9102年了，还不知道Android为什么卡？

导读

最近华为方舟编译器要开源了，笔者去看了下发布会PPT，发现作为一名Android开发者，PPT中所介绍的知识点我居然不能完全看懂?于是乎恶补了下PPT中的内容，整理成本文。

在开发阶段Java源代码在开发阶段打包成.dex文件，C语言直接就是.so库，因为C语言本身就是编译语言。

在用户手机中，APK中的.dex文件(字节码)会被解释为.oat文件(机器码)运行在ART虚拟机中，.so库则为计算机可以直接运行的二进制代码(机器码)，两份机器码要互相调用肯定是有开销的。

下面就来阐述下为什么两份机器码会不同。

这边需要深入理解字节码->机器码的编译过程，在图上虽然都被编译成了机器码，都能被硬件直接调用，但是两份机器码的性能，效率，实现方式相差甚多，这主要是由以下两个点造成的：

• 编程语言不同导致编译出的字节码不同导致编译出的机器码不同。
• 举个例子，针对同样是静态语言的C和Java，对int a + b 的运算
• C语言可以直接加载内存，在寄存器中计算，这是由于C语言是静态语言，a和b是确定的int对象。

在Java中虽然定义对象我们也要明确的指出对象的类型，例如int a = 0,但是Java拥有动态性，Java拥有反射，代理，谁也不敢保证a在被调用时还是int类型，所以Java的编译需要考虑上下文关系，即具体情况具体编译。

所以连字节码已经不同了，编译出的机器码肯定不同。

运行环境不同导致编译出的机器码不同

图中明显看到由Java编译而来的机器码包裹在ART中，ART全称Android RunTime，即安卓运行环境，跟虚拟机差不多是一个意思。而C语言所在的运行环境不在ART中。

RunTime提供了基本的输入输出或是内存管理等支持，如果要在两个不同的RunTime中互相调用，则必然有额外开销。

举个例子，由于Java有GC(垃圾回收机制)，在Java中的一个对象地址不是固定的，有可能被GC挪动了。即在ART环境中跑的机器码中的对象的地址不固定。可是C语言哪管那么多幺蛾子，C就直接问Java要一个对象的地址，但万一这个对象地址被挪动了，那就完蛋了。解决方案有两个：

把这个对象在C里再拷一份。很明显这造成了很大的开销。

告诉ART，我要用这个对象了，GC这个对象的地址你不能动!你先一边呆着去。这样相对而言开销倒是小了，但如果这个地址如果一直不能被回收的话，可能造成OOM。

(此处参考知乎@张铎在华为公布的方舟编译器到底对安卓软件生态会有多大影响?中的回答)

3. 字节码的编译模板——未针对具体APP进行优化

我们举个例子来理解编译模版，“Hello world”可以被翻译为“你好，世界”，同样也可以被翻译为“世界，你好”，这个差别就是编译模版不同导致的，

①. 统一的编译模版(vm模版)

字节码可以通过不同的编译模版被编译为机器码，而编译模版的不同将直接导致编译完后的机器码性能大相径庭。

上图的流程说明了在特殊情况下，AOT编译实则不起作用，完全是靠解释器和JIT在进行实时编译，整个编译方案退步到了Android2.2时期。

③. 聪明的ART

虽然这个问题存在，但并不是特别严重。因为ART并没有我说的那么笨。在之后应用使用过程中，ART会记录并学习用户的使用习惯(保存热点代码)，然后更新针对当前APP的定制化vm模版，不断的补充热点代码，补充定制化模版。

这是不是听起来很熟悉?在手机发布大会上的宣传语“基于用户操作习惯进行学习，APP打开速度不断提高”的部分原理就是这个。

④. 最终大招，一劳永逸

其实要一劳永逸的解决这个问题思路也不难：我们只需要在吃饭前跟老板提前预定想吃啥就行，让老板先准备起来，这样等我们到了就不用等餐了。

在最新的Android9.0版本中，谷歌推出了这个类似提前预定的功能：编译系统支持在具有蓝图编译规则的原生 Android 模块上使用 Clang 的配置文件引导优化 (PGO)。

说人话：谷歌允许你在开发阶段添加一个配置文件，这个配置文件内可指定“热点代码”，当应用安装完后，ART在后台悄悄编译APP时，会优先编译配置文件中指定的“热点代码”。

虽然谷歌支持，但是这块技术对于APP开发人员而言国内资料过于缺乏，普及面不广。笔者先贴上官方链接，以及这篇博客，其中介绍的还是挺详细的。(隔壁Xcode针对PGO都有UI界面了)

三、解决思路

解决思路总结为四个字就是：华为方舟。

方舟的解决思路：

1. 针对虚拟机问题，方舟说：我不要你这个烂虚拟机了，我们裸奔
2. 针对JNI调用问题，方舟说：我们让Java在编译阶段跟C一样直接编译成机器码，干掉虚拟机，跟.so库直接调用，毫无JNI开销问题
3. 针对编译模版问题，方舟说：我们支持针对不同APP进行不同的编译优化

总结一下：方舟支持在打包编译阶段针对不同APP进行不同的编译优化，然后直接打包成机器码.apk(很可能已经不叫apk了)，然后直接运行。

这样看起来方舟确实解决掉了三大问题，但是，代价呢?

如果按照这个思路，方舟就肯定不止是一个编译器了，它应该还有一套自己的runtime。当然这些都是后话了。

关于方舟的实现只是大概讲了思路，但没有深入，因为一来方舟没开源，二来方舟发布会PPT营销层面更多，技术细节缺少，现在奇思妙想完全是纸上谈兵，一切还是静待开源吧。

本文题目：9102年了，还不知道Android为什么卡？
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