研究Java语言的编译器和虚拟机源代码

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、如何研究Javac

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、如何研究HotSpot虚拟机

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》，封面如下：

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。