本篇文章將圍繞Java中的編譯器，深入淺出的解析前端編譯的流程、泛型、條件編譯、增強for循環、可變長參數、lambda表達式等語法糖原理

編譯器與執行引擎

編譯器

Java中的編譯器不止一種，Java編譯器可以分為：前端編譯器、即時編譯器和提前編譯器

最為常見的就是前端編譯器javac，它能夠將Java源代碼編譯為字節碼文件，它能夠優化程序員使用起來很方便的語法糖

即時編譯器是在運行時，將熱點代碼直接編譯為本地機器碼，而不需要解釋執行，提升性能

提前編譯器將程序提前編譯成本地二進制代碼

前端編譯過程

• 準備階段: 初始化插入式注解處理器

• 處理階段

  • 解析與填充符號表

    1. 詞法分析: 將Java源代碼的字符流轉變為token(標記)流

       • 字符: 程序編寫的最小單位
       • 標記(token) : 編譯的最小單位
       • 比如 關鍵字 static 是一個標記 / 6個字符

    2. 語法分析: 將token流構造成抽象語法樹

    3. 填充符號表: 產生符號信息和符號地址

       • 符號表是一組符號信息和符號地址構成的數據結構
       • 比如: 目標代碼生成階段，對符號名分配地址時，要查看符號表上該符號名對應的符號地址

  • 插入式注解處理器的注解處理

    4. 注解處理器處理特殊注解: 在編譯器允許注解處理器對源代碼中特殊注解作處理，可以讀寫抽象語法樹中任意元素，如果發生了寫操作，就要重新解析填充符號表

       • 比如: Lombok通過特殊注解，生成get/set/構造器等方法

  • 語義分析與字節碼生成

    5. 標注檢查: 對語義靜態信息的檢查以及常量折疊優化

       ?int i = 1;char c1 = 'a';int i2 = 1 + 2;//編譯成 int i2 = 3 常量折疊優化char c2 = i + c1; //編譯錯誤 標注檢查 檢查語法靜態信息 

       

    6. 數據及控制流分析: 對程序運行時動態檢查

       • 比如方法中流程控制產生的各條路是否有合適的返回值

    7. 解語法糖: 將(方便程序員使用的簡潔代碼)語法糖轉換為原始結構

    8. 字節碼生成: 生成<init>,<clinit>方法,并根據上述信息生成字節碼文件

前端編譯流程圖

源碼分析

代碼位置在JavaCompiler的compile方法中

Java中的語法糖

泛型

將操作的數據類型指定為方法簽名中一種特殊參數，作用在方法、類、接口上時稱為泛型方法、泛型類、泛型接口

Java中的泛型是類型擦除式泛型，泛型只在源代碼中存在，在編譯期擦除泛型，并在相應的地方加上強制轉換代碼

與具現化式泛型(不會擦除，運行時也存在泛型)對比

• 優點: 只需要改動編譯器，Java虛擬機和字節碼指令不需要改變

  • 因為泛型是JDK5加入的，為了滿足對以前版本代碼的兼容采用類型擦除式泛型

• 缺點: 性能較低，使用沒那么方便

  • 為提供基本類型的泛型，只能自動拆裝箱，在相應的地方還會加速強制轉換代碼，所以性能較低

  • 運行期間無法獲取到泛型類型信息

    • 比如書寫泛型的List轉數組類型時，需要在方法的參數中指定泛型類型

      ?public static <T> T[] listToArray(List<T> list,Class<T> componentType){T[] instance = (T[]) Array.newInstance(componentType, list.size());return instance;}

增強for循環與可變長參數

增強for循環 -> 迭代器

可變長參數 -> 數組裝載參數

泛型擦除后會在某些位置插入強制轉換代碼

自動拆裝箱

自動裝箱、拆箱的錯誤用法

?        Integer a = 1;Integer b = 2;Integer c = 3;Integer d = 3;Integer e = 321;Integer f = 321;Long g = 3L;//trueSystem.out.println(c == d);//范圍小，在緩沖池中//falseSystem.out.println(e == f);//范圍大，不在緩沖池中，比較地址因此為false//trueSystem.out.println(c == (a + b));//trueSystem.out.println(c.equals(a + b));//falseSystem.out.println(g == (b + a));//trueSystem.out.println(g.equals(a + b));

• 注意:

  1. 包裝類重寫的equals方法中不會自動轉換類型

  2. 包裝類的 == 就是去比較引用地址，不會自動拆箱

條件編譯

布爾類型 + if語句 : 根據布爾值類型的真假，編譯器會把分支中不成立的代碼塊消除（解語法糖）

Lambda原理

編寫函數式接口

?@FunctionalInterfaceinterface LambdaTest {void lambda();}

編寫測試類

?public class Lambda {private int i = 10;?public static void main(String[] args) {test(() -> System.out.println("匿名內部類實現函數式接口"));}?public static void test(LambdaTest lambdaTest) {lambdaTest.lambda();}}

使用插件查看字節碼文件

生成了一個私有靜態的方法,這個方法中很明顯就是lambda中的代碼

在使用lambda表達式的類中隱式生成一個靜態私有的方法，這個方法代碼塊就是lambda表達式中寫的代碼

執行class文件時帶上參數java -Djdk.internal.lambda.dumpProxyClasses 包名.類名即可顯示出這個匿名內部類

使用invokedynamic生成了一個實現函數式接口的匿名內部類對象，在重寫函數式接口的方法實現中調用使用lambda表達式類中隱式生成的靜態私有方法

總結

本篇文章以Java中編譯器的分類為開篇，深入淺出的解析前端編譯的流程，Java中泛型、增強for循環、可變長參數、自動拆裝箱、條件編譯以及Lambda等語法糖的原理

前端編譯先將字符流轉換為token流，再將token流轉換為抽象語法樹，填充符號表的符號信息、符號地址，然后注解處理器處理特殊注解（比如Lombok生成get、set方法），對語法樹發生寫改動則要重新解析、填充符號，接著檢查語義靜態信息以及常量折疊，對運行時程序進行動態檢查，再解語法糖，生成init實例方法、clinit靜態方法，最后生成字節碼文件

Java中為了兼容之前的版本使用類型擦除式的泛型，在編譯期間擦除泛型并在相應位置加上強制轉換，想為基本類型使用泛型只能搭配自動拆裝箱一起使用，性能有損耗且在運行時無法獲取泛型類型

增加for循環則是使用迭代器實現，并在適當位置插入強制轉換；可變長參數則是創建數組進行裝載參數

自動拆裝箱提供基本類型與包裝類的轉換，但包裝類盡量不使用==，這是去比較引用地址，同類型比較使用equals

條件編譯會在if-else語句中根據布爾類型將不成立的分支代碼塊消除

lambda原理則是通過invokeDynamic指令動態生成實現函數式接口的匿名對象，匿名對象重寫函數時接口方法中調用使用lambda表達式類中隱式生成的靜態私有的方法（該方法就是lambda表達式中的代碼內容）

最后（不要白嫖，一鍵三連求求拉~）

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