Java编译（一） Java三种编译方式：前端编译 JIT编译 AOT编译

       Java编译（一） Java三种编译方式：

前端编译 JIT编译 AOT编译

        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?》

《Android运行时ART简要介绍和学习计划》

更多AOT请参考：《Java中有类似于NGen的工具（AOT编译器）吗？》

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

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/

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

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