安卓性能革命？華為方舟編譯器解密

技術宅

手機底層和高級程序間的“翻譯官”

對于手機的底層系統(tǒng)和CPU來說，它們只“認識”0和1這樣的機器碼，而在安卓上運行的APP大多是由Java開發(fā)的，這種高級程序語言必須轉換成機器碼，才能夠被底層系統(tǒng)所識別（圖1）。

從高級語言的源代碼到系統(tǒng)底層目標碼的轉換，是由編譯器來完成的，它的角色比較接近現(xiàn)實中的翻譯，因為我們人腦（類似安卓手機的CPU）不懂外語，想要和外國人交流的話就需要借助翻譯（即編譯器），將外語轉換為我們可以理解的母語。好的翻譯可以影響雙方交流的流暢度，而一個好的編譯器同樣直接影響著手機系統(tǒng)和軟件的運行效率。

方舟編譯器為安卓加速

此次華為開發(fā)的方舟編譯器是怎樣提高手機系統(tǒng)效率的呢？

開發(fā)安卓應用目前用得最多的是Java，它所創(chuàng)建的源文件經過編譯生成Class.dex文件，最后被打包成DEX字節(jié)碼文件，再由安卓系統(tǒng)中的Dalvik、Art（編譯器）負責將DEX字節(jié)碼翻譯成機器碼，手機CPU識別出機器碼中的操作命令后即可實際執(zhí)行了。有興趣的朋友可以用72ip解開安卓應用的APK安裝文件，就會發(fā)現(xiàn)其中包含有Class.dex文件（圖2）。

每次安卓應用運行時，Dalvik動態(tài)地將一部分Dalvik字節(jié)碼解釋為機器碼。隨著應用的運行，更多的字節(jié)碼被編譯和緩存，這就是典型的“邊解釋邊執(zhí)行”的安卓運行模式。雖然這種模式具有更小的內存占用和更少的設備物理空間占用優(yōu)勢，但是也導致安卓系統(tǒng)的運行效率更為低下。這也是為什么很多安卓機型在硬件配置上可以甩掉iPhone幾條街，但是系統(tǒng)流暢度仍然不如iOS的根本原因（圖3）。

另外一方面，由于Java的跨平臺特性是靠字節(jié)碼實現(xiàn)的，這就導致應用運行時，必須先將高級語言轉換成字節(jié)碼，再將字節(jié)碼轉換成機器需要的語言，而且還得需要虛擬機環(huán)境才能運行，過多的中間環(huán)節(jié)使得運行效率進一步受到影響。

針對這一問題，方舟編譯器—方面從機器碼的編譯效率入手，它不像傳統(tǒng)的安卓編譯器那樣“邊解釋邊執(zhí)行”，而是將動態(tài)編譯改進為靜態(tài)編譯，這樣可以做到全程執(zhí)行機器碼高效運行程序，大大縮短了程序響應時間。這有些像我們在優(yōu)酷上看電視連續(xù)劇，傳統(tǒng)的安卓是一集集按部就班地播放，方舟編譯器則類似使用了快進的方式快速預覽全集，這樣看連續(xù)劇花的時間更少，但是該有的劇情一個都不會少（圖4）。

另—方面，方舟編譯器摒棄了虛擬機運行環(huán)境的依賴?，F(xiàn)在安卓上的應用95%都涉及到多種語言的開發(fā)，如C、C++、Java等，不同的語言代碼保持獨立，在運行環(huán)境中進行協(xié)同，因此會產生系統(tǒng)性能的部分損耗。比如大部分依靠Java開發(fā)的應用需要虛擬機環(huán)境才能運行，這無形中增加了性能的損耗，方舟編譯器則可以做到將不同語言的代碼放到同一套編譯好的執(zhí)行文件中，省去虛擬機額外的損耗，從而提高效率（圖5）。

通過上述兩方面的優(yōu)化，部署方舟編譯器的手機可以有明顯的速度提升。根據(jù)華為發(fā)布會公布的測試結果（內部測試）：EMUI 9_， 1中僅僅對系統(tǒng)組件System Server使用方舟編譯器進行優(yōu)化，就可以帶來24%的系統(tǒng)流暢度提升，系統(tǒng)響應性能提高44%。目前第三方APP適配后（微博極速版）操作流暢度可以提升60%?，F(xiàn)在配備的方舟編譯器的P30 Pro已經上市，從網友實際使用體驗看，系統(tǒng)運行速度和同等配置機型相比也有明顯的提升（圖6）。但是否真能與官方宣傳數(shù)據(jù)相符，還需要靜待第三方權威機構的測試結果。

安卓性能提升任重道遠

華為計劃在2019年1 1月的綠盟開發(fā)者大會上將完整的方舟編譯器代碼開源。如果開發(fā)者都可以使用統(tǒng)一的方舟編譯器，那么安卓底層編譯開發(fā)就可以實現(xiàn)統(tǒng)一化，大大降低碎片化的問題，改善其性能劣勢。

不過方舟編譯器畢竟是針對系統(tǒng)底層的優(yōu)化，需要海量第三方應用的開發(fā)和適配，這是一件非?；ㄙM時間的事情。而且不是先進的編譯技術就一定能“一統(tǒng)江湖”，安卓應用的生態(tài)現(xiàn)極為混亂不堪，各廠商對系統(tǒng)優(yōu)化的理解也均不相同，在大家沒有形成統(tǒng)一意見時，利益競爭往往會擺在第一優(yōu)先級?！胺街邸笔俏磥淼闹髁鬟€是華為的自娛自樂，這些都有待時間來驗證。