9102年了，還不知道Android為什么卡？

導(dǎo)讀

最近華為方舟編譯器要開(kāi)源了，筆者去看了下發(fā)布會(huì)PPT，發(fā)現(xiàn)作為一名Android開(kāi)發(fā)者，PPT中所介紹的知識(shí)點(diǎn)我居然不能完全看懂?于是乎惡補(bǔ)了下PPT中的內(nèi)容，整理成本文。

在開(kāi)發(fā)階段Java源代碼在開(kāi)發(fā)階段打包成.dex文件，C語(yǔ)言直接就是.so庫(kù)，因?yàn)镃語(yǔ)言本身就是編譯語(yǔ)言。

在用戶(hù)手機(jī)中，APK中的.dex文件(字節(jié)碼)會(huì)被解釋為.oat文件(機(jī)器碼)運(yùn)行在ART虛擬機(jī)中，.so庫(kù)則為計(jì)算機(jī)可以直接運(yùn)行的二進(jìn)制代碼(機(jī)器碼)，兩份機(jī)器碼要互相調(diào)用肯定是有開(kāi)銷(xiāo)的。

下面就來(lái)闡述下為什么兩份機(jī)器碼會(huì)不同。

這邊需要深入理解字節(jié)碼->機(jī)器碼的編譯過(guò)程，在圖上雖然都被編譯成了機(jī)器碼，都能被硬件直接調(diào)用，但是兩份機(jī)器碼的性能，效率，實(shí)現(xiàn)方式相差甚多，這主要是由以下兩個(gè)點(diǎn)造成的：

• 編程語(yǔ)言不同導(dǎo)致編譯出的字節(jié)碼不同導(dǎo)致編譯出的機(jī)器碼不同。
• 舉個(gè)例子，針對(duì)同樣是靜態(tài)語(yǔ)言的C和Java，對(duì)int a + b 的運(yùn)算
• C語(yǔ)言可以直接加載內(nèi)存，在寄存器中計(jì)算，這是由于C語(yǔ)言是靜態(tài)語(yǔ)言，a和b是確定的int對(duì)象。

在Java中雖然定義對(duì)象我們也要明確的指出對(duì)象的類(lèi)型，例如int a = 0,但是Java擁有動(dòng)態(tài)性，Java擁有反射，代理，誰(shuí)也不敢保證a在被調(diào)用時(shí)還是int類(lèi)型，所以Java的編譯需要考慮上下文關(guān)系，即具體情況具體編譯。

所以連字節(jié)碼已經(jīng)不同了，編譯出的機(jī)器碼肯定不同。

運(yùn)行環(huán)境不同導(dǎo)致編譯出的機(jī)器碼不同

圖中明顯看到由Java編譯而來(lái)的機(jī)器碼包裹在ART中，ART全稱(chēng)Android RunTime，即安卓運(yùn)行環(huán)境，跟虛擬機(jī)差不多是一個(gè)意思。而C語(yǔ)言所在的運(yùn)行環(huán)境不在ART中。

RunTime提供了基本的輸入輸出或是內(nèi)存管理等支持，如果要在兩個(gè)不同的RunTime中互相調(diào)用，則必然有額外開(kāi)銷(xiāo)。

舉個(gè)例子，由于Java有GC(垃圾回收機(jī)制)，在Java中的一個(gè)對(duì)象地址不是固定的，有可能被GC挪動(dòng)了。即在ART環(huán)境中跑的機(jī)器碼中的對(duì)象的地址不固定?？墒荂語(yǔ)言哪管那么多幺蛾子，C就直接問(wèn)Java要一個(gè)對(duì)象的地址，但萬(wàn)一這個(gè)對(duì)象地址被挪動(dòng)了，那就完蛋了。解決方案有兩個(gè)：

把這個(gè)對(duì)象在C里再拷一份。很明顯這造成了很大的開(kāi)銷(xiāo)。

告訴ART，我要用這個(gè)對(duì)象了，GC這個(gè)對(duì)象的地址你不能動(dòng)!你先一邊呆著去。這樣相對(duì)而言開(kāi)銷(xiāo)倒是小了，但如果這個(gè)地址如果一直不能被回收的話，可能造成OOM。

(此處參考知乎@張鐸在華為公布的方舟編譯器到底對(duì)安卓軟件生態(tài)會(huì)有多大影響?中的回答)

3. 字節(jié)碼的編譯模板——未針對(duì)具體APP進(jìn)行優(yōu)化

我們舉個(gè)例子來(lái)理解編譯模版，“Hello world”可以被翻譯為“你好，世界”，同樣也可以被翻譯為“世界，你好”，這個(gè)差別就是編譯模版不同導(dǎo)致的，

①. 統(tǒng)一的編譯模版(vm模版)

字節(jié)碼可以通過(guò)不同的編譯模版被編譯為機(jī)器碼，而編譯模版的不同將直接導(dǎo)致編譯完后的機(jī)器碼性能大相徑庭。

上圖的流程說(shuō)明了在特殊情況下，AOT編譯實(shí)則不起作用，完全是靠解釋器和JIT在進(jìn)行實(shí)時(shí)編譯，整個(gè)編譯方案退步到了Android2.2時(shí)期。

③. 聰明的ART

雖然這個(gè)問(wèn)題存在，但并不是特別嚴(yán)重。因?yàn)锳RT并沒(méi)有我說(shuō)的那么笨。在之后應(yīng)用使用過(guò)程中，ART會(huì)記錄并學(xué)習(xí)用戶(hù)的使用習(xí)慣(保存熱點(diǎn)代碼)，然后更新針對(duì)當(dāng)前APP的定制化vm模版，不斷的補(bǔ)充熱點(diǎn)代碼，補(bǔ)充定制化模版。

這是不是聽(tīng)起來(lái)很熟悉?在手機(jī)發(fā)布大會(huì)上的宣傳語(yǔ)“基于用戶(hù)操作習(xí)慣進(jìn)行學(xué)習(xí)，APP打開(kāi)速度不斷提高”的部分原理就是這個(gè)。

④. 最終大招，一勞永逸

其實(shí)要一勞永逸的解決這個(gè)問(wèn)題思路也不難：我們只需要在吃飯前跟老板提前預(yù)定想吃啥就行，讓老板先準(zhǔn)備起來(lái)，這樣等我們到了就不用等餐了。

在最新的Android9.0版本中，谷歌推出了這個(gè)類(lèi)似提前預(yù)定的功能：編譯系統(tǒng)支持在具有藍(lán)圖編譯規(guī)則的原生 Android 模塊上使用 Clang 的配置文件引導(dǎo)優(yōu)化 (PGO)。

說(shuō)人話：谷歌允許你在開(kāi)發(fā)階段添加一個(gè)配置文件，這個(gè)配置文件內(nèi)可指定“熱點(diǎn)代碼”，當(dāng)應(yīng)用安裝完后，ART在后臺(tái)悄悄編譯APP時(shí)，會(huì)優(yōu)先編譯配置文件中指定的“熱點(diǎn)代碼”。

雖然谷歌支持，但是這塊技術(shù)對(duì)于APP開(kāi)發(fā)人員而言國(guó)內(nèi)資料過(guò)于缺乏，普及面不廣。筆者先貼上官方鏈接，以及這篇博客，其中介紹的還是挺詳細(xì)的。(隔壁Xcode針對(duì)PGO都有UI界面了)

三、解決思路

解決思路總結(jié)為四個(gè)字就是：華為方舟。

方舟的解決思路：

1. 針對(duì)虛擬機(jī)問(wèn)題，方舟說(shuō)：我不要你這個(gè)爛虛擬機(jī)了，我們裸奔
2. 針對(duì)JNI調(diào)用問(wèn)題，方舟說(shuō)：我們讓Java在編譯階段跟C一樣直接編譯成機(jī)器碼，干掉虛擬機(jī)，跟.so庫(kù)直接調(diào)用，毫無(wú)JNI開(kāi)銷(xiāo)問(wèn)題
3. 針對(duì)編譯模版問(wèn)題，方舟說(shuō)：我們支持針對(duì)不同APP進(jìn)行不同的編譯優(yōu)化

總結(jié)一下：方舟支持在打包編譯階段針對(duì)不同APP進(jìn)行不同的編譯優(yōu)化，然后直接打包成機(jī)器碼.apk(很可能已經(jīng)不叫apk了)，然后直接運(yùn)行。

這樣看起來(lái)方舟確實(shí)解決掉了三大問(wèn)題，但是，代價(jià)呢?

如果按照這個(gè)思路，方舟就肯定不止是一個(gè)編譯器了，它應(yīng)該還有一套自己的runtime。當(dāng)然這些都是后話了。

關(guān)于方舟的實(shí)現(xiàn)只是大概講了思路，但沒(méi)有深入，因?yàn)橐粊?lái)方舟沒(méi)開(kāi)源，二來(lái)方舟發(fā)布會(huì)PPT營(yíng)銷(xiāo)層面更多，技術(shù)細(xì)節(jié)缺少，現(xiàn)在奇思妙想完全是紙上談兵，一切還是靜待開(kāi)源吧。

本文題目：9102年了，還不知道Android為什么卡？
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