什么是方舟編譯器?

“它就是能讓安卓上的應(yīng)用，跑得跟蘋果iOS上一樣快?！泵鎸ε_下的記者，華為消費者BG軟件部總裁王成錄這么描述方舟編譯器的作用。

此時，距離這個吊起了安卓應(yīng)用開發(fā)者們興趣的編譯器在發(fā)布會上被公開，正好過去了兩周。

什么是方舟編譯器？

在4月11日的華為P30中國發(fā)布會上，華為消費者業(yè)務(wù)CEO余承東正式發(fā)布了華為方舟編譯器，并表示這個編譯器能改善安卓應(yīng)用編譯效率，從原先的邊解釋邊執(zhí)行轉(zhuǎn)變?yōu)槿虣C器碼高效運行程序。

編譯器，就是將“一種計算機語言（通常為高級語言）”翻譯為“另一種計算機語言（通常為低級語言）”的程序。高級計算機語言便于開發(fā)者們編寫、閱讀交流以及維護(hù)，如Pascal、C、C++、Java等，而低級機器語言是計算機能直接解讀、運行的機器代碼（Machine code）。

華為的方舟編譯器，就是將安卓應(yīng)用開發(fā)者們所使用的JAVA、C/C++們轉(zhuǎn)換成機器代碼。據(jù)王成錄透露，華為從2009年就開始考慮做編譯器，“因為咱們海思做了芯片以后，需要有自己的編譯器才能真正發(fā)揮芯片的能力，從2013年開始，有華為自己的自研編譯器了，叫HCC。”

根據(jù)時間表顯示，在2012年，華為成立了編譯器與編程語言實驗室，在2014年，技術(shù)大牛Fred Chow加入華為負(fù)責(zé)編譯器的主架構(gòu)，經(jīng)過十年的摸索，華為終于推出了方舟編譯器。

根據(jù)華為官方公布的數(shù)據(jù)顯示，與此前的安卓應(yīng)用開發(fā)相比，方舟編譯器能夠提升24%的系統(tǒng)操作流暢度，提升44%的系統(tǒng)響應(yīng)能力，還能提升60%的第三方應(yīng)用（微博極速版）操作流暢度。

它是怎么做到的？

01

消除了跨語言調(diào)用開銷

王成錄向記者們詳細(xì)闡述了方舟編譯器能提升流暢度、響應(yīng)能力的工作原理。

首先，方舟編譯器是多語言聯(lián)合優(yōu)化編譯器，“消除了跨語言調(diào)用開銷，這是影響Android性能開銷比較大的核心原因之一。”

據(jù)王成錄介紹，目前Android應(yīng)用市場里95%的APP都是多種開發(fā)語言：“邏輯部分，都是Java代碼，但是為了增強它的能力，可能所有的APP的開發(fā)者，都會用C寫個庫供Java來調(diào)用?！?/p>

Java是一門面向?qū)ο缶幊陶Z言，具有簡單性、面向?qū)ο蟆⒎植际降忍攸c，雖然運行效率不及C++，但開發(fā)效率高、跨平臺性更強的優(yōu)勢，讓JAVA成為了安卓開發(fā)的首選，而通過JNI調(diào)用本地C/C++庫也是目前開發(fā)者們都在做的。

但，Java和C語言之間使用接口調(diào)用，必然會形成額外的性能開銷；王成錄表示，華為方舟編譯器將不同語言代碼在開發(fā)環(huán)境中編譯成一套可執(zhí)行文件，這樣執(zhí)行效率更高。

02

消除了影響性能的虛擬機機制并實時回收內(nèi)存

王成錄認(rèn)為華為方舟編譯器的第二大特點是消除了影響性能的虛擬機機制。

在安卓系統(tǒng)發(fā)展過程中，虛擬機不可被忽視：Android系統(tǒng)是以Linux為內(nèi)核構(gòu)建的，為了降低應(yīng)用的開發(fā)難度，并將其適配到不同硬件配置的設(shè)備上，Google在Linux內(nèi)核之上構(gòu)建了一個虛擬機，Android應(yīng)用使用java開發(fā)，運行在虛擬機之上。

在安卓4.4之前，Dalvik就是安卓系統(tǒng)上使用的虛擬機，基于寄存器。從Android 2.2開始，Dalvik開始使用JIT（Just In Time）技術(shù)來進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)譯，將頻繁調(diào)用的代碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼，不用每次解釋，而在此前Dalvik虛擬機將所有的Java語句逐句解釋執(zhí)行，效率很低。

但Dalvik越來越不能滿足需求，從Android 5.0開始，虛擬機從Dalvik換成了ART。

ART(Android RunTime)虛擬機，采用AOT(Ahead Of Time)技術(shù)，會在應(yīng)用程序安裝時就預(yù)編譯字節(jié)碼到機器語言，不再在執(zhí)行時解釋，從而優(yōu)化了應(yīng)用運行的速度。

所以，到目前為止，安卓系統(tǒng)的任何機器只要裝上應(yīng)用裝上就會分配好虛擬機，占用額外的系統(tǒng)資源，消費者從應(yīng)用市場下載APP以后，真正解釋成機器指令和執(zhí)行文件是在手機上的虛擬機里做的，因此對系統(tǒng)資源要求高。

王成錄表示，ART的執(zhí)行效率雖然提高了，但是對于那些Java動態(tài)特性的部分，仍然做不到直接編譯，還是要解釋執(zhí)行。

這源于Java不是Python那樣的動態(tài)語言，但開發(fā)者經(jīng)常會用到它一個非常突出的動態(tài)相關(guān)機制：反射機制。Java反射機制主要提供了以下功能：在運行時判斷任意一個對象所屬的類、在運行時構(gòu)造任意一個類的對象、在運行時判斷任意一個類所具有的成員變量和方法、在運行時調(diào)用任意一個對象的方法、生成動態(tài)代理。

王成錄表示，Java動態(tài)特性使得開發(fā)者“不需要把所有的程序都寫好，只要能夠運行時實現(xiàn)調(diào)用就可以了?！钡@部分往往只能在運行時進(jìn)行處理。而方舟編譯器最大的突破就在于此：把動態(tài)的部分全部靜態(tài)編譯掉。

這確實很難。

王成錄認(rèn)為，這就像一個優(yōu)秀的翻譯官，一定要對漢語言文學(xué)理解的非常到位，然后再對英語理解非常到位；所以，核心是一定要對Java語言動態(tài)特性非常深入的了解和理解，“Java有非常多的庫和業(yè)務(wù)邏輯，這些業(yè)務(wù)邏輯它生成各種各樣的應(yīng)用和代碼和業(yè)務(wù)邏輯，這些業(yè)務(wù)邏輯就需要團(tuán)隊不斷地去理解它，這個理解有點類似于做代碼測試的遍歷一樣，我讓這個代碼全跑到，才知道可不可以，它需要非常多的時間去積累，我對于庫的理解，當(dāng)然需要技術(shù)，我理解這個庫本身的具體含義，有點像AI里面，我要收集東西，訓(xùn)練一個模型。如果這個東西沒有的話，我訓(xùn)練出來的模型不好，我這個機器沒法執(zhí)行，這個道理特別像。”

然后還需要對這些安卓現(xiàn)有的應(yīng)用可能會用到哪些庫、這些庫之間需要怎么用，需要大量的分析運行狀態(tài)，才能夠?qū)⑦@些動態(tài)特性完成提前的編譯。“實際上華為對于Android整個系統(tǒng)各種應(yīng)用的運行，做了非常仔細(xì)去確認(rèn)，相當(dāng)于一個應(yīng)用從底層起來，一直跑完以后，到底經(jīng)過哪些過程，這些過程可能會帶來什么問題？去哪些庫取東西，這些東西積累越多，放到動態(tài)庫里面，把它編譯完了。有了這2個積累，才能做成這件事情?！?/p>

對于效果，有開發(fā)者向網(wǎng)易科技表示，“做成了靜態(tài)編譯，速度肯定會更快?！?/p>

方舟編譯器還能提供更高效的內(nèi)存回收機制。

王成錄表示，Android的原生內(nèi)存回收，在全局回收時需要暫停應(yīng)用，等待回收完成，這是產(chǎn)生隨機卡頓的重要原因，“而在方舟編譯器里，會在編譯時為程序配備及時回收的內(nèi)存處理機制，在程序執(zhí)行過程當(dāng)中實時處理?！?/p>

03

可以靈活實現(xiàn)不同應(yīng)用的性能優(yōu)化

王成錄表示，方舟編譯器的第三個亮點是可以靈活實現(xiàn)不同應(yīng)用的性能優(yōu)化。

他表示，現(xiàn)有的安卓編譯大部分代碼在虛擬機環(huán)境運行，而虛擬機的創(chuàng)建由于來自于同一套“模板”，難以作深度的優(yōu)化：不同應(yīng)用的優(yōu)化訴求不一樣；相比之下，方舟編譯器不一樣，每個應(yīng)用編譯優(yōu)化方案自己來定，分別形成不同應(yīng)用優(yōu)化后的機器碼，“相當(dāng)于說，我們給每一個有追求的應(yīng)用開發(fā)者，都有了一個把自己的應(yīng)用做的更好的機會，不再受限于Android虛擬機的限制?！?/p>

王成錄稱，方舟編譯器最理想的目標(biāo)就是“上層業(yè)務(wù)代碼不需要改，大家只需要通過華為的方舟編譯器做重新編譯就足夠了?！?/p>

他希望，Android陣營所有合作伙伴大家一起努力，從各自場景、各自平臺不斷去打磨它。