Java编译分类：前端编译和后端编译

末蓝、 2022-06-02 06:24 394阅读 0赞

Java程序代码需要编译后才能在虚拟机中运行，编译涉及到非常多的知识层面：编译原理、语言规范、虚拟机规范、本地机器码优化等；了解编译过程有利于了解整个Java运行机制，不仅可以使得我们编写出更优秀的代码，而且还可以使得在JVM调优时更得心应手。

> **      ** 下面我们先来看下Java体系中的三种编译方式：前端编译、即时编译（JIT编译）、静态提前编译（AOT编译），先来了解它们各有什么优点和缺点，再来看看主流的前端编译+JIT编译方式的运作过程。

## **1、前端编译** ##

> **      ** 把Java源码文件（.java）编译成Class文件(.class)的过程；
> 
> **      ** 也即把满足Java语言规范的程序转化为满足JVM规范所要求格式的功能；
> 
> **优点：**
> 
> > 这阶段的优化是指程序编码方面的；
> > 
> > 许多Java语法新特性（"语法糖"：泛型、内部类等等），是靠前端编译器实现的,而不是依赖虚拟机；
> > 
> > 编译成的Class文件可以直接给JVM解释器解释执行，省去编译时间，加快启动速度；
> 
> **缺点：**
> 
> > 对代码运行效率几乎没有任何优化措施；
> > 
> > 解释执行效率较低，所以需要结合下面的JIT编译；    
> 
> **前端编译器**：Oracle javac、Eclipse JDT中的增量式编译器（ECJ）等;

## **2、后端编译/即时(JIT)编译** ##

> **      **通过Java虚拟机（JVM）内置的即时编译器（Just In Time Compiler，JIT编译器）；在运行时把Class文件字节码编译成本地机器码的过程；

> **优点：**
> 
> > 通过在运行时收集监控信息，把"热点代码"（Hot Spot Code）编译成与本地平台相关的机器码，并进行各种层次的优化；
> > 
> > 可以大大提高执行效率；
> 
> **缺点：**
> 
> > 收集监控信息影响程序运行；
> > 
> > 编译过程占用程序运行时间（如使得启动速度变慢）；
> > 
> > 编译机器码占用内存；
> 
> **JIT编译器**：HotSpot虚拟机的C1、C2编译器等；
> 
>  
> 
> **另外，JIT编译速度及编译结果的优劣，是衡量一个JVM性能的很重要指标；**
> 
> **所以对程序运行性能优化集中到这个阶段；**
> 
> **也就是说可以对这个阶段进行JVM调优；**

## **3、静态提前编译（Ahead Of Time，AOT编译）** ##

> **      ** 程序运行前，直接把Java源码文件（.java）编译成本地机器码的过程；
> 
> **优点：**
> 
> > 编译不占用运行时间，可以做一些较耗时的优化，并可加快程序启动；
> > 
> > 把编译的本地机器码保存磁盘，不占用内存，并可多次使用；
> 
> **缺点：**
> 
> > 因为Java语言的动态性（如反射）带来了额外的复杂性，影响了静态编译代码的质量；
> > 
> > 一般静态编译不如JIT编译的质量，这种方式用得比较少；
> 
> **静态提前编译器（AOT编译器）**：JAOTC、GCJ、Excelsior JET、ART (Android Runtime)等；
> 
>  
> 
> 关于ART (Android Runtime)模式：ART虽然主要通过AOT编译支持Java的运行，但仍然带有解释器。
> 
> 更多ART请参考：《[ART没有了Java虚拟机，能支持的了JNI吗？比如Java和C++互调用，还有ART不用解释器了那有没有可能放弃Java呢?][ART_Java_JNI_Java_C_ART_Java]》
> 
> [《Android运行时ART简要介绍和学习计划》][Android_ART]
> 
> 更多AOT请参考：《[Java中有类似于NGen的工具（AOT编译器）吗？][Java_NGen_AOT]》

## **4、前端编译+JIT编译** ##

> 到这里，我们知道目前Java体系中主要还是采用前端编译+JIT编译的方式，如JDK中的HotSpot虚拟机。  
> 
> 
> 前端编译+JIT编译方式的运作过程大体如下：
> 
> > 1、首先通过前端编译把符合Java语言规范的程序代码转化为满足JVM规范所要求Class格式；
> > 
> > 2、然后程序启动时Class格式文件发挥作用，解释执行，省去编译时间，加快启动速度；
> > 
> > 3、针对Class解释执行效率低的问题，在运行中收集性能监控信息，得知"热点代码"；
> > 
> > 4、JIT逐渐发挥作用，把越来越多的热点代码"编译优化成本地代码，提高执行效率；

> **      后面我们将分别去了解：前端编译--把Java源码文件编译成Class文件的过程、Class文件的结构、以及JIT编译--在运行时把Class文件字节码编译成本地机器码的过程……**

【参考资料】

1、《The Java Virtual Machine Specification》Java SE 8 Edition：[https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html][https_docs.oracle.com_javase_specs_jvms_se8_html_index.html]

2、《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》第二版

3、实时Java，第2部分: 比较编译技术--本地 Java 代码的静态编译和动态编译中的问题：[www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-rtj2/][www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-rtj2]

4、很多文章都提到JVM对class文件的编译，那么编译后的文件是在内存里还是在哪？怎么查看？：[https://www.zhihu.com/question/52487484/answer/130785455][https_www.zhihu.com_question_52487484_answer_130785455]

5、Java中有类似于NGen的工具（AOT编译器）吗？：[https://www.zhihu.com/question/29852046/answer/45917208][https_www.zhihu.com_question_29852046_answer_45917208]

[ART_Java_JNI_Java_C_ART_Java]: https://www.zhihu.com/question/27440163
[Android_ART]: http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/39256813
[Java_NGen_AOT]: https://www.zhihu.com/question/29852046
[https_docs.oracle.com_javase_specs_jvms_se8_html_index.html]: https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html
[www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-rtj2]: http://blog.csdn.net/tjiyu/article/details/www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-rtj2/
[https_www.zhihu.com_question_52487484_answer_130785455]: https://www.zhihu.com/question/52487484/answer/130785455
[https_www.zhihu.com_question_29852046_answer_45917208]: https://www.zhihu.com/question/29852046/answer/45917208