如何研究 Javac 与 HotSpot

[mazhimazh]

现在使用 Java 语言的人很多，但是了解 Java 语言实现的人非常少。如果要研究 Java 语言的实现，推荐研究 Javac 和虚拟机 HotSpot 的源代码实现，其中 Javac 相当于 Java 编译的前端，HotSpot 是 Java 语言运行的基础。弄懂了 Javac 与 HotSpot，对 Java 语言也就达到了“精通”的地步了。

下面我结合自己的研究过程总结一下，如果要研究 Javac 与 HotSpot，目前可参考的一些资料、论文。

（ 1 ）研究 Javac 可参阅的资料

Java 为了实现跨平台，首先会将 Java 源代码翻译为 Java 字节码。翻译的过程由 Javac 来实现。Javac 大概有 10 万左右的代码，不过是使用 Java 语言编写的，所以对于掌握 Java 的人来说，可以直接将相关源代码导入 IDEA 或 Eclipse 这样的 IDE 中进行编译调试，一步步理解翻译的过程。

Javac 在将 Java 语言翻译为字节码的过程中到底做了哪些工作呢？如果我们要了解 Javac 的实现，有哪些可以参考的资料呢？本人结合自己研究的过程，给大家推荐一些资料。

1、Java 语法规范（ The Java Language Specification，JLS ）   Javac 会严格按照 Java 语法规范对编程人员书写的 Java 源代码进行检查，如果出现语法错误，编译器会进行错误提示，比如，在循环语句或 switch 语句之外使用 break，局部变量在使用前没有初始化等。

Java 语法规范的链接地址： https://docs.oracle.com/javase/specs/

2、Java 虚拟机规范（ The Java Virtual Machine Specification，JVMS ）   如果 Java 源代码没有语法错误，那么 Javac 会将 Java 源代码按照 Java 虚拟机规范生成可被虚拟机加载运行的 Class 文件，Class 文件的格式以及为可执行语句生成的指令等都在 Java 虚拟机规范中进行了明确规定，Javac 必须在生成 Class 文件时严格遵守。

Java 虚拟机规范： https://docs.oracle.com/javase/specs/

3、《深入解析 Java 编译器：源码剖析与实例详解》  这是一本专门讲解 Javac 源代码分析相关的书籍。

详细情况可通过链接 https://www.cnblogs.com/mazhimazhi/p/11950146.html 了解

（ 2 ）研究 HotSpot 虚拟机可参阅的资料

目前市面上主流的 Java 虚拟机有 HotSpot、JRockit、J9 等，不过 Hotspot 是开源的，可以获取源代码，然后在本地编译调试。HotSpot 是用 C++语言编写的，有 100 万行左右的源代码，如果我们着重去研究 C1、C2 编译器、垃圾回收、最基础的类加载等模块，以及只针对某一特定平台和架构下的代码实现（推荐研究 linux 平台下的 x86 架构实现），那也有 50 万行左右的源代码，所以对于想研究 HotSpot 虚拟机的 Java 程序员来说，挑战还是不小的。本人结合自己研究 HotSpot 虚拟机源代码的过程，给大家推荐一些资料。

1、C 和 C++语言相关书籍 对于 C 语言，市面上经典的 C 语言书很多，这里只推荐几本，如《 C 和指针》、《 C 专家编程》、《 C 陷阱和缺陷》等。

研究好 C 语言对理解 C++语言很重要，而且后面介绍的一些书籍也需要 C 语言的知识。

C++还是要买一本比较经典权威的，推荐《 C++ Primer 》（中文版 第 5 版），这本书介绍的比较全面。

2、Linux 系统编程相关书籍

针对那些研究 Linux 平台下 HotSpot 实现的读者来说，Linux 系统下的编程知识不可少。HotSpot 中有许多功能都是调用 Linux 系统提供的 API 和 ABI 来实现的，例如线程，Java 只是将 Linux 的线程进行了封装抽象，为 Java 编程人员提供了不同平台下线程的统一使用方式。

研究 Linux 源代码实现的书不少，但我们不必研究那么深，只需要熟练掌握相关 API 与 ABI 的使用即可，这里推荐阅读《 LINUX 系统编程》。

3、编译原理相关书籍  编译原理的经典书籍有：龙书《编译原理》、虎书《现代编译原理》和鲸书《高级编译器设计与实现》。

龙书是基础，而且讲的比较全面，如果编译原理基础不够的同学可以选择先读这本书。

虎书的实践性比较强，而且书中提到的一些理论和算法正是龙书没有详细介绍的，比如寄存器分配的着色图算法，SSA 等概念，而这些是研究 C2 以及 Graal 等编译器必须要掌握的内容。

鲸书的难度比较高，而且介绍了许多编译器优化的手段，同时理论性也比较强，比如格理论等。一款编译器最能体现实力的的地方还是编译器的优化能力，如果后期想对 C2 以及 Graal 等编译器的实现研究的透彻一些，这本书还是有必要入手的。

另外还要推荐一本不可多得的好书，《可变目标 C 编译器》，这本书带有完整的源代码，可导入 Eclipse CDT 等支持 C 和 C++编译开发的 IDEA 中进行本地编译调试，对学习编译原理有很好的效果。更重要的是，这本书第 14 章关于指令选择相关的理论在 C2 编译器中也有用到，对 C2 编译器实现有很深了解的大神“R 大”也提到了这点。

4、垃圾回收相关书籍 现在市面上关于 HotSpot 垃圾回收相关源代码分析的书籍有两本，《 JVM G1 源码分析和调优》和《新一代垃圾回收器 ZGC 设计与实现》，都是同一个人写的，写的还行，是我们研究 G1 和 ZGC 实现最好的参考资料了。

5、对 JVM 整体进行源代码解读的相关书籍  目前市面上主要有 2 本，《 HotSpot 实战》和《揭秘 Java 虚拟机：JVM 设计原理与实现》

《 HotSpot 实战》这本书出版时间比较早，虽然也有对源代码实现的分析，但讲的比较笼统，不深入，不过也值得一读。

《揭秘 Java 虚拟机：JVM 设计原理与实现》这本书值得一读，尤其是对 Java 虚拟机了解很少并且对 C 和 C++语言也不熟悉的人。这本书把基础模块的一些源代码实现讲清楚了，比如类的加载、方法的运行等，没有涉及到对垃圾回收以及具体编译器实现的讲解。

6、汇编语言 HotSpot 无论采用解释执行还是编译执行，最终都会将 Java 源代码翻译为本地的汇编指令，如果读者是研究 linux 平台下 HotSpot 的实现，可以阅读《深入理解程序设计:使用 Linux 汇编语言》。另外汇编语言相关的经典书籍还有王爽的《汇编语言》，但是这本书给出的汇编代码是 Intel 风格的写法，有兴趣的也可以研究下。

7、JVM 虚拟机研究领域相关的人  最后给大家推荐一些 JVM 虚拟机研究相关领域的人，这些人写了一些文章或论文值得阅读。

R 大（微信公众号），个人认为是中文圈子里最了解 Java 虚拟机设计实现的人，尤其是对 C2 编译器的实现很了解，大家如果想研究 C2 编译器，可以参考他写的这篇总结性文章，原始链接找不到了，找到个转换的链接，如下：

https://blog.csdn.net/fishmai/article/details/77824224

郑雨迪，在极客时间上写了一个系列文章《深入拆解 Java 虚拟机》，里面还是有不少干货的，大家可以去阅读。

如果英文好的话，可以多去阅读 Cliff Click、Aleksey Shipilëv 等大神发表的论文，相关论文的链接在 R 大写的那篇文章中已经列出，大家可以去看。

传不了图处，看书的封面图片可查阅这篇文章 https://www.cnblogs.com/mazhimazhi/p/11953116.html

如果有志同道合的朋友，我们可以加个微信，一起研究 Javac 与 HotSpot 源代码，共同进步。我的微信号：mazhimazh

[guxingke]

顶, 这种总结可不多见.

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赞，总结很深刻

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