java 程序的编译工作通常使用 IDE 或 Maven，Gradle 等工具完成，开发过程容易忽视java编译期隐藏的技术细节，深入理解 javac、编译等相关概念。

javac 是 JDK 的Java语言前端编译器工具，将满足 Java 语言规范（JLS, Java Language Specification）的 .java 源文件编译成为满足JVM规范（JVMS, Java Virtual Machine Specification）的 .class 字节码文件。

javac的知识合集 = 编译原理 + JDK（ JSR-269 Pluggable Annotation Processing API，JSR 199 the Java Compiler API，语法糖，javac工作原理等）+ JLS + JVMS + bytescode

javac的知识引申 = 生成字节码编译过程，并发编程内存模型、java 关键字实现、字节码增强技术等。

一般而言，javac 的编译过程为：源代码 –(词法分析)–> 符号Token流 –(语法分析)–> 抽象语法树 –(注解处理器)–> 插入式注解语法树 -(语义分析)-> 完整语法树 –(生成代码)–> 字节码。是java的前端编译器。

javac由java语言编写，方便调试学习。

1 hello javac

1.1 javac 经典应用

.java 源文件：

编译为 .class 类文件：

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1. -d 指定了生成class文件的根目录，并且会根据class的包路径创建子目录。
2. -cp JRE搜索资源文件的路径指定，默认当前路径，只会影响当前进程，覆盖CLASSPATH。

1.2 javac 实例场景

自动化编译脚本

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1.3 编译 与 javac

1.3.1 编译

编译：将便于人编写、阅读、维护的高级计算机语言写的源代码程序，翻译为计算机能解读、运行的低阶机器语言的程序的过程。负责这一过程的处理的工具叫做编译器。

简单理解，编译 = 高级语言源代码 —(分析 + 翻译 + 优化)—> 低级语言机器码。

编译原理中，根据编译任务不同：

字节码不是机器能识别的语言，还需要 JVM 再将字节码转换成机器码。

前端编译为字节码的好处：

1. 解耦后端JVM编译，减少JVM工作，避免每次执行时词法、语法、语义分析。方便读取，执行速度比直接解析源代码（AOT）快。
2. 字节码可以由Groovy，Clojure，Scala跨语言生成，供JVM调用。
3. 字节码有版本信息，可以在编译过程在一些语言层面上擦除版本变化。
4. 字节码格式比源码紧凑、轻量，方便方便网络传输。嵌入式设备不够资源跑起完整的编译器，只需嵌入一个小巧的JVM就可以编译源码。

1.3.2 前端编译 javac

javac 是java前端编译的一种编译器实现。

🗣 Tips :

1. Javac对代码的运行效率几乎没有优化措施，性能的优化集中在后端的即时编译器中。javac编译器实现一些“语法糖”，例如foreach语法、注解等。字节码是对程序应该如何表现的描述，JVM对Program的行为和硬件有更多了解，JIT时对字节码进行任意优化。在很多情况下，编译时优化阻碍了JIT时更重要的优化。
2. 《深入理解JAVA虚拟机》第十、十一章 编译运行期优化

1.3.3 反编译

• javap 将字节码转化为看得懂字节码，底层依赖了标记和、两个指令来实现同步。
• jad 不支持 Java 8 - lambda 表达式，字符串的 switch 是通过和实现的。
• IDEA插件 jclasslib 字节码查看器 。

1.3.4 后端编译 Just-In-Time Compiler

本文关注javac的编译过程，对后端编译一笔带过。

传统 JVM 通过解释字节码java基础语言编程实现与源码分析将其翻译成对应的机器指令执行。为了解决效率问题，小部分热点代码消耗大部分的资源，引入 JIT 技术。

1. 进行热点探测（Hot Spot Detection）识别热点代码（Hot Spot Code）翻译成机器码后缓存。HotSpot 使用基于计数器的热点探测（Counter Based Hot Spot Detection）设计方法计数器（方法、代码块）、回计数器（for/while）统计方法的执行次数，超过阀值就认为是热点方法，触发JIT编译。
2. HotSpot 内置  （C1 更好的编译速度）和（C2 更好的编译质量）两种JIT编译模式分层编译。
3. 编译优化，如逃逸分析、 锁消除、 锁膨胀、 方法内联、 空值检查消除、 类型检测消除、 公共子表达式消除。

JVM 实际采用解释器和JIT混用模式 Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 13+33, mixed mode, sharing)

2 javac 编译过程源码分析

从 Sun Javac 的源码来看，编译main方法位于

编译过程大致可以分为3个过程

分别对应Token流，语法树，注解语法树，字节码输出。

2.1 Parse and Enter

两个重要的接口与实现

该阶段将源码文件解析构建抽象语法树( Abstract Syntax Tree，AST )。从功能上分为 词法分析 和 语法分析，实际上同时进行。编译时，通过 ParserFactory 与 ScannerFactory 工厂类管理 JavacParser 与 Scanner 对象。JavacParser 解析时，Scanner 读取源文件字符流，逐个读入 Token，构建抽象语法树。之后，编译器就基本不会再对源码文件进行操作，后续操作都建立在抽象语法树之上。（添加默认无参构造方法等）

2.1.1 词法分析

将Java源代码按照Java关键字、自定义关键字、符号等按顺序分解为了可识别的Token流。

字符char是程序编写过程中的的最小元素，标记Token是编译过程的最小元素。

🗣 Tips :

1. java命名规范指出声明变量的时候必须以字母、下划线或者美元符开头，包括字母、数字、下划线或者美元符。由JavacParser规定并识别 int y=x+1; package per.rsf.javac; 的Token流。
2. Tokens根据Token.name先转化成Name对象，建立Name和Token的对应关系，保存在key数组中。这个key数组只保存了在Token类中定义的所有Token到Name对象的关系，而其他所有字符集合Tokens都会将它对应到TokenKind.IDENTIFIER类型
3. Javac中每个与文件相关的实现类都直接或间接实现了JavaFileObject接口，这个接口专门为操作.java文件及.class文件而定义的。每个RegularFileObject类对象可以代表一个Java源文件。调用getCharContent()方法获取字符流输入。
4. 关键代码nextToken的主要逻辑：处理特殊字符、标识符、16进制、数字、分隔符、斜杠开头、反斜杠开头、双引号开头、默认处理。

例：package的Token读取流程

2.1.2 语法分析

将Token流组装成更结构化的语法树，描述程序代码语法结构，检查是否符合Java语言规范。每个语法树上的节点都是的一个实例，继承自接口，代表着程序代码中的一个语法结构（Construct），如包、类型、修饰符、运算符、接口、返回值甚至代码注释。

🗣 Tips :

1. JCCompilationUnit表示一个编译单元，一般是一个源文件（可以是多个类）内容对应一个编译单元，同时这也是顶层的树节点。包含包注解 List、包名 JCExpression、和树 List。
2. 在遍历像抽象语法树这样由各种类的实例所组成的树形结构时，通常会借助Visitors访问者模式来完成。

2.1.3 填充符号表

该步骤实际发生在语义分析中，在处理注解前。

一个类中的符号变量，除了类本身定义，其他类定义。如调用其他类方法、变量，继承或实现父类和接口等。

调用其他类的符号变量时，就需要通过符号表来进行查找。（符号引用）

这些类的符号也需解析到符号表中。按照递归向下的顺序解析语法树，

1. 将所有类中出现的符号输入到自身的符号表，并将类符号、类的参数类型符号(泛型参数类型)、超类符号，继承类型符号和继承的接口类型符号都存储到一个未处理列表中。
2. 将这个未处理列表中的所有类都解析到各自的符号列表中。

符号表是由一组符号地址和符号信息构成的表格。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。

2.2 Annotation Processing

JDK 6 实现了插入式注解处理API（JSR-269）,位于和包。

通过声明一个注解，实现一个注解处理器。注册服务后

在编译期由处理注解。读取、修改、添加抽象语法树中的任意元素。像反射一样访问类、字段、方法和注解等元素，创建新的源文件。每一个插入式注解处理器操作语法树，编译器将回到解析及填充符号表的过程循环。

作用：减少编写配置文件的劳动量，提高代码可读性。

测试使用时，测试类和实现类写在不同子模块下！！！否则编译不通过！！！一般需要插件工具完成，如 Lombok 插件

2.2.1 javac 命令编译过程

1. 声明一个注解
2. 创建一个注解处理器，注解处理器需实现  接口或继承  类。重写方法。
3. 为注解处理器注册服务。在文件夹下创建 文件。写入注解处理器的全称。
4. 为了能够让项目能够通过编译，我们需要为Java编译器添加一个不进行注解处理的参数

也可使用 指定注解处理器

主要源码：

2.2.2 编译器 API 实例过程

使用  的  方法可以传入注解处理器。

2.2.3 实例

仿照findbugs实现一个简单的类编写规范检查

注解类 CHECK

注解处理类 CLASSCHECKER

注册服务

在文件夹下创建文件，内容如下：

测试类

结果

将项目打成jar包使用

🗣 Tips :

1. 模拟Lombok实现get set方法，依赖  包

2.3 Analyse and Generate

2.3.1 语义分析

语法分析将源文件抽象成结构正确的抽象语法树，但无法保证符合逻辑的。还需添加默认的构造器，检查变量使用前是否已经初始化等。

🗣 Tips :

1. 常量折叠：a=1+2 -> a=3
2. 如果代码中没有提供任何构造函数，自动添加一个没有参数、访问权限与当前类一致的默认构造函数。如果提供了构造函数，则在代码生成阶段添加。

语法糖（SYNTACTIC SUGAR）

Java中最常用的 语法糖 主要是前面提到过的泛型、变长参数、自动装箱/拆箱等。JVM运行时不支持这些语法，它们在编译阶段还原回简单的基础语法结构，这个过程称为解语法糖。解语法糖的过程由JavaCompiler#desugar()方法触发。

2.3.2 字节码生成

把前面各个步骤所生成的信息转化成字节码，

1. 代码收敛，将方法块转成符合JVM语法的命令形式，jvm的所有操作都是基于栈的，所有操作都必须经过进出栈来完成。
2. 按照jvm的文件组织格式将字节码输出到以class文扩展名的文件中。

在收敛代码的过程中，将实例构造器方法和类重载构造器方法添加到语法树之中。

与

方法编译器自动收集static代码块，收敛顺序为先父后子，先单后块，父接口“随遇而安”。final static 静态不可变常量提前被编译器放入常量池，无需初始化。

方法编译器自动收集非static代码块，收敛顺序为先父后子，先单后块最后构造函数。

方法（实例化阶段）永远在方法（类初始化阶段）执行后执行。🗣 Tips :

1. 类构造器，在jvm进行类加载—验证—解析—初始化中的初始化阶段（类实例化 调用静态字段或方法）调用，对静态变量，静态代码块进行初始化。多线程时，方法阻塞，一个类只会在一个JVM进程运行期间执行一次方法。
2. 实例构造器，类实例化阶段（new 反射 克隆 反序列化），对非静态变量解析初始化。若实例时类没有初始化，先执行方法。

3 javac API

JDK 6 增加了规范 JSR-199 和 JSR-296，提供相关的 API

绿色标注的包是官方 API（Official API）， JSR-199 和 JSR-296.

黄色标注的包为（Supported API）.

紫色标注的包代码全部在  包下，为内部 API（Internal API）和编译器的实现类。

4 javac 调试

4.1 修改 idea.vmoptions

4.2 配置远程debug

4.3 启用idea编译调试

IDEA默认会禁用编译调试，这里需要开启一个开关，以此让IDEA在编译之前等待调试程序的链接。并且，这个配置在IDEA重启后会失效。

双击，打开平常搜索类的界面，输入