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JVM基础系列第4集：从源代码到机器码，发生了什么？ 对Java语言来说，从源代码到机器码，中间发生了什么呢？

如下图所示，编译器为前端编译器、JIT 编译器和AOT编译器.

1 .前端编译器：在将源代码转换为字节码之前，对于Java虚拟机，实际输入的是字节码文件，而不是Java文件。 那么，在Java语言中，实际上是如何将Java代码转换为字节码文件的呢？ 我们知道JDK的安装目录中有一个javac工具，用于将javac代码翻译成字节码。 这个工具称为编译器。 相对于后述的其他编译器，由于处于编译的前期，所以成为前端编译器。

使用javac编译器，可以轻松地将java源文件翻译为字节码文件。 以我们最熟悉的Hello World为例：

public class demo { publicstaticvoidmain string args [ ] } { system.out.println ‘ hello world！’ )； }使用javac命令编译上面的类时，将生成Demo.class文件。

使用javac demo.javalsdemo.Java demo.class纯文本编辑器打开demo.class文件时，可以看到它是一系列十六进制流。

我们执行javac命令的过程实际上是javac编译器解析Java源代码并生成字节码文件的过程。 简言之，其实是使用javac编译器将Java语言规范转换为字节码语言规范。 javac编译器的处理分为四个阶段：

第一阶段：词法、语法分析。 在此阶段，JVM将扫描源代码中的字符一次，最终生成抽象语法树。 简而言之，在这个阶段，JVM会理解我们的代码想做什么。 就像我们分析一个句子一样，我们把主谓宾分在句子里，阐明这个句子应该表达的意思。

第二阶段：填写符号表。 我们知道类之间会互相引用，但在编译阶段无法确定具体地址，所以我们改用符号。 这个阶段所做的就是在抽象的类和接口中嵌入符号。 等到类加载后，JVM会用特定的内存地址替换符号。

第三阶段：评论处理。 因为我们知道Java支持注释，所以在此阶段分析注释，并根据注释的作用将其恢复到特定的指令集。

第四阶段：分析和字节码生成。 到了这个阶段，JVM将根据上述几个阶段的分析结果生成字节码，并最终输出到class文件中。

javac编译器通常被称为前端编译器。 因为它发生在整个编译的前期。 典型的前端编译器包括Sun的javac和Eclipse JDT的增量编译器ECJ )。

2. JIT编译器：源代码从字节码到机器码)转换为字节码后，实际运行程序有两种选择。 一种是使用Java解释器解释可执行字节码，另一种是使用JIT编译器将字节码转换为本地机器码。

这两种方式的区别在于，前者启动速度快但执行速度慢，而后者启动速度慢但执行速度快。 要说为什么会这样，其理由很简单。 解释器不需要像JIT编译器那样将所有字节码转换为机器码，因此自然优化的时间更少。 JIT编译器在第一次编译完成后，保存字节码对应的机器码，下次可以直接使用。 而且，我们知道机器码的执行效率一定比Java解释器高。 因此，实际上，为了执行速度和效率，一般将两者组合起来进行Java代码的编译执行。

HotSpot虚拟机包含两个即时编译器：客户端编译器和服务器编译器。 这两个不同的编译器派生出两种不同的编译模式，分别称为C1编译模式、C2编译模式。

注：现在很多人都习惯将客户端编译器称为C1编译器，将服务器编译器称为C2编译器，但Oracle的官方文档中将它称为compiler模式。 所以说C1编译器、C2编译器是我们自己的习惯称谓，不是官方说法。 这一点需要特别注意。

那么 C1 编译模式和 C2 编译模式有什么区别呢？

C1编译模式提供简单、可靠的优化，将字节码编译成本地代码，并根据需要添加性能监视逻辑。 在C2编译模式下，将字节码编译成本地代码，但启用了需要较长时间的编译优化，并根据性能监视信息进行不可靠的极端优化。

简单来说，基于C1编译模式的优化比较保守，其编译速度比C2快。 另一方面，C2编译模式进行了过度优化，并根据性能监视进行了针对性优化，因此编译质量比较好，但需要时间。

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那么到底应该选择 C1 编译模式还是 C2 编译模式呢？

实际上对于 HotSpot 虚拟机来说，其一共有三种运行模式可选，分别是：

混合模式（Mixed Mode） 。即 C1 和 C2 两种模式混合起来使用，这是默认的运行模式。如果你想单独使用 C1 模式或 C2 模式，使用 -client 或 -server 打开即可。解释模式（Interpreted Mode）。即所有代码都解释执行，使用 -Xint 参数可以打开这个模式。编译模式（Compiled Mode）。 此模式优先采用编译，但是无法编译时也会解释执行，使用 -Xcomp 打开这种模式。

在命令行中输入 java -version 可以看到，我机器上的虚拟机使用 Mixed Mode 运行模式。

写到这里，我们了解了从 Java 源代码到字节码，再从字节码到机器码的全过程。本来到这里就应该结束了，但在我们 Java 中还有一个 AOT 编译器，它能直接将源代码转化为机器码。

3. AOT 编译器：源代码到机器码

AOT 编译器的基本思想是：在程序执行前生成 Java 方法的本地代码，以便在程序运行时直接使用本地代码。

但是 Java 语言本身的动态特性带来了额外的复杂性，影响了 Java 程序静态编译代码的质量。例如 Java 语言中的动态类加载，因为 AOT 是在程序运行前编译的，所以无法获知这一信息，所以会导致一些问题的产生。类似的问题还有很多，这里就不一一举例了。

总的来说，AOT 编译器从编译质量上来看，肯定比不上 JIT 编译器。其存在的目的在于避免 JIT 编译器的运行时性能消耗或内存消耗，或者避免解释程序的早期性能开销。

在运行速度上来说，AOT 编译器编译出来的代码比 JIT 编译出来的慢，但是比解释执行的快。而编译时间上，AOT 也是一个始终的速度。所以说，AOT 编译器的存在是 JVM 牺牲质量换取性能的一种策略。就如 JVM 其运行模式中选择 Mixed 混合模式一样，使用 C1 编译模式只进行简单的优化，而 C2 编译模式则进行较为激进的优化。充分利用两种模式的优点，从而达到最优的运行效率。

总结

在 JVM 中有三个非常重要的编译器，它们分别是：前端编译器、JIT 编译器、AOT 编译器。

前端编译器，最常见的就是我们的 javac 编译器，其将 Java 源代码编译为 Java 字节码文件。JIT 即时编译器，最常见的是 HotSpot 虚拟机中的 Client Compiler 和 Server Compiler，其将 Java 字节码编译为本地机器代码。而 AOT 编译器则能将源代码直接编译为本地机器码。这三种编译器的编译速度和编译质量如下：

编译速度上，解释执行 > AOT 编译器 > JIT 编译器。编译质量上，JIT 编译器 > AOT 编译器 > 解释执行。

而在 JVM 中，通过这几种不同方式的配合，使得 JVM 的编译质量和运行速度达到最优的状态。

来源：https://www.cnblogs.com/chanshuyi/p/jvm_serial_04_from_source_code_to_machine_code.html