华为方舟编译器，华为在底层重造安卓系统

一、什么是方舟编译器

方舟编译器虽然是在 4.11 日 HUAWEI P30 系列国内发布会上公布的应用编译技术，但其实华为早在 5 年前就开始布局，并投入数百专家团队，历经多次尝试，才在 EMUI 9.1 上实现了机器代码的翻译。几千年来，人们从裹腹耐寒到智慧创新，从未停止探索世界的步伐。同时，他们将这些智慧赋予更多的物体，比如机器。
想让机器读懂人类情感，他们之间就需要有个“翻译”，来充当人机交互的桥梁，也就是专业人士口中的编译技术。
它能够将 C、Java 等高级语言转换为机器能读懂的低级语言，将精妙的代码转化为 0 和 1 的二进制指令，消除了沟通障碍，从而驯服了机器。
可以说编译器是软件与芯片之间的桥梁，其性能，效率直接影响到机器的运行效率。

二、方舟编译器和Java的故事

而既有的安卓系统框架与应用之间，仍然使用的是不被机器直接读懂的 Java 语义，最初的解决方案是通过增加一个虚拟机制（JVM），相当于一个“中间层”将 Java 语言“翻译”为机器可以读懂的汇编指令。

中间层”翻译一句 Java 语义机器就执行一段，也就是“边解释边运行”（动态编译），不但效率低，耗费系统资源，对操作流畅度也有影响。

尽管安卓系统 6.0 以后采用了 ART （Android Runtime）模式，对调用次数多的 Java 代码编译为机器码（静态编译）；在设备空闲的时候进行一些预编译，解决了部分 Java 代码执行效率问题，但对于动态语义部分还是无法实现静态编译，仍需要虚拟机充当“翻译”边解释边运行，效率和体验提升有限。

而方舟编译器，采用了全新的系统及应用的编译和运行机制，对所有的 Java 语义全部做到静态编译，直接将 Java 语言“翻译”成机器语言（静态编译），消除了虚拟机动态编译的额外开销，实现了开发和运行效率的兼容并举。

如果把编译器看做一个翻译，就好比我们去到一个语言不通的国家，原本只能通过同声翻译（虚拟机）来进行交流沟通，难免效率低下。而华为方舟编译器更像是让您直接获得了语言能力，从而可以摆脱同声翻译（虚拟机），可以更畅快地与当地人沟通。

根据华为实验室的测试数据，EMUI 9.1 在仅仅对系统组件 System Server 应用了华为方舟编译器后，系统操作流畅度提升 24%，系统响应性能提升 44%。同时，新浪微博极速版在应用方舟编译器之后，操作流畅度最高提升了60%

方舟编译器编译的应用在开发阶段就已完成。也就是说，只要是经过编译器编译的应用，在应用市场上上架了以后，用户下载的就是编译过的了。

三、方舟编译器在底层重造安卓系统体验

据王成录透露，在方舟编译器发布当天，电话被打爆了，业界的开发者都高度关注。

为什么会这样？因为方舟编译器是对安卓底层机制的重构，给用户体验带来的提升是颠覆性的。

它解决的是安卓手机上最大的痛点：“卡顿”。编译器，就像是人类和机器沟通的桥梁，承担着将高级语言“翻译”成机器能懂的机器码，并按照指令运行。但是，在安卓系统中，编译器却有一个绕不过的坎儿：虚拟机。安卓系统虽然在不断演进，但始终需要虚拟机来实现解释和执行。

用翻译的方式来比喻，更容易理解。安卓程序的虚拟机中有解释器和编译器，相当于是有两个翻译在运行。解释器好像现场翻译，演讲者讲一句，就需要停下来翻译一句给编译器，编译器则结合上下文一次翻译一大段。两个翻译同时在搞，于是你听到的内容就是断断续续的，你的系统就会变得非常卡顿。

而且，虚拟机的统一回收内存也是卡顿的罪魁祸首之一，Java的虚拟机模式提供了内存GC（垃圾回收）机制，内存垃圾是集中回收，但全局回收时需要短暂中断应用，成为随机卡顿的根因之一。

那么，方舟编译器带来的颠覆在哪里呢？首先，方舟的内存回收机制是随用随回收，回收时无需暂停应用，因内存回收的随机卡顿就消除了。其次，方舟编译器是在应用打包的时候直接编译出了机器指令，无需繁琐的虚拟机运行，彻底消除了虚拟机的动态编译的额外开销，从边翻译边执行到提前编译机器码直接执行（运行时无需再编译），大幅提升了效率，让性能得到大幅提升。

用量化的方式可以很好地看到这种性能提升的效果：有了方舟编译器的手机，能实现系统操作流畅度提升24%，系统响应性能提升44%。
能实现这样的效果，方舟编译器的内存回收机制也功不可没。原来虚拟机的内存回收是统一进行的，全局回收时需要暂停应用（导致卡顿）；而方舟编译器则是内存随用随回收，回收时无需暂停应用，显然能够避免卡顿。

方舟编译器看起来深奥，但是对应用开发者和用户来说却很简单。王成录说，对于应用开发者无需修改代码，只需要用方舟编译器重新编译，就能带来性能的提升。对于用户来说，只要在应用市场下载编译过的应用，就直接能享受到性能提升的好处。

重新编译，会带来应用安装包和安装后占用空间的增大，以微博极速版为例，安卓9.0的apk是9.7Mb，安装后是37.5Mb，而使用方舟编译器后的安装文件apk是23Mb，安装完后大约不到50Mb。但是，使用方舟编译器后的性能提升却是颠覆性的，微博极速版的操作流畅度提升了60%！

一句话，方舟编译器给安卓程序的性能提升结果非常显著。这个性能提升可以用应用执行时间来衡量，而应用执行时间=应用执行指令总条数X平均每条指令所用CPU cycle数/ CPU频率，CPU频率由手机硬件决定，方舟编译器可以实现平均每条指令所用CPU cycle数更少、应用执行指令总条数更少，从而带来更快的应用执行时间。

同样用翻译来比喻这种编译带来的性能提升。““What happens in Vegas, stays in Vegas”如果比作最初的应用，如果不编译，翻译可能是“在拉斯维加斯发生的一切，就留在拉斯维加斯”，而方舟编译器编译带来的则是“勿念过往 活在当下”，显然要好得多。

总结

所以，方舟编译器、EROFS超级文件系统等颠覆性的技术创新，只是华为在软件领域不断突破和努力的缩影。华为正在凭借自己的技术实力和不断努力，重造安卓系统的体验。

除了硬件的技术突破，软件也在用户体验中扮演越来越重要的角色。这就是软件的力量，通过持续的技术进步，持续的生态开放，让消费者感受到，华为的产品体验在进步，安卓系统的体验在进步。​​​​