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文章摘要

这篇文章介绍了如何利用Java的FFM API调用LLVM C接口，通过生成LLVM IR中间语言来创建并即时编译一个打印"Hello, World!"的本地程序，展示了Java与底层编译器技术的结合应用。

文章总结

Java与LLVM的"Hello World"之旅：用Java生成并执行LLVM IR

项目背景

本文是JVM Advent系列的最新篇章，作者James Hamilton（Diffblue高级软件工程师）展示了一个创新方案：使用Java的FFM（Foreign Function & Memory）API调用LLVM C API，生成并执行LLVM IR代码，最终实现经典的"Hello World"程序。

技术亮点

核心工具链：
- 使用LLVM 20.0.0作为编译器基础设施
- 通过Java 22的FFM API实现原生代码调用
- 借助jextract工具自动生成LLVM C API的Java绑定
实现步骤：
- 创建LLVM模块容器
- 定义main函数和基本块
- 构建全局字符串常量"Hello, World!"
- 声明并调用libc的puts函数
- 支持两种执行方式：
  - 通过LLVM解释器lli执行IR
  - 使用JIT编译器生成原生机器码
关键代码片段： java // 创建LLVM模块 var module = LLVMModuleCreateWithName(arena.allocateFrom("hello")); // 构建全局字符串 var helloStr = LLVMBuildGlobalStringPtr(builder, arena.allocateFrom("Hello, World!"), arena.allocateFrom("hello_str")); // JIT编译执行 var functionHandle = Linker.nativeLinker().downcallHandle( addressOfMainFunc, FunctionDescriptor.of(JAVA_INT));

环境配置

在Ubuntu/Debian安装LLVM 20： bash wget https://apt.llvm.org/llvm.sh chmod +x llvm.sh ./llvm.sh 20
Maven项目需配置Java 22+： xml <properties> <maven.compiler.source>25</maven.compiler.source> <maven.compiler.target>25</maven.compiler.target> </properties>

进阶功能

JIT编译：
- 初始化x86目标平台
- 创建JIT编译器实例
- 通过MethodHandle直接调用编译后的原生函数
内存管理：
- 使用Arena管理原生内存生命周期
- MemorySegment实现安全的内存访问
- try-with-resources确保资源释放

成果展示

最终程序既可通过解释器执行： bash java -cp target/*.jar com.example.App | lli 也能通过JIT直接运行： bash java -cp target/*.jar com.example.App 均输出：Hello, World!

扩展建议

作者鼓励读者尝试： - 添加更多IR指令 - 实现简单计算功能 - 构建更复杂的LLVM程序

完整代码已开源在GitHub仓库。

本文展示了Java与原生代码交互的新范式，通过FFM API和LLVM的结合，开发者可以在Java生态中实现高性能的原生代码编译和执行能力。

评论总结

评论总结：

LLVM IR的实用性与趣味性

认为LLVM IR适合多种编程语言，且具有教育意义和实用价值 "LLVM IR is quite fun to play with from many programming languages" (jakozaur) "LLVM is such an amazing piece of software...especially when it comes to obfuscation" (kachapopopow)

编译器开发实践

开发者分享编译器开发经验，寻求标准化AST实现 "constantly revising my AST implementation...searching for standardized AST" (Octoth0rpe)
提供编译器开发参考资源 "put together this reference/example before+after...useful to have concise compilation examples" (rendaw)

技术安全担忧

对直接执行下载脚本的安全风险表示担忧 "shocked how casual people wget and execute shell scripts...equivalent to giving RCE" (tuhgdetzhh)

Java生态发展

对标准JDK使用的疑问 "What's wrong with using the standard JDK for Java code?" (zkmon)
关注Java新特性 "Nice read up of the new FFM API...interesting time to be in Java/JVM ecosystem" (mands)

其他技术分享

多语言Hello World示例 "made a poster showing Hello World in 39 different languages" (troymc)
技术链接失效报告 "500 internal server error" (znpy)

Java Hello World，LLVM版 -- Java Hello World, LLVM Edition