隨著數(shù)字化時(shí)代的發(fā)展，手機(jī)、平板、PC、電視、智能手表、車機(jī)等智能設(shè)備的普及率越來(lái)越高，但不同設(shè)備往往搭載了不同的操作系統(tǒng)。面對(duì)不同的操作系統(tǒng)與開(kāi)發(fā)框架，應(yīng)用開(kāi)發(fā)難度大、成本高；同時(shí)，不同設(shè)備之間交互匱乏、體驗(yàn)割裂，難以為用戶帶來(lái)一致性的應(yīng)用交互體驗(yàn)。

HarmonyOS是一款面向全場(chǎng)景的分布式操作系統(tǒng)，能夠兼容手機(jī)、平板、PC、智慧屏、智能手表、車機(jī)等智能設(shè)備。我們知道，HarmonyOS應(yīng)用開(kāi)發(fā)需要使用高級(jí)編程語(yǔ)言，包括TypeScript（以下簡(jiǎn)稱“TS”）、JavaScript（以下簡(jiǎn)稱“JS”）、基于TS增強(qiáng)的ArkTS等，還需要配套相應(yīng)的工具鏈和運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)和運(yùn)行。面對(duì)不同設(shè)備，開(kāi)發(fā)者如何使用同一套應(yīng)用框架開(kāi)發(fā)應(yīng)用，讓用戶獲得統(tǒng)一的應(yīng)用交互體驗(yàn)?zāi)兀?/span>

基于此，方舟編譯器（以下稱“ArkCompiler”）應(yīng)運(yùn)而生。ArkCompiler支持ArkTS/TS應(yīng)用預(yù)先編譯優(yōu)化機(jī)器碼，帶來(lái)高性能的運(yùn)行體驗(yàn)；同時(shí)，ArkCompiler的并發(fā)實(shí)例啟動(dòng)更加輕快，并且提供混淆字節(jié)碼能力，有效提升了源碼的安全性。ArkCompiler助力開(kāi)發(fā)者更加高效、便捷、安全地開(kāi)發(fā)HarmonyOS應(yīng)用。

一

什么是ArkCompiler

ArkCompiler作為HarmonyOS應(yīng)用開(kāi)發(fā)的統(tǒng)一編程平臺(tái)，包含編譯器、工具鏈、運(yùn)行時(shí)等關(guān)鍵部件，支持ArkTS、TS、JS等高級(jí)編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)、調(diào)試調(diào)優(yōu)、運(yùn)行等業(yè)務(wù)。

接下來(lái)，我們來(lái)看一下ArkCompiler編譯工具鏈與運(yùn)行時(shí)的架構(gòu)。

編譯工具鏈架構(gòu)

ArkCompiler的編譯工具鏈以ArkTS/TS/JS源碼作為輸入，將其編譯生成為abc（ArkCompilerBytecode，即方舟字節(jié)碼）文件。

運(yùn)行時(shí)架構(gòu)

ArkCompiler運(yùn)行時(shí)包含了執(zhí)行引擎、內(nèi)存管理器、語(yǔ)言內(nèi)建標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)等部件，直接運(yùn)行字節(jié)碼文件，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)語(yǔ)言規(guī)范的語(yǔ)義邏輯。

二

ArkCompiler的性能亮點(diǎn)

動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言由于運(yùn)行前無(wú)法確定對(duì)象類型，需要等程序運(yùn)行一段時(shí)間后，JIT Compiler（Just-In-Time Compiler，即時(shí)編譯器）才能根據(jù)抓取到的運(yùn)行信息明確對(duì)象類型并編譯生成對(duì)應(yīng)的優(yōu)化機(jī)器碼。

而靜態(tài)類型語(yǔ)言則可以根據(jù)確定的對(duì)象類型，直接編譯生成對(duì)應(yīng)的優(yōu)化機(jī)器碼，啟動(dòng)即可獲得高性能，二者的啟動(dòng)性能差異比較顯著。

編譯優(yōu)化視角主要區(qū)別

基于JS拓展出類型概念的TS已經(jīng)成為了前十流行的語(yǔ)言，然而業(yè)界目前并沒(méi)有直接運(yùn)行TS的引擎，如需運(yùn)行TS，要先將TS轉(zhuǎn)換成JS，再通過(guò)JS引擎運(yùn)行。那么，TS的類型信息也就在轉(zhuǎn)換過(guò)程中丟棄了，運(yùn)行時(shí)無(wú)法接收類型信息并作相應(yīng)的優(yōu)化。然而我們發(fā)現(xiàn)，大部分情況下，JS程序中的對(duì)象類型是單一固定的，這也表明JS的對(duì)象類型大部分情況下保持不變。TS的類型是不是也可以在代碼運(yùn)行前直接做編譯優(yōu)化呢？

2.1 業(yè)界JS引擎方案

JS開(kāi)發(fā)者直接把源碼打到應(yīng)用包里，當(dāng)運(yùn)行時(shí)，引擎解析JS源碼需要先將JS源碼編譯成字節(jié)碼，然后再執(zhí)行字節(jié)碼。引擎抓取剖析一些運(yùn)行時(shí)的信息，再使用JIT Compiler在運(yùn)行時(shí)編譯生成優(yōu)化機(jī)器碼，最后才能執(zhí)行優(yōu)化機(jī)器碼，這樣才能以比較高的性能執(zhí)行JS。

業(yè)界JS引擎方案

2.2 ArkCompiler的優(yōu)勢(shì)

高性能ArkTS引擎—AOT編譯

我們前面已經(jīng)分析過(guò)，大部分情況下，JS的對(duì)象類型保持不變，而TS又會(huì)攜帶對(duì)象類型。因此，ArkCompiler讓ArkTS/TS能夠持平靜態(tài)語(yǔ)言的啟動(dòng)性能，其實(shí)就是利用語(yǔ)言里的類型信息，讓ArkTS/TS像靜態(tài)語(yǔ)言一樣可以直接編譯生成優(yōu)化機(jī)器碼。

Bytecode Compiler（字節(jié)碼編譯器）會(huì)生成帶類型的字節(jié)碼，AOT Compiler（Ahead-Of-Time Compiler，預(yù)先編譯器）會(huì)根據(jù)類型字節(jié)碼預(yù)生成相關(guān)的類型對(duì)象，結(jié)合PGO¹的配置文件信息，進(jìn)行編譯優(yōu)化最終生成對(duì)應(yīng)的優(yōu)化機(jī)器碼。

ArkCompiler支持應(yīng)用運(yùn)行前就編譯出優(yōu)化機(jī)器碼和字節(jié)碼。當(dāng)應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備上首次運(yùn)行時(shí)，就可以直接運(yùn)行高性能優(yōu)化機(jī)器碼了。

三

ArkCompiler的并發(fā)亮點(diǎn)

并發(fā)實(shí)例運(yùn)行對(duì)比

3.1 業(yè)界JS引擎的Actor并發(fā)模型

上圖左側(cè)是業(yè)界并發(fā)實(shí)例的運(yùn)行情況，由于JS是一門單線程語(yǔ)言，JS引擎在設(shè)計(jì)之初也沒(méi)有考慮多線程運(yùn)行的支持和優(yōu)化。

從Actor并發(fā)模型的示例圖中，我們可以看出，每一個(gè)并發(fā)實(shí)例都創(chuàng)建了一個(gè)完整的引擎實(shí)例來(lái)支持運(yùn)行。它的優(yōu)勢(shì)在于，類Actor的接口可以讓開(kāi)發(fā)者不需要關(guān)心共享狀態(tài)和鎖，容易維護(hù)和測(cè)試，而且非常容易把并發(fā)實(shí)例遷移成分布式的服務(wù)。不過(guò)在移動(dòng)應(yīng)用的場(chǎng)景中，這樣的實(shí)現(xiàn)也是HTML規(guī)范把Web Worker描述成啟動(dòng)慢并且內(nèi)存開(kāi)銷大的主要原因。

3.2 ArkCompiler的Lite Actor并發(fā)優(yōu)勢(shì)

上圖右側(cè)是ArkCompiler實(shí)現(xiàn)并發(fā)的運(yùn)行情況。ArkCompiler的Lite Actor的實(shí)現(xiàn)，實(shí)質(zhì)還是Actor模型，但是通過(guò)共享進(jìn)程內(nèi)各并發(fā)實(shí)例之間的不可變對(duì)象，把基礎(chǔ)設(shè)施分層和輕量化，在各實(shí)例之間重用了一些公共基礎(chǔ)設(shè)施，讓并發(fā)實(shí)例運(yùn)行更輕快。ArkCompiler的實(shí)現(xiàn)中，新增一個(gè)并發(fā)實(shí)例只需要拉起相應(yīng)獨(dú)有的部分。

基于此，我們和瀏覽器頭部引擎做了一個(gè)對(duì)比，在一定負(fù)載下，我們的并發(fā)啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)內(nèi)存取得了顯著提升。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相較于業(yè)界的方案，Lite Actor并發(fā)實(shí)例啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)內(nèi)存均優(yōu)化了50%。

四

ArkCompiler的安全性亮點(diǎn)

字節(jié)碼混淆對(duì)比

4.1 業(yè)界JS引擎的安全性

現(xiàn)行的JS引擎，往往采用只有名稱混淆的UglifyJS²，應(yīng)用包中的源碼也是可見(jiàn)可調(diào)試，商業(yè)應(yīng)用源碼的安全性相對(duì)較差。

4.2 ArkCompiler的安全性優(yōu)勢(shì)

在ArkCompiler中，Hap包包含了混淆后的字節(jié)碼，相較于直接攜帶源碼，提高了開(kāi)發(fā)者代碼的安全性。

HarmonyOS的代碼保護(hù)，打包的是二進(jìn)制的ArkCompiler字節(jié)碼。即使經(jīng)過(guò)ArkCompiler編譯運(yùn)行時(shí)提供的Disassembler反編譯，也只有字節(jié)碼能被看到，無(wú)法直接修改調(diào)試運(yùn)行。

五

總結(jié)

目前，運(yùn)行在ArkCompiler上的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言ArkTS，在TS的基礎(chǔ)上主要拓展了聲明式范式和狀態(tài)模式的UI編程。往后我們會(huì)在靜態(tài)模式、并發(fā)、安全等方面持續(xù)增強(qiáng)，讓ArkTS成為更卓越的應(yīng)用開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。

面對(duì)IoT時(shí)代的發(fā)展，我們會(huì)結(jié)合HarmonyOS應(yīng)用生態(tài)、開(kāi)發(fā)體驗(yàn)和用戶體驗(yàn)等方面的需求，讓ArkCompiler與硬件、操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)框架、編程語(yǔ)言協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)化；同時(shí)，在多語(yǔ)言統(tǒng)一編譯運(yùn)行和多設(shè)備支持的基礎(chǔ)上，ArkCompiler讓HarmonyOS應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行效率顯著提升。

未來(lái)，ArkCompiler在持續(xù)優(yōu)化基礎(chǔ)體驗(yàn)的同時(shí)，會(huì)更進(jìn)一步結(jié)合HarmonyOS萬(wàn)物互聯(lián)的需求，在跨端遷移、多端協(xié)同等創(chuàng)新場(chǎng)景，從編譯器和運(yùn)行時(shí)等方面提供底層的解決方案和優(yōu)化機(jī)制，提升分布式應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行體驗(yàn)。

說(shuō)明：

1. PGO即Profileguided optimization，是一種基于性能分析(profiling)的編譯優(yōu)化技術(shù)。

2. UglifyJS是前端開(kāi)發(fā)打包的最常用工具之一，包含JS解析器、代碼最小化、壓縮、美化的工具集。

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