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在前不久華為P30系列新品發(fā)布會上，華為消費者事業(yè)群 CEO余承東提到過一項很厲害的技術(shù)，但被他一嘴帶過，這項技術(shù)就是方舟編譯器。

他提到，方舟編譯器可以提升Android系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用的編譯效率，過去Android應(yīng)用一邊編譯一邊執(zhí)行，而方舟編譯器將轉(zhuǎn)變?yōu)槿虣C器預(yù)編譯然后高效執(zhí)行。

華為宣布，使用方舟編譯器最終將提升24%的系統(tǒng)操作流暢度，提升44%的系統(tǒng)響應(yīng)能力，以及提升60%的三方應(yīng)用操作流暢度，“Android系統(tǒng)將比iOS系統(tǒng)還要流暢”。

這一技術(shù)將正式開源給開發(fā)者，讓所有人都可以使用方舟編譯器對應(yīng)用預(yù)編譯。

據(jù)華為消費者事業(yè)群軟件部總裁王成錄向包括PingWest品玩在內(nèi)的媒體介紹，自發(fā)布會結(jié)束后，華為軟件內(nèi)部團隊的電話幾乎被打爆，很多開發(fā)者都想了解方舟編譯器更多的信息。

這個技術(shù)到底厲害在哪？它哪里厲害？在了解方舟編譯器的同時，我們需要先了解一下Android的編譯流程。

編譯器的定義為：將“一種語言（通常為高級語言）”翻譯成能直接被計算機或虛擬機執(zhí)行的目標代碼，編譯器的效率將直接影響程序運營性能/效率。

而Android系統(tǒng)內(nèi)部絕大多數(shù)應(yīng)用的邏輯部分都使用Java來編寫，但為了保證安全性、可靠性、兼容性等不同的需求，很多開發(fā)者會使用不同的語言來編寫其他的庫，最終供Java調(diào)用。

也就是說在Android系統(tǒng)內(nèi)部，不同模塊可能采用了不同的語言編寫，而為了達對各個模塊的互相理解，相互調(diào)用則會帶來系統(tǒng)資源上的內(nèi)耗。

編譯器充當?shù)氖?ldquo;翻譯”功能。

將不同計算機的高級語言轉(zhuǎn)化為機器可以理解、可以執(zhí)行的機器語言，由不同的代碼替換為機器可讀懂的“0101”。

這體現(xiàn)在軟件開發(fā)的部分。

而編寫應(yīng)用的Java代碼能夠如何被Android系統(tǒng)理解，直接影響了程序的執(zhí)行效率。

編譯器的性能體現(xiàn)在是否可以將一種語言完美地解釋為可執(zhí)行的高級語言。

比如說，一個中英文翻譯，她既能理解中文成語的博大精深，也可以譜寫出英文語境中優(yōu)美的句子。

乍一看，只要有一個非常好的“翻譯官/編譯器”就可以解決所有的問題。

其實在編寫Android系統(tǒng)的Java語言內(nèi)部，還引入了虛擬機的機制。

從Android系統(tǒng)誕生那天起，就選擇了使用Java作為基礎(chǔ)的編寫語言。

據(jù)王成錄介紹，Java語言有非常多的優(yōu)勢，比如說它跨平臺、分布式，安全性做得都很好。

而Java語言設(shè)計當初就有一個JDK，叫Java語言的開發(fā)包，開發(fā)包中就包含了一項重要的功能，稱之為虛擬機。

虛擬機主要針對硬件環(huán)境。

有了這個虛擬機以后，接下來無論是什么樣的硬件，Java語言不需要管了，它的功能是將其抽象成Java的運行環(huán)境，因此Java實現(xiàn)了跨平臺——不管是X86機器，ARM機器，還是其他CPU的機器都沒有問題。

但這也導致了新的問題：無論任何一個機器，虛擬機資源必須分配好，所以占用了額外的系統(tǒng)資源。

也就是說，一個應(yīng)用先由Java編寫成可執(zhí)行文件（Dex碼），再進入系統(tǒng)由虛擬機虛擬環(huán)境解釋執(zhí)行為機器可讀的二進制碼。

兩道工序的執(zhí)行效率也就是應(yīng)用在系統(tǒng)內(nèi)被執(zhí)行使用的執(zhí)行效率。

打開使用一個軟件應(yīng)用，快不快，體驗好不好，就在于這兩道工序效率如何。

實際上Android的演進解釋了這套編譯邏輯上帶來的效率問題。

王成錄提到，Android 1.0的時候，基本完全使用Dalvik虛擬機，邏輯就是解釋一句執(zhí)行一句，效率非常慢。

Android 2.2的時候，當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用內(nèi)有有一段代碼頻繁執(zhí)行的時候，系統(tǒng)將直接編譯解釋，下次調(diào)用就不用重復解釋，直接執(zhí)行上次解釋出的機器指令，這叫JIT（即時，Just In Time）編譯。

但是這個應(yīng)用一退出了以后， 這段機器指令也消失了。

Android 5.0的時候，一個非常大的變化是引入了ART虛擬機（Android Run Time），采用AOT編譯器（Ahead Of Time），就是運行之前，將部分代碼編譯解釋好為二進制語言，轉(zhuǎn)為靜態(tài)編譯，極大地提升了效率。

但對于那些Java動態(tài)特性的部分，還有其他部分，仍然做不到直接編譯，還是要解釋執(zhí)行。

前面已經(jīng)提到，一個應(yīng)用由C語言編譯出來的庫，加上Java語言本身的編譯以及虛擬機的編譯，當一個應(yīng)用發(fā)生復雜的邏輯關(guān)系調(diào)用時，解釋和編譯這些代碼需要通過接口去使用，因此產(chǎn)生很大的開銷。

“一個數(shù)據(jù)，如果沒有跨語言的協(xié)同，和有跨語言協(xié)調(diào)來比，效率差別很大。

”王成錄說。

方舟編譯器是直接將應(yīng)用打包成二進制碼輸送到系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行，將所有編譯轉(zhuǎn)為靜態(tài)編譯。

“有了方舟編譯器后如何實現(xiàn)的呢？相當于，我不論你這個業(yè)務(wù)邏輯是Java寫的還是庫是用C寫的，都沒有問題，用方舟編譯器做了統(tǒng)一的程序優(yōu)化以后直接編譯成機器指令。

用方舟編譯器做出來的APK，下載到手機上不需要再編譯了。

這就是巨大的差別。

”“最難啃的骨頭”王成錄介紹，華為方舟編譯器有四大技術(shù)亮點。

第一，首個多語言聯(lián)合優(yōu)化的編譯器，消除了跨語言調(diào)用開銷；第二，程序運行時無需依賴虛擬機，減少了資源占用，同時實現(xiàn)了高效的內(nèi)存回收機制；第三，方舟編譯器可以針對不同應(yīng)用靈活編譯優(yōu)化；第四，對于開發(fā)者學習和使用成本非常低。

方舟編譯器最大的突破是將所有編譯的部分，包括靜態(tài)動態(tài)的部分全部變?yōu)殪o態(tài)編譯出的二進制代碼。

眾所周知，Java語言系統(tǒng)非常龐大。

這就需要對Android現(xiàn)有的應(yīng)用，可能會用到哪些庫，這些庫之間怎么用理解，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。

由于是機器語言，所以還涉及到了跨硬件平臺開發(fā)。

這就需要對所有開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)內(nèi)部解釋環(huán)境的編譯及語言、整體架構(gòu)和邏輯理解非常深入。

“就像一個優(yōu)秀的翻譯官一定對漢語言文學理解的非常到位，然后再對英語理解非常到位。

”王成錄說，一個翻譯器做得好不好，重要的衡量標準是能不能給程序帶來性能提升。

“編譯器和翻譯人類語言是一樣的，翻譯出來不太難，但是要翻譯的又快又好就太難了。

”邏輯通順以后，還需要大量的優(yōu)化和調(diào)整。

一方面對Java語言的了解再深入再細致再重建；另外一方面，對機器指令順序結(jié)構(gòu)理解要非常清楚才行，這兩個匹配的方法越準確，編譯器效率越高。

“一個好的編譯器，開發(fā)者一行代碼都不需要修改，性能能提升10%到20%。

”據(jù)PingWest品玩了解，方舟編譯器是個通用技術(shù)，基于目前ARM指令集開發(fā)、適用于所有ARM芯片平臺。

也就是說，經(jīng)過方舟編譯器編譯的應(yīng)用，再經(jīng)過其他品牌廠商的適配，就可以適用于包括小米、OPPO、vivo等其他品牌手機上的Android系統(tǒng)。

如果沒有適配，則還是按照普通app效率執(zhí)行。

據(jù)王成錄介紹，華為在2009年開始準備編譯器研發(fā)方面的工作，從華為海思研發(fā)起步時，2013年華為HCC自研編譯器有了雛形，它吸引了第一批海內(nèi)外研究人員加入，創(chuàng)建了編譯組。

隨后，華為“2012年實驗室”成立，2016年正式設(shè)立了編譯器與編程語言實驗室。

直到今天，華為才算正式推出了方舟編譯器。

王成錄說，編譯器真的是一個“板凳要坐十年冷”的工程，“我們穩(wěn)得住才能做下來，非常的復雜。

”據(jù)PingWest品玩了解，方舟編譯器開發(fā)人員有一半來自于消費者BG，一半來自于“2012實驗室”，投入研發(fā)人員幾百人。

方舟編譯器是華為發(fā)布的最新的“黑科技”，但華為不是無意為之。

王成錄介紹說，華為一直在圍繞性能這條線找最主要的矛盾。

比如隨著應(yīng)用的豐富，手游越來越流行，華為針對游戲做了GPU Turbo。

把游戲問題解決后，發(fā)現(xiàn)還有很多應(yīng)用需要改進網(wǎng)絡(luò)實時連接，所以華為發(fā)布了Link Turbo，“這個發(fā)揮了華為的優(yōu)勢，我們對網(wǎng)絡(luò)非常熟悉，我們做了聚合把端和網(wǎng)絡(luò)的連接。

”王成錄說，方舟編譯器是最后的、最難啃的骨頭，但華為把它攻克了。

給Android系統(tǒng)動手術(shù)華為方舟編譯器，只是華為改造Android性能的一部分。

簡而言之，華為在系統(tǒng)軟件上針對用戶使用中的痛點問題進行有針對性的優(yōu)化。

比如EMUI 5.0主要解決Android系統(tǒng)卡頓問題，EMUI 8.2上線了GPU Turbo主攻游戲性能受限問題，EMUI9.0上線了Link Turbo主攻網(wǎng)絡(luò)覆蓋不均問題，EMUI 9.1則上線了方舟編譯器和超級文件系統(tǒng)EROFS，針對Android流暢度不足問題。

鋪開Android系統(tǒng)全棧圖，華為針對每一項Android系統(tǒng)內(nèi)部模塊進行改造優(yōu)化。

華為將Android系統(tǒng)分為生態(tài)外部、框架層、中間件、硬件抽象和內(nèi)核等多個層面進行全鏈條優(yōu)化。

王成錄介紹，EMUI 5.0圍繞核心組件內(nèi)的進程管理和文件系統(tǒng)進行優(yōu)化。

“我們最終把F2FS（專門為Flash閃存定做的操作系統(tǒng)）這個系統(tǒng)放在5.0上了，發(fā)現(xiàn)上手機的碎片整理能力比原來EXT系列的文件系統(tǒng)要高了很多。

”而EMUI 8.0的Link Turbo圍繞框架層的通信、中間件的連接以及芯片驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)管理做優(yōu)化。

“這是在整個圖形中間件、在內(nèi)存管理，和在進程上做完整的優(yōu)化技術(shù)。

”除去方舟編譯器，EMUI 9.0上線的另一重大技術(shù)是超級文件系統(tǒng)EROFS，這個文件系統(tǒng)是解決系統(tǒng)分區(qū)文件存儲和管理的問題，圍繞Android系統(tǒng)內(nèi)核安全管理和內(nèi)存管理進行改造。

王成錄提到，所有系統(tǒng)初始化的文件存在系統(tǒng)分區(qū)，以前系統(tǒng)分區(qū)只有初始化啟動寫入一次后，除系統(tǒng)升級以外，永遠不允許再次寫入。

原始的系統(tǒng)分區(qū)給只讀只寫加了兩道鎖。

如果寫了以后，就意味著系統(tǒng)已經(jīng)被攻破。

但文件系統(tǒng)對磁盤讀寫效率有著重要影響，據(jù)華為介紹，超級文件系統(tǒng)EROFS采用了可讀設(shè)計，使用了壓縮算法，Android系統(tǒng)隨機讀性能平均提升20%，升級包大小下降約5%-10%，升級時間縮短了約20%。

“這個文件系統(tǒng)是只讀的，既解決安全性問題，又解決性能效率問題。

這個系統(tǒng)是華為百分之百原創(chuàng)的，我們這個團隊能夠把這件事情做出來，在中國也是第一次。

”走入無人區(qū)據(jù)PingWest品玩了解，華為此前在5萬臺華為手機上秘密試驗F2FS文件系統(tǒng)性能的影響，為此王成錄還和余承東簽了“軍令狀”——因為測試修改手機文件系統(tǒng)對于手機安全有極大的隱患，一旦發(fā)生意外，將對手機品牌造成很嚴重的影響。

而一旦成功，將驅(qū)動Android系統(tǒng)帶來文件可讀取本質(zhì)和讀寫性能方面的變革。

一個問題是，華為給Android動了這么多的手術(shù)，這件事情Google怎么看？Google是華為的戰(zhàn)略合作伙伴，華為和Google一直保持著積極持續(xù)的溝通。

王成錄說，“我們在安卓底層的優(yōu)化工作，很多其實都體現(xiàn)在了Android的大版本里，作為了產(chǎn)業(yè)的共同資產(chǎn)。

比如‘天生快，一生快’里的很多系統(tǒng)機制。

F2FS文件系統(tǒng)也為多個廠家使用。

”根據(jù)王成錄的說法，Google很快就注意到了華為在測試F2FS文件系統(tǒng)，Google的態(tài)度是“在中國用沒有問題。

”這次進一步推出方舟編譯器和超級文件系統(tǒng)EROFS，我們推測華為的目標是，推動這些改變進入Google的開源社區(qū)，借此進駐到系統(tǒng)內(nèi)部。

華為過去幾波改造都是推動終端側(cè)的改革。

華為提到，這就像是改造人的身體機能。

同時，華為還想保證市場上的水和糧食的供應(yīng)是好的——通過華為HiAI和HiLink，推動外部生態(tài)的繁榮和開放。

方舟編譯器未來使命就在這里。

“這是華為非常完整的邏輯，我相信我們后續(xù)仍然會圍繞全棧，因為下層的芯片還要不斷的演進，上面的應(yīng)用也在不斷發(fā)展變化，整個系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整還會持續(xù)。

”有了方舟編譯器編譯以后，就不需要用Java的虛擬機了，它改變了過去Android系統(tǒng)內(nèi)部的代碼解釋機制。

王成錄說，“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。

”他還提到，方舟編譯器也可以適用于ICT行業(yè)其他系統(tǒng)，未來可基于具體芯片指令集進行開發(fā)。

提到軟件研發(fā)，王成錄流露出了個人情懷，“我覺得中國這么大量的軟件研發(fā)人員，但國內(nèi)一直缺乏領(lǐng)先的系統(tǒng)軟件。

系統(tǒng)軟件指的是什么？基本上是操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫、編譯器。

但實際上還有一個，就是編程框架和編程語言。

實際上華為走到編譯器領(lǐng)域，是非常重要的部分，這個編譯器再發(fā)展，就可能變成編程框架和編程語言。

”編譯器似乎是一個開始。

在軟件行業(yè)，華為正在走入無人區(qū)。

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