Java 虚拟机

【Java 虚拟机笔记】编译与代码优化相关整理

2019-05-21  本文已影响3人  58bc06151329

文前说明

作为码农中的一员，需要不断的学习，我工作之余将一些分析总结和学习笔记写成博客与大家一起交流，也希望采用这种方式记录自己的学习之旅。

本文仅供学习交流使用，侵权必删。
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1. 早期（编译期）优化

1.1 解析与填充符号表

词法、语法分析

/**
     * 读取一个标识符
     */
    private void scanIdent() {
        boolean isJavaIdentifierPart;
        char high;
        do {
            if (sp == sbuf.length) putChar(ch); else sbuf[sp++] = ch;
            // optimization, was: putChar(ch);

            scanChar();
            switch (ch) {
            case 'A': case 'B': case 'C': case 'D': case 'E':
            case 'F': case 'G': case 'H': case 'I': case 'J':
            case 'K': case 'L': case 'M': case 'N': case 'O':
            case 'P': case 'Q': case 'R': case 'S': case 'T':
            case 'U': case 'V': case 'W': case 'X': case 'Y':
            case 'Z':
            case 'a': case 'b': case 'c': case 'd': case 'e':
            case 'f': case 'g': case 'h': case 'i': case 'j':
            case 'k': case 'l': case 'm': case 'n': case 'o':
            case 'p': case 'q': case 'r': case 's': case 't':
            case 'u': case 'v': case 'w': case 'x': case 'y':
            case 'z':
            case '$': case '_':
            case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':
            case '5': case '6': case '7': case '8': case '9':
            case '\u0000': case '\u0001': case '\u0002': case '\u0003':
            case '\u0004': case '\u0005': case '\u0006': case '\u0007':
            case '\u0008': case '\u000E': case '\u000F': case '\u0010':
            case '\u0011': case '\u0012': case '\u0013': case '\u0014':
            case '\u0015': case '\u0016': case '\u0017':
            case '\u0018': case '\u0019': case '\u001B':
            case '\u007F':
                break;
            case '\u001A': // EOI is also a legal identifier part
                if (bp >= buflen) {
                    name = names.fromChars(sbuf, 0, sp);
                    token = keywords.key(name);
                    return;
                }
                break;
            default:
                if (ch < '\u0080') {
                    // all ASCII range chars already handled, above
                    isJavaIdentifierPart = false;
                } else {
                    high = scanSurrogates();
                    if (high != 0) {
                        if (sp == sbuf.length) {
                            putChar(high);
                        } else {
                            sbuf[sp++] = high;
                        }
                        isJavaIdentifierPart = Character.isJavaIdentifierPart(
                            Character.toCodePoint(high, ch));
                    } else {
                        isJavaIdentifierPart = Character.isJavaIdentifierPart(ch);
                    }
                }
                if (!isJavaIdentifierPart) {
                    name = names.fromChars(sbuf, 0, sp);
                    token = keywords.key(name);
                    return;
                }
            }
        } while (true);
}

填充符号表

enterTrees(stopIfError(CompileState.PARSE, parseFiles(sourceFileObjects)))

public List<JCCompilationUnit> enterTrees(List<JCCompilationUnit> roots) {
        //enter symbols for all files
        if (taskListener != null) {
            for (JCCompilationUnit unit: roots) {
                TaskEvent e = new TaskEvent(TaskEvent.Kind.ENTER, unit);
                taskListener.started(e);
            }
        }
        
        /**
         * 填充符号表
         */
        enter.main(roots);

        if (taskListener != null) {
            for (JCCompilationUnit unit: roots) {
                TaskEvent e = new TaskEvent(TaskEvent.Kind.ENTER, unit);
                taskListener.finished(e);
            }
        }

        //If generating source, remember the classes declared in
        //the original compilation units listed on the command line.
        if (sourceOutput || stubOutput) {
            ListBuffer<JCClassDecl> cdefs = lb();
            for (JCCompilationUnit unit : roots) {
                for (List<JCTree> defs = unit.defs;
                     defs.nonEmpty();
                     defs = defs.tail) {
                    if (defs.head instanceof JCClassDecl)
                        cdefs.append((JCClassDecl)defs.head);
                }
            }
            rootClasses = cdefs.toList();
        }
        return roots;
}

1.2 插入式注解处理器的注解处理过程

initProcessAnnotations(processors);

public void initProcessAnnotations(Iterable<? extends Processor> processors)
                throws IOException {
        // Process annotations if processing is not disabled and there
        // is at least one Processor available.
        Options options = Options.instance(context);
        if (options.get("-proc:none") != null) {
            processAnnotations = false;
        } else if (procEnvImpl == null) {
            procEnvImpl = new JavacProcessingEnvironment(context, processors);
            processAnnotations = procEnvImpl.atLeastOneProcessor();

            if (processAnnotations) {
                if (context.get(Scanner.Factory.scannerFactoryKey) == null)
                    DocCommentScanner.Factory.preRegister(context);
                options.put("save-parameter-names", "save-parameter-names");
                reader.saveParameterNames = true;
                keepComments = true;
                if (taskListener != null)
                    taskListener.started(new TaskEvent(TaskEvent.Kind.ANNOTATION_PROCESSING));


            } else { // free resources
                procEnvImpl.close();
            }
        }
}

public JavaCompiler processAnnotations(List<JCCompilationUnit> roots)
            throws IOException {
        return processAnnotations(roots, List.<String>nil());
}

1.3 语义分析与字节码生成过程

1.3.1 标注检查

/**
     * Attribute a parse tree.
     * @returns the attributed parse tree
     */
public Env<AttrContext> attribute(Env<AttrContext> env) {
        if (compileStates.isDone(env, CompileState.ATTR))
            return env;

        if (verboseCompilePolicy)
            log.printLines(log.noticeWriter, "[attribute " + env.enclClass.sym + "]");
        if (verbose)
            printVerbose("checking.attribution", env.enclClass.sym);

        if (taskListener != null) {
            TaskEvent e = new TaskEvent(TaskEvent.Kind.ANALYZE, env.toplevel, env.enclClass.sym);
            taskListener.started(e);
        }

        JavaFileObject prev = log.useSource(
                                  env.enclClass.sym.sourcefile != null ?
                                  env.enclClass.sym.sourcefile :
                                  env.toplevel.sourcefile);
        try {
            attr.attribClass(env.tree.pos(), env.enclClass.sym);
            compileStates.put(env, CompileState.ATTR);
        }
        finally {
            log.useSource(prev);
        }

        return env;
}

1.3.2 数据及控制流分析

1.3.3 解语法糖

泛型与类擦除

自动装箱、拆箱、循环遍历

条件编译

1.3.4 字节码生成

2. 晚期（运行期）优化

2.1 HotSpot 虚拟机内的即时编译器

2.1.1 解释器与编译器

解释器与编译器交互

分层编译策略

2.1.2 编译对象与触发条件

会被即时编译器编译的热点代码

判断一段代码是否是热点代码的方式（热点探测）

方法调用计数器

方法调用计数器触发即时编译

回边计数器

回边计数器触发即时编译

2.1.3 编译过程

Client Compiler

Client Compiler 模式

Server Compiler

2.1.4 查看及分析即时编译结果

2.2 编译优化技术

公共子表达式消除

数组边界检查消除

方法内联

逃逸分析

2.3 Java 与 C/C++ 编译器对比

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