Java也能秒变编译器！用LLVM JIT从0到1手搓Hello World

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Java+LLVM+FFM，无JNI、无C代码，全程Java手搓IR，JIT秒出原生指令，终端Hello World炸裂输出，编译器技能GET！全程高能无尿点，看完直接跪！

2025年最硬核的Java Advent玩法来了！往年大家都在字节码里卷来卷去，今年直接掀桌子——不用javac、不用字节码、更不用JNI去跪舔C++，我们就用纯Java，把LLVM中间码撸出来，再让LLVM自己的JIT引擎把它编译成原生指令，当场跑给你看！终端里那一声“Hello, World！”不是打印出来的，是Java亲手搓出来的机器码吼出来的！

看完这篇，你也能在简历上写“曾用Java写过一个编译器”，面试官直接给你倒茶！


先给小白五分钟补课：LLVM到底是啥？为什么Java要蹭它？

LLVM，全称“Low Level Virtual Machine”，听着像虚拟机，其实它是编译器界的乐高积木！

苹果家的clang、Rust的rustc、Swift的编译器，全是它亲儿子。
它最牛的地方在于“中间表示”——LLVM IR，一种介于高级语言和汇编之间的超级SSA（静态单赋值）语言，写起来像汇编，却能跨平台优化。

今天咱们不弄clang，就用Java的Foreign Function & Memory API（FFM，JDK22+新宠，JNI的终极替代）去调戏LLVM的C API，让Java直接生成IR，再让LLVM JIT把IR炸成x86机器码，跑在自家JVM门口，爽感堪比在星巴克里用豆汁儿做手冲！


环境一把梭：Ubuntu秒装LLVM 20，jextract一键生成Java绑定，Maven三分钟搭好舞台！

第一步，装LLVM 20，别怂，一行命令：  

wget https://apt.llvm.org/llvm.sh && chmod +x llvm.sh && sudo ./llvm.sh 20  

装完头文件+so全齐活。接着去GitHub扒官方jextract，Linux解压即用。新建Maven项目，pom里把source/target怼到25（对，就是要玩最新版），然后jextract闪亮登场：  

jextract -l LLVM-20 -I /usr/include/llvm-c-20 -t com.example.llvm --output src/main/java --header-class-name LLVM /usr/include/llvm-c-20/llvm-c/Core.h …（后面一堆头文件）  

哒哒！几百个Java方法瞬间生成，C的宏、常量、函数全变Java静态方法，MemorySegment、MethodHandle安排得明明白白，JNI时代彻底拜拜！


内存段Arena：Java的“堆外内存黑卡”， native世界畅通无阻！

FFM API的灵魂是MemorySegment，而Segment必须在Arena里分配。Arena就像高级版malloc，try-with-resources自动释放，内存泄漏？不存在的！本文全程用Arena.ofConfined()，线程私有、轻量、快， arena.allocateFrom("Hello, World!") 直接把Java字符串塞进堆外内存，UTF-8零结尾，LLVM看了都说舒服。

后续全局变量、函数指针、JIT地址全在这块“黑卡”里蹦迪，Java第一次把内存玩成这么丝滑！


起手式：创建LLVM模块，打印空IR，先让lli报错给你看！

代码走起：  

try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {  
    var module = LLVMModuleCreateWithName(arena.allocateFrom("hello"));  
    var llvmIrCharPtr = LLVMPrintModuleToString(module);  
    System.out.println(llvmIrCharPtr.getString(0));  
    LLVMDisposeMessage(llvmIrCharPtr);  
    LLVMDisposeModule(module);  
}  

运行输出只有三行：  
; ModuleID = 'hello'  
source_filename = "hello"  

拿管道喂给lli：  

java -cp … com.example.App | lli  

lli怒吼：Symbols not found: [ main ]  

对，模块空得能跑火车，接下来咱就给它灌灵魂！


函数签名大保健：int main() 安排！先声明再定义，LLVM仪式感拉满！

继续加料：  

var int32Type = LLVMInt32Type();  
var mainType = LLVMFunctionType(int32Type, NULL, 0, 0);  
var mainFunc = LLVMAddFunction(module, arena.allocateFrom("main"), mainType);  

再打印IR，看到declare i32 @main()，lli依旧喊找不到入口，因为这只是函数“标题”，没有“正文”——basic block！


基本块BasicBlock：控制流图节点，函数体第一块砖头必须码齐！

LLVMAppendBasicBlock(mainFunc, arena.allocateFrom("entry"))

瞬间创建entry块，此时IR里函数从declare变成define，但块里空空如也，lli报错：expected instruction opcode  
好，马上塞指令！


指令Builder：LLVM里的“打字机”，指哪打哪，一行指令一杯咖啡！

LLVMCreateBuilder() 创建builder，LLVMPositionBuilderAtEnd(builder, entry) 把光标挪到entry块末尾，先来条return：  
LLVMBuildRet(builder, LLVMConstInt(int32Type, 0, 0))  

再跑lli，安静如鸡，echo $? 返回0，世界首次清净！但咱要的是“Hello World”，不是“Hello空气”！

全局字符串常量：
@str = private constant [14 x i8] c"Hello, World!\00"，Java一行代码自动搞定！

LLVMBuildGlobalStringPtr(builder, arena.allocateFrom("Hello, World!"), arena.allocateFrom("hello_str"))  

这行神操作背后：LLVM自动在模块顶层插入@hello_str，类型[14 x i8]，零结尾，private unnamed_addr，对齐1，打印IR肉眼可见！但光声明不调用，等于把奶茶封盖却不给吸管！


外部函数声明：puts老铁来自libc，先告诉LLVM“哥们长这样”！

puts签名：int puts(char*)，于是：  
var charPtrType = LLVMPointerType(LLVMInt8Type(), 0);  
var putsParamTypes = arena.allocate(ADDRESS, 1);  
putsParamTypes.set(ADDRESS, 0, charPtrType);  
var putsType = LLVMFunctionType(int32Type, putsParamTypes, 1, 0);  
LLVMAddFunction(module, arena.allocateFrom("puts"), putsType)  

模块里瞬间多了一行：declare i32 @puts(ptr)  

此刻，Java像极了一个认真写符号表的编译器前端，帅到没朋友！


终极CALL：LLVMBuildCall2，把hello_str塞进puts，终端炸裂输出！

创建实参数组：  

var callArgs = arena.allocate(ADDRESS, 1);  
callArgs.set(ADDRESS, 0, helloStr);  
LLVMBuildCall2(builder, putsType, putsFunc, callArgs, 1, arena.allocateFrom("puts"))  

指令插入完毕，IR里entry块出现：  

call i32 @puts(ptr @hello_str)  
ret i32 0  

管道喂lli，终端啪一声：Hello, World！ 全网观众起立鼓掌！

JIT加速：lli只是解释器，咱要原生指令狂飙！MCJIT启动，x86机器码秒生成！

五步初始化：  

LLVMLinkInMCJIT();  
LLVMInitializeX86Target();  
LLVMInitializeX86TargetInfo();  
LLVMInitializeX86TargetMC();  
LLVMInitializeX86AsmPrinter();  
LLVMCreateJITCompilerForModule(jitCompiler, module, 2, errorPtr)  

优化等级2，编译器直接拉满！随后LLVMGetPointerToGlobal(executionEngine, mainFunc) 拿到函数指针，地址塞进Java的MemorySegment，准备起飞！


MethodHandle黑科技：Java直接调用编译后的main，原生入口一毫秒都不耽误！

Linker.nativeLinker().downcallHandle(addressOfMainFunc, FunctionDescriptor.of(JAVA_INT))  

返回一个MethodHandle，签名等于int main()，Java端直接：  

int result = (int) functionHandle.invoke();  
System.out.println("main() returned: " + result);  

运行！终端先出Hello, World！ 再出main() returned: 0  

全程无lli、无clang、无gcc，Java一人分饰三角：前端+优化器+JIT司机，帅到模糊！


彩蛋时间：把优化等级开到3，再塞点循环向量化和内联，你能让Hello World跑出SPEC2017的既视感！

LLVM IR支持

attribute("noinline")、attribute("alwaysinline")、llvm.memset.p0i8.i64
各种内置，你可以用Java生成斐波那契、矩阵乘法、甚至tiny ray tracer，然后JIT编译，性能直追C++。

FFM API还能对接SIMD、AVX512，未来Valhalla vector API一旦合体，Java将拥有官方支持的“编译器+向量化+JIT”三位一体大杀器，提前布局的你就等于提前拿到通往次世代高性能计算的船票！