并在相应的位置上插入强制类型转换，这种泛型的实现方式就是类型擦除。采用类型擦除方式实现的泛型称为伪泛型。

5. 条件编译，Java采用的是条件为常量的if语句来实现的，如：if (true) { … }

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