SuperJ — reads like Java, behaves like C

核心论点

保留让 Java 舒适的部分。丢掉妨碍原生性能的部分。

SuperJ 编译到 LLVM IR，再编译到机器码。没有字节码，没有类加载，没有追踪式回收器，也没有线程 — 整个程序在编译期就完全已知，因此行为可预测到每一次分配。

内存

Arena，而非 GC

一个全局 arena 供程序使用，外加词法 arena {} 块，在退出时以一次 O(1) 释放整体回收 — 没有 stop-the-world 停顿。

后端

通过 LLVM 生成原生代码

直接产出优化后的机器码。没有 VM，没有 JIT 预热，没有需要附带发布的运行时。

模型

单线程

线程、锁、管程与内存模型都被移除 — 由构造保证确定性。

自举

自托管

SuperJ 编译器用 SuperJ 写成 — 工具链端到端地构建自身。我们用自己的语言做内部验证。

标志性特性

确定性内存 — 而且编译器能证明它是安全的

在 arena 块内分配短生命周期对象；块退出时，整个 arena 一次性释放。一个会逃逸出其 arena 的引用是一个 编译错误，而不是潜伏的 use-after-free。

arena.sj

Node createNode(int v) {
  return new Node(v);   // 全局 arena — 可以安全返回
}

void process() {
  arena temp {
    Buffer buf = new Buffer(1024);  // 在 temp 中
    Node n = createNode(5);       // 在全局中
    // outer = buf;  ← 被拒绝：逃逸出其 arena
  }              // temp 释放：buf 被回收，n 仍然有效
}

词法作用域，而非动态作用域。 一个 new 归属于它被写在其内的那个 arena — 被调用的方法仍然使用全局 arena，除非它自己开了一个 arena 块。

arena temp { … } 分配中…

temp

Buffer 1 KB

byte[] payload

Frame ×3

✓ 整个 arena 在一次 O(1) 释放中回收 — 无扫描、无停顿

↳ n（全局 arena）在块退出后仍然存活。

系统级能力

Java 触不可及的底层控制力

除了 arena 模型，SuperJ 还加入了那些你本来要退回 C 才能拿到的原语 — 而类型系统仍然在为你把关。

内存

Arena 与栈作用域

arena {} 用于 O(1) 批量回收；local 用于栈作用域引用。

数值

宽整数

一等公民 i128、i256、i512 原语，用于加密与大整数运算。

布局

固定布局结构体

无头的值类型，具有已知的线上布局 — 非常适合协议与 mmap。

数组

矩形数组

int[,] — 连续、按步长索引，与锯齿 int[][] 是不同的类型。

互操作

原生 C / Rust

native 方法直接调用 C ABI — 没有 JNI，没有 marshalling 层。

函数

方法引用

Class::method 指向单抽象方法（SAM）接口 — 无捕获，没有闭包。

泛型

擦除式泛型

类级与方法级、有界参数，以及 ? extends / ? super 通配符。

数据并行

SIMD 向量

可移植的向量族（Byte64、Float8、…）下放为原生 SIMD IR。

安全

明确赋值

局部变量在赋值前读取是编译错误 — 不会意外读到垃圾值。

这笔交易

一份深思熟虑的清单

每一次移除都换来可预测性；每一项保留都是最初让 Java 高效的东西。

✗ 从 Java 中移除

// 线程、synchronized、volatile
// 追踪式垃圾回收器
// 反射与类加载
// lambda 与闭包
// 自动装箱 / 拆箱
// 非静态内部类
// 受检异常、模块、finalize()

✓ 从 Java 中保留

// 类、接口、继承
// 带擦除 + 通配符的泛型
// 枚举与匿名类
// 异常（全部为非受检）
// 可变参数与方法引用
// 熟悉的控制流与语法
// String / string，单一不可变类型

证明

原生速度，平坦尾部

一个基于内置 HTTP 栈的 Web 服务器，编译成单个原生二进制，通过回环做压测 — 服务器固定在一个核上，负载生成器固定在另一个核上。它的服务速度比 wrk 发请求的速度还快。

515K

请求 / 秒 — wrk 上限约 423K，所以瓶颈是它

~1.1×

p99 在 p50 的 ~1.1× 以内 — 平坦尾部

GC 停顿 — arena 内存，无扫描

在 Ryzen 9 9950X3D 上测量，双方各占一个核（服务器在 CPU 4，客户端在 CPU 3）：SuperJ 自带的流水线客户端达到 ~515K req/s，而 wrk 最高约 423K — 瓶颈是负载生成器，不是服务器。在持续负载下，服务器的尾部保持平坦 — p50 156µs，p99 167µs — 因为没有回收器会触发停顿。在别处，SuperJ 中一个缓存分块的 tiled GEMM 在各矩阵规模上都胜过 C 基线。