javac详解 idea maven内部编译原理自制编译器

起因

不知道大家在开发中，有没有过下面这些疑问。有的话，今天就一次解答清楚。

如何使用javac命令编译一个项目？
java或者javac的一些参数到底有什么用？
idea或者maven是如何编译java项目的？（你可能猜测底层是javac，但是你没有证据）。
自己能不能写一个程序，去编译一个项目。

Javac命令详解

简单使用

javac Hello.java

public class Hello {public static void main(String[] args) {System.out.println("Hello World!");}
}

java Hello
上面的命令是通过javac命令编译一个java文件，它会生成一个Hello.class文件。然后使用java命令运行Hello程序。

带包名编译运行

正常使用 javac Hello.java编译

package com.maple;public class Hello {public static void main(String[] args) {System.out.println("Hello World!");}
}

然后使用java com.maple.Hello运行。但是你会发现报错了。

java Hello
错误: 找不到或无法加载主类 Hellojava com.maple.Hello
错误: 找不到或无法加载主类 com.maple.Hello

需要将编译之后的Hello.class文件移动到目录com/maple中去，并在com的同级目录执行java com.maple.Hello即可正常执行。
– com
- – maple
  - Hello.class
在com的上级目录执行。java命令会解析待执行的全类名，并在目标目录中选择class文件。

误区纠正

javac java文件路径.java
java 需要执行的带有main方法的全限定类名
- 带包名的需要在顶级包目录执行。
- 使用全类名（带包路径例如：com.maple.Hello）
运行的类文件从classpath中找。没有指定默认当前目录。
- 例如我现在在D:\test目录下有com\maple\Hello.那么我可以在test目录下正常执行java com.maple.Hello.
- 同时也可以在任意目录执行java -cp D:\test com.maple.Hello.指定classpath执行。
- 也可以先设置classpath $env:classpath="$env:classhatp;d:\test",然后再任意目录执行java com.maple.Hello

全部参数

参考文档：https://docs.oracle.com/en/java/javase/11/tools/javac.html#GUID-AEEC9F07-CB49-4E96-8BC7-BCC2C7F725C9

用法: javac <options> <source files>
其中, 可能的选项包括:
-g                         生成所有调试信息
-g:none                    不生成任何调试信息
-g:{lines,vars,source}     只生成某些调试信息
-nowarn                    不生成任何警告
-verbose                   输出有关编译器正在执行的操作的消息
-deprecation               输出使用已过时的 API 的源位置
-classpath <路径>            指定查找用户类文件和注释处理程序的位置
-cp <路径>                   指定查找用户类文件和注释处理程序的位置
-sourcepath <路径>           指定查找输入源文件的位置
-bootclasspath <路径>        覆盖引导类文件的位置
-extdirs <目录>              覆盖所安装扩展的位置
-endorseddirs <目录>         覆盖签名的标准路径的位置
-proc:{none,only}          控制是否执行注释处理和/或编译。
-processor <class1>[,<class2>,<class3>...] 要运行的注释处理程序的名称; 绕过默认的搜索进程
-processorpath <路径>        指定查找注释处理程序的位置
-parameters                生成元数据以用于方法参数的反射
-d <目录>                    指定放置生成的类文件的位置
-s <目录>                    指定放置生成的源文件的位置
-h <目录>                    指定放置生成的本机标头文件的位置
-implicit:{none,class}     指定是否为隐式引用文件生成类文件
-encoding <编码>             指定源文件使用的字符编码
-source <发行版>              提供与指定发行版的源兼容性
-target <发行版>              生成特定 VM 版本的类文件
-profile <配置文件>            请确保使用的 API 在指定的配置文件中可用
-version                   版本信息
-help                      输出标准选项的提要
-A关键字[=值]                  传递给注释处理程序的选项
-X                         输出非标准选项的提要
-J<标记>                     直接将 <标记> 传递给运行时系统
-Werror                    出现警告时终止编译
@<文件名>                     从文件读取选项和文件名

常用参数

例 javac -d target/ -cp lib/ -sourcepath lib1 Test.java
javac -d 【class文件生成目录】 -cp 【使用到的class依赖位置】-sourcepath 【依赖的其他类源路径】【待编译的java文件】

自制编译器

实现一个简单的编译器，来编译自己的项目。
编译项目，文件都是多个呢，那么javac要如何编译多个java文件呢。第一种方式，可以直接在javac后跟上多个java文件路径，就能编译多个。或者使用@文件名，在文件中指定要编译的java文件。
然后还有一个就是依赖问题，如果项目引用了其他依赖，那么就需要在编译时通过-cp将依赖库添加的classpath中。
在一个就是文件编码，我们使用中文，需要使用-encoding指定utf-8.
通过-d参数指定class文件输出目录。
最终效果如下

同时如果有外部依赖，可以使用-cp指定依赖库地址。
简单代码如下:

package com.maple.compiler;import java.io.*;
import java.nio.file.*;
import java.nio.file.attribute.BasicFileAttributes;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;/*** java编译工具* 1.编译MyJavaCompilerTool工具* <p>* javac -encoding utf-8 "D:/Program Project/Project List/dev-note/base/src/main/java/com/maple/compiler/MyJavaCompilerTool.java"* <p>* 或者在cd进入base模块下，进入主路径：D:\Program Project\Project List\dev-note\base\src\main\java* <p>* javac -encoding utf-8 com/maple/compiler/MyJavaCompilerTool.java* <p><p>* 2.使用原始命令构建项目* java com.maple.compiler.MyJavaCompilerTool "D:\Program Project\Project List\dev-note\base" -cp "D:\Program Project\Project List\dev-note\jsr269\src\main\java"* <p>* 3.设置环境变量，快捷调用* set myjavac=java -cp "D:\Program Project\Project List\dev-note\base\src\main\java" com.maple.compiler.MyJavaCompilerTool* <p>* 4.调用命令* %myjavac%* <p>* 5.或者使用环境变量* 将myjavac.bat文件所在的目【D:\Program Project\Project List\dev-note\base\src\main\java\com\maple\compiler】添加到环境变量中* 任意路径执行 【myjavac】 调用** @author maple* @since 2024/07/19*/
public class MyJavaCompilerTool {private final Path projectPath;private final Path outputPath;private final List<String> additionalJavacArgs;public MyJavaCompilerTool(String projectPath, String outputPath, List<String> additionalJavacArgs) {this.projectPath = Paths.get(projectPath).toAbsolutePath();this.outputPath = outputPath != null ? Paths.get(outputPath).toAbsolutePath() :this.projectPath.resolve("output");this.additionalJavacArgs = additionalJavacArgs != null ? additionalJavacArgs : new ArrayList<>();}public void compile() throws IOException, InterruptedException {// 判断是否为项目路径String canCompile = isProjectPath(projectPath);if (!canCompile.isEmpty()) {System.err.println(canCompile);return;}// 创建输出目录System.out.println("\n===========================【创建输出目录】=============================");System.out.println(outputPath);Files.createDirectories(outputPath);// 获取所有Java文件System.out.println("\n===========================【获取待编译文件】=============================");List<Path> javaFiles = findJavaFiles(projectPath);System.out.println(javaFiles);if (javaFiles.isEmpty()) {System.out.println("No Java files found in the project directory.");return;}// 准备编译命令List<String> command = new ArrayList<>();command.add("javac");command.add("-encoding");command.add("utf-8");command.addAll(additionalJavacArgs);command.add("-d");command.add(outputPath.toString());command.addAll(javaFiles.stream().map(Path::toString).collect(Collectors.toList()));// 处理可能存在的路径空格问题String commandString = command.stream().map(arg -> arg.contains(" ") ? "\"" + arg + "\"" : arg).collect(Collectors.joining(" "));System.out.println("\n===========================【开始编译】=============================");System.out.println("Executing command: " + commandString);// 执行编译命令ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder(command);// 合并标准输出和错误输出processBuilder.redirectErrorStream(true);Process process = processBuilder.start();// 读取输出try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()))) {String line;while ((line = reader.readLine()) != null) {System.out.println(line);}}int exitCode = process.waitFor();if (exitCode == 0) {System.out.println("\n===========================【编译成功】=============================");System.out.println("Compilation successful. Output directory: " + outputPath);} else {System.err.println("\n===========================【编译失败】=============================");System.err.println("Compilation failed with exit code: " + exitCode);}}private List<Path> findJavaFiles(Path directory) throws IOException {List<Path> javaFiles = new ArrayList<>();Files.walkFileTree(directory, new SimpleFileVisitor<Path>() {@Overridepublic FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) {if (file.toString().endsWith(".java")) {javaFiles.add(file);}return FileVisitResult.CONTINUE;}});return javaFiles;}private static String isProjectPath(Path directory) {// 避免非项目路径去找java文件File file = directory.toFile();File[] subFileList = file.listFiles();List<String> supportFileList = Arrays.asList("java", "com", "main", "src");String canCompile = "项目路径【" + directory + "】不支持编译 项目路径下请包含下列其中一种文件夹: " + String.join(" ", supportFileList);if (subFileList != null) {for (File subFile : subFileList) {if (subFile.isDirectory() && supportFileList.contains(subFile.getName())) {canCompile = "";break;}}}return canCompile;}public static void main(String[] args) {String projectPath;if (args.length < 1) {System.out.println("Usage: java MyJavaCompilerTool [projectPath:缺省时为当前目录] [javac args...]");projectPath = System.getProperty("user.dir");} else {projectPath = args[0];}if (projectPath.startsWith("C:")) {System.out.println("C盘路径，不支持编译");return;}List<String> javacArgs = args.length > 1 ? Arrays.asList(args).subList(1, args.length) : new ArrayList<>();try {System.out.println("\n===========================【开始执行】=============================");MyJavaCompilerTool compiler = new MyJavaCompilerTool(projectPath, null, javacArgs);compiler.compile();} catch (IOException | InterruptedException e) {System.err.println(e.getMessage() + " detail: " + e);}}
}

Maven编译

生命周期与插件

maven定义了一系列的生命周期，这些生命周期我们可以理解为是抽象的接口，实现具体功能是通过插件来实现的。对应的maven插件实现了某个生命周期的能力。
例如maven中的compile生命周期，它对应的默认实现就是maven-compiler-plugin这个插件。

Maven如何编译java项目

参考：https://maven.apache.org/developers/mojo-api-specification.html
插件由一个或多个 Mojo 组成，每个 Mojo 都是插件目标之一的实现。Mojo 必须有一个名为 execute 的方法，该方法不声明任何参数，并且具有 void 返回类型。
简单理解插件的入口就是实现了Mojo类的execute方法。例如编译插件的入口就是CompilerMojo.exeute()

Debugger(调试) Maven插件

方式1 （下载源代码项目）

首先确保maven使用的插件和你现在的源代码项目版本一致
1. 首先查看maven插件的版本
3. 去github下载对应版本的插件（https://github.com/apache/maven-compiler-plugin/tags）
进入一个普通项目，作为maven调试的入口。在pom同级目录下执行mvnDebug compile,然后maven会输出一个端口，复制这个端口号。
打开maven-compiler-plugin源代码项目，添加一个远程jvm调试，端口号使用刚刚的端口号。

在CompilerMojo类上的execute方法第一行打断点，然后调试启动。断点就进来了。

方式2 （无需下载源代码）

你可能也注意到右键maven的生命周期，会有一个调试的选项，但是点击调试是没有效果的。

这是因为你的项目中没有maven的源代码，无法添加断点，只要将maven插件的依赖引入即可。
直接将maven-compiler-plugin依赖添加到dependencies中。

<dependencies><dependency><groupId>org.apache.maven.plugins</groupId><artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId><version>3.8.1</version></dependency>
</dependencies>

然后搜索CompilerMojo类，在方法开始处打上断点。

再调试启动maven的生命周期,断点就进来了，如果你不是源代码，而是class文件，可以点击右上角下载源代码。

Maven编译细节

前面有一些判断增量编译，是否需要编译的逻辑啥的，不是这次的重点，就略过了。最终走到编译器对象的执行编译方法。

然后到构建的构建编译命令这里buildCompilerArguments.可以看到这里的args就是javac 命令后面的各种参数。

最终通过javac执行参数+待编译的文件构建了一个命令行任务，执行编译，就是调用的javac。

如果执行不到编译步骤，记得先clean下。

IDEA 编译

找到编译入口

idea是如何编译的呢，今天就来一探究竟。使用内部模式点击编译按钮，看看他关联的Action类。
按住ctrl + alt点击构建项目小锤子。可以看到他关联的是CompileDirtyAction类。逻辑也很简单，就是获取一个项目任务管理器，然后执行了一个构建所有模块的方法。

它会通过一个线程池提交任务，然后走到com.intellij.compiler.impl.CompileDriver#startup方法，然后执行到在外部程序中编译。

后面又是启一个调度线程，然后启动构建程序。

可以看到运行的实际是一个java程序，我们看看这个java程序到底是什么，我把其他不重要的参数去掉，看看命令到底长啥样

"D:\Program Dev Kit\JDK\jdk8u412-b08\bin\java.exe"org.jetbrains.jps.cmdline.BuildMain 127.0.0.1 59075 25329350-c1e6-4849-9492-63e97408f1b2 D:/idea-source-code/intellij-community-idea-222.3345.118/system/idea/compile-server