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华为方舟编译器如何提高Android应用程序性能由于美国的一项行政命令限制了许多公司与华为开展业务，最近华为的谈话大部分都围绕着该公司不幸的政局。这种关键决定的影响太大，无法引起注意。但在另一个不存在此行政命令的现实中，华为将成为其最近发布的Ark Compiler的焦点，这是最新的创新，声称可以弥合Android和iOS之间的应用程序性能差距。

在深入研究Ark Compiler之前，我们需要退后一步，了解编译器是什么以及它在Android系统中的用途。

Android编译器和口译员简史

编译器是一种计算机程序，它将代码从一种语言转换为另一种语言，通常是本机机器语言。然后，这可以由计算机直接执行或通过另一个程序（解释器）执行。这种翻译是必要的，因为我们用人类可读的编程语言（如Java和Kotlin）编写代码，而计算机只能理解本机机器语言（1和0形式的二进制代码）。因此，编译器充当人类写入的指令与机器理解然后执行这些指令的能力之间的桥梁。这种转换和后续解释的快速和有效性定义了编译器的效率，

Dalvik VM

在Android的早期，操作系统使用了所谓的Dalvik VM（解释器）和JIT（即时）编译器。来自XDA TV Android Basics 101系列的旧视频涉及Dalvik VM和JIT设置，这两种设备都满足了早期Android系统的需求，这些系统内存限制很多。Dalvik VM使用Java字节码并在需要执行代码时将其转换为机器代码（因此即时）。这是必要的，因为当时手机中的存储空间是一个真正的约束，因此这种方法允许应用程序在系统中使用较小的文件大小。

在运行时编译和解释应用程序具有整体应用程序性能降低的缺点，因为编译将在用户使用应用程序时进行。

Dalvik的垃圾收集机制也受到限制。Dalvik集体跟踪每个内存分配。一旦Dalvik确定程序不再使用一块内存，它就会将这些内存释放回堆中，而无需程序员的任何干预。此过程称为垃圾收集（GC），它旨在查找不再访问的程序中的内存对象，然后回收这些对象用于释放内存的资源。系统在集体的基础上确定何时需要GC，因此应用程序开发人员无法选择何时发生GC事件[即使在ART中]。因此，如果GC事件发生在前台应用程序上的任何密集处理活动的中间，系统将暂停执行该过程并开始GC，

这些和其他限制促使谷歌探索更快的性能的替代方法。

Android运行时

借助Android 4.4 KitKat，Google 以预览形式推出了带有AOT（Ahead-Of-Time）编译器的ART（Android Runtime），并且通过Android 5.0 Lollipop，Google放弃了Dalvik，转而选择ART作为唯一可用的解释器。使用AOT的ART在安装应用程序时将代码转换为机器语言，而不是在应用程序使用时等待进行此类转换。这种方法因此加快了应用程序启动时间，但也以安装时间较慢和磁盘空间使用增加的形式引入了缺点。为了平衡这一切，谷歌采用了AOT，JIT和配置文件引导的编辑与Android 7.0 Nougat 上的ART相结合，以确保没有任何单一因素受到严重影响。

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Android的ART实现

ART还致力于使垃圾收集不那么突兀。GC过程经过优化，总体上更快，暂停时间更短（单次短暂停顿与Dalvik的两次暂停），碎片更少，内存使用更少。Google在Google I / O 2014上的演示详细解释了Dalvik GC和ART在此方面的改进的局限性。

即使这些年来发生了这些变化，Google方法的基本前提还是在执行期间解释代码，同时改变编译（转换）元素的时间。垃圾收集仍然是应用程序开发人员的一个痛点，因为它固有的中断和集体性质。可以说，Android的应用程序性能因此而受到影响，因为仍然存在开销。

华为方舟编译器

华为一直致力于开发更高效的解决方案，并因此聘请了数百名该领域的专家。这项工作的成果是Ark Compiler，华为称这是第一个允许直接翻译成机器语言的静态编译器，完全不需要翻译。Ark Compiler也是为了最大限度地提高Java和C的运行效率而开发的，因此理论上应该看到这些语言的最佳结果。

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华为的图解。由XDA用户MyKeyVans翻译的文本。

华为提供了方舟编译器的一些主要功能如下：

诸如AOT和JIT之类的编译技术可以将一些程序转换为机器代码并直接在CPU上运行它们，但是这些技术无法完全从解释器和附带的限制中解脱出来。Ark Compiler使用静态编译，它可以让自己从动态解释器中解脱出来，从而打开了通过“ 跨越式发展 ”提升应用性能的可能性。“
静态编译有一个潜在的缺点，即过于严格，无法进行动态编译器在执行期间可以进行的调整。华为声称Ark Compiler的静态编译通过将编程语言中的动态特性无缝转换为机器代码来解决这个问题。“
现有的编译过程在移动设备上安装app包期间或之后进行。Ark Compiler专为软件开发期间的部署而设计，我们认为这有助于消除安装和执行期间的时间开销。我们假设应用程序开发人员能够在应用程序开发过程中直接将不同语言编译为本机机器代码，因此生成的APK因此无需与解释器或虚拟机进行交互即可运行。例如，这理论上可以减少与JNI相关的开销。
Ark Compiler也改变了垃圾收集的集体性质。它允许针对不同的Java线程单独发生GC事件。这种划分方法声称在前景应用程序上提供较少的jank。

由于这些变化，Ark Compiler 似乎可以提高Android系统操作流畅度高达24％，响应速度高达44％，第三方应用程序的流畅度高达60％，声称可以带来Android应用程序性能与iOS上的性能相同。

Ark Compiler目前针对ARM芯片架构进行了编译和优化。华为希望在未来，协同硬件和软件设计将致力于最大化Kirin芯片功能。

Ark编译器支持标准的Java使用，允许直接编译第三方应用程序，而无需应用程序开发人员进行任何代码修改。Ark Compiler还允许“调整代码结构”以进一步改进性能和内存。华为已经选择将Ark Compiler作为一个开源系统，这将允许第三方开发人员采用和调整技术以满足他们的需求，从而进一步将其应用于应用开发商和手机制造商。

虽然华为没有提到Ark Compiler的任何缺点，但至少可以预期大的应用程序大小，但这不应该对具有充足存储空间的当前一代设备造成任何问题。我们还预计Ark Compiler不适用于所有CPU架构，因为Google的兼容性问题并不是华为的头疼。Ark Compiler设计用于开发期间而非安装期间; 这表明华为可能已经修改了在Android设备上部署和安装应用程序的方式，也可能已经开发了自己的APK设计。如果正确，这可能会在生态系统中造成一个主要的兼容性问题，并且在此之前很长一段时间它将成为标准的Android功能，如果有的话。

不在用户设备上进行编译也会引发一个关于优化的重大问题。ART目前在每个微架构的基础上进行优化，这意味着Snapdragon设备与Exynos设备，甚至Snapdragon 845与Snapdragon 625 的结果二进制结构会有所不同。这种方法对于拥有完全控制权的制造商来说是有意义的像苹果和华为这样的SoC。然而，随着Android世界的其余部分使用许多不同的SoC，强制在设备之间使用通用优化将再次成为Ark编译器标准化的障碍。因此，不要指望Ark Compiler很快就会到达您最喜欢的自定义ROM。

为了澄清，方舟编译器是为与Android合作而开发的，华为没有提及与其所谓的自制操作系统及其与Ark编译器的兼容性，因此我们不做任何假设。

华为计划召开两次专门针对开发人员和更大生态系统的会议。这些是华为设备中国开发者大会和绿色联盟中国开发者大会。这两个活动都将解决与华为方舟编译器相关的特定开源问题，以尽可能广泛地使用该技术。

特别感谢XDA高级认可贡献者Dees_Troy和认可的开发者arter97的帮助和投入。

注意：Huawei / Honor已停止为其设备提供官方引导加载程序解锁代码。因此，其设备的引导加载程序无法解锁，这意味着用户无法root或安装自定义ROM。

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