快捷導(dǎo)航

Android本地搜索業(yè)務(wù)優(yōu)化方案

更新時(shí)間：2023年05月16日 09:09:55 作者：云音樂(lè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)

這篇文章主要為大家介紹了Android本地搜索業(yè)務(wù)優(yōu)化方案詳解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進(jìn)步，早日升職加薪

引言

在本文中，我們將通過(guò) Android 本地搜索業(yè)務(wù)介紹如何使用 JavaScriptCore（以下簡(jiǎn)稱 JSC）和Java Native Interface（以下簡(jiǎn)稱 JNI）相關(guān)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)搜索效率提升。

背景

本地搜索業(yè)務(wù)內(nèi)部使用動(dòng)態(tài)下發(fā) JS 代碼實(shí)現(xiàn)一些業(yè)務(wù)邏輯，用戶觸發(fā)搜索到最終展示數(shù)據(jù)耗時(shí)久，體驗(yàn)很差 ( 8000 首歌曲的處理量大概在 7 秒左右)，分析：

本地的 DB 和數(shù)據(jù)處理耗時(shí)占 50%
JS 引擎的數(shù)據(jù)傳輸上占 50%

DB 和數(shù)據(jù)處理不做討論，這里主要解決 JS 引擎的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題

基于現(xiàn)有方案的分析：

可以發(fā)現(xiàn) Native 在和 JVM 傳輸次數(shù)過(guò)多，且跨語(yǔ)言的數(shù)據(jù)傳輸序列化耗時(shí)

方案

結(jié)合現(xiàn)有業(yè)務(wù)特點(diǎn)：

算法是變化的、動(dòng)態(tài)下發(fā)的，所以代碼由 JS 實(shí)現(xiàn)，故需要在 JS 引擎中執(zhí)行
Java 使用 JSC 需要借助 JNI，并加入一些邏輯處理
JNI 需要向 JS 引擎輸入數(shù)據(jù)，同時(shí)需要獲取執(zhí)行得結(jié)果

得出如下流程圖

如何實(shí)現(xiàn)？

準(zhǔn)備好 JavaScriptCore 庫(kù)，這里復(fù)用 ReactNative 中的 so 庫(kù)
C++調(diào)用 JavaScriptCore 庫(kù)，實(shí)現(xiàn)部分邏輯，輸出業(yè)務(wù)層 a.so 庫(kù)
上層使用 a.so 對(duì)庫(kù)進(jìn)行調(diào)用

前置知識(shí)

方案實(shí)現(xiàn)需要了解 JavaScriptCore 和 JNI 的相關(guān)知識(shí)，下面分別介紹

JavaScriptCore 簡(jiǎn)介

JavaScriptCore 是一個(gè)開源的 JavaScript 引擎，可以用來(lái)解析和執(zhí)行 JavaScript 代碼，類似的還有 V8、Hermes 等。

JSAPI 是 JavaScriptCore 的 C++接口，它提供了一組 C++類和函數(shù)，可以用于將 JavaScript 嵌入到 C++程序中。JSAPI 提供了以下功能：

創(chuàng)建和管理 JavaScript 對(duì)象和值
執(zhí)行 JavaScript 代碼
訪問(wèn) JavaScript 對(duì)象的屬性和方法
注冊(cè) JavaScript 函數(shù)
處理 JavaScript 異常
進(jìn)行垃圾回收

JavaScriptCore 類型

JSC::JSObject：表示一個(gè) JavaScript 對(duì)象。
JSC::JSValue：表示一個(gè) JavaScript 值。
JSC::JSGlobalObject：表示 JavaScript 對(duì)象的全局對(duì)象。
JSC::JSGlobalObjectFunctions：包含一組函數(shù)，用于實(shí)現(xiàn) JSAPI 的功能，如執(zhí)行 JavaScript 代碼、訪問(wèn) JavaScript 對(duì)象的屬性和方法等。

在 JSAPI 中，JavaScript 對(duì)象和值通過(guò) JSC::JSObject 和 JSC::JSValue 類進(jìn)行表示。
JSC::JSObject 表示一個(gè) JavaScript 對(duì)象，它可以包含一組屬性和方法；
JSC::JSValue 表示一個(gè) JavaScript 值，它可以是一個(gè)對(duì)象、一個(gè)數(shù)值、一個(gè)字符串或一個(gè)布爾值等。

JSAPI 提供了 JSC::JSGlobalObject 類作為 JavaScript 對(duì)象的全局對(duì)象，所有的 JavaScript 對(duì)象都是從該全局對(duì)象繼承而來(lái)。

API 介紹

JSContextGroupCreate

JSContextGroupRef 是一個(gè)包含多個(gè) JSContext 的分組，它們可以共享內(nèi)存池和垃圾回收器，從而提高 JavaScript 執(zhí)行效率和減少內(nèi)存占用。

JSGlobalContextCreateInGroup

JSGlobalContextCreateInGroup 函數(shù)會(huì)創(chuàng)建一個(gè) JSGlobalContextRef 類型的對(duì)象，表示一個(gè) JavaScript 上下文對(duì)象，該對(duì)象包含一個(gè)虛擬機(jī)對(duì)象、內(nèi)存池、全局對(duì)象等成員變量。該函數(shù)返回值為創(chuàng)建的 JSGlobalContextRef 類型的對(duì)象，表示 JavaScript 上下文對(duì)象。
由于不同的 JSGlobalContextRef 對(duì)象擁有不同的全局對(duì)象，因此它們之間不會(huì)相互影響。在不同的 JSGlobalContextRef 對(duì)象中創(chuàng)建的 JavaScript 對(duì)象、函數(shù)、變量等，都是相互獨(dú)立的，它們之間不會(huì)共享數(shù)據(jù)或狀態(tài)。

JSEvaluateScript

用于執(zhí)行一段 JavaScript 代碼。其內(nèi)部工作機(jī)制主要包括以下幾個(gè)步驟：

將 JavaScript 代碼轉(zhuǎn)換為抽象語(yǔ)法樹（AST）
在執(zhí)行 JavaScript 代碼之前，JavaScriptCore 需要將其轉(zhuǎn)換為抽象語(yǔ)法樹（AST），這樣才能對(duì)其進(jìn)行解析和執(zhí)行。JavaScriptCore 的 AST 解析器可以將 JavaScript 代碼轉(zhuǎn)換為一棵 AST 樹，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表了一條 JavaScript 語(yǔ)句或表達(dá)式。
解析和執(zhí)行 AST 樹
一旦生成了 AST 樹，JavaScriptCore 就可以對(duì)其進(jìn)行解析和執(zhí)行了。在解析過(guò)程中，JavaScriptCore 會(huì)對(duì) AST 樹進(jìn)行遍歷，同時(shí)將其中的變量、函數(shù)等標(biāo)識(shí)符與對(duì)應(yīng)的值進(jìn)行綁定。在執(zhí)行過(guò)程中，JavaScriptCore 會(huì)按照 AST 樹的結(jié)構(gòu)逐步執(zhí)行其中的語(yǔ)句和表達(dá)式，同時(shí)根據(jù)需要調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)和方法。
將執(zhí)行結(jié)果返回給調(diào)用方
一旦 JavaScript 代碼執(zhí)行完畢，JavaScriptCore 就會(huì)將其執(zhí)行結(jié)果返回給調(diào)用方。這個(gè)結(jié)果可以是任何 JavaScript 值，包括數(shù)字、字符串、對(duì)象、函數(shù)等。調(diào)用方可以根據(jù)需要對(duì)這個(gè)結(jié)果進(jìn)行處理和使用。

JSEvaluateScript 是一個(gè)同步函數(shù)，即在執(zhí)行完 JavaScript 代碼之前，它會(huì)一直等待，直到 JavaScript 代碼執(zhí)行完畢并返回結(jié)果。這意味著，在執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的 JavaScript 代碼時(shí)，JSEvaluateScript 函數(shù)可能會(huì)阻塞程序的運(yùn)行。

我們可以通過(guò)線程來(lái)對(duì) JS 代碼的異步化（以下省略一些判空邏輯）

void completionHandler(JSContextRef ctx, JSValueRef value, void *userData) {
    JSValueRef *result = (JSValueRef *)userData;
    *result = value;
}
void evaluateAsync(JSContextRef ctx, const char* script, JSObjectRef thisObject, JSValueRef* exception, JSAsyncEvaluateCallback completionHandler) {
    // 異步執(zhí)行
    std::thread([ctx, script, thisObject, exception, completionHandler]() {
        // 執(zhí)行腳本
        JSStringRef scriptStr = JSStringCreateWithUTF8CString(script);
        JSValueRef result = JSEvaluateScript(ctx, scriptStr, thisObject, nullptr, 0, exception);
        JSStringRelease(scriptStr);
        // 回調(diào) completionHandler
        completionHandler(result, exception);
    }).detach();
}

此外還應(yīng)關(guān)注注冊(cè)到 JS 環(huán)境中的 C 接口回調(diào)，這里因盡快返回，如果有耗時(shí)任務(wù)，則需要將結(jié)果通過(guò)異步去通知 JS 層，否則會(huì)阻塞 JS 線程（也就是調(diào)用該函數(shù)的線程）。

關(guān)鍵代碼示例

下面實(shí)現(xiàn)了一個(gè)向 global 中添加 getData 的 Native 函數(shù)

// 回調(diào)函數(shù)
JSValueRef JSCExecutor::onGetDataCallback(JSContextRef ctx, JSObjectRef function, JSObjectRef thisObject,
                                   size_t argumentCount, const JSValueRef arguments[],
                                   JSValueRef *exception) {
        LOGD(TAG, "onGetDataCallback");
        NativeBridge::JSCExecutor *executor = static_cast<NativeBridge::JSCExecutor *>(JSObjectGetPrivate(
                thisObject));
        ... // 省略參數(shù)、類型等判斷
        executor->xxx(); // C++業(yè)務(wù)側(cè)
        return xxx; // 返回到JS內(nèi)
}
bool JSCExecutor::initJSC() {
        // 初始化 JSC 引擎
        context_group_ = JSContextGroupCreate();
        JSClassDefinition global_class_definition = kJSClassDefinitionEmpty;
        global_class_ = JSClassCreate(&global_class_definition);
        // 在js執(zhí)行上下文環(huán)境(Group)中創(chuàng)建一個(gè)全局的js執(zhí)行上下文
        context_ = JSGlobalContextCreateInGroup(context_group_, global_class_);
        if (!context_) {
            LOGE(TAG, "create js context error!");
            return false;
        }
        // 獲取js執(zhí)行上下文的全局對(duì)象
        global_ = JSContextGetGlobalObject(context_);
        if (!global_) {
            LOGE(TAG, "get js context error!");
            return false;
        }
        // 綁定c++對(duì)象地址
        JSObjectSetPrivate(global_, this);
        // 注冊(cè)函數(shù)
        JSStringRef dynamic_get_data_func_name = JSStringCreateWithUTF8CString("getData");
        JSObjectRef dynamic_get_data_obj = JSObjectMakeFunctionWithCallback(context_,
                                                                            dynamic_get_data_func_name,
                                                                            onGetDataCallback);
        JSObjectSetProperty(context_,
                            obj,
                            dynamic_get_data_func_name,
                            dynamic_get_data_obj,
                            kJSPropertyAttributeDontDelete,
                            NULL);
        return true;
    }

JNI(Java Native Interface)

JNI 全稱為 Java Native Interface，是一種允許 Java 代碼與本地（Native）代碼交互的技術(shù)。JNI 提供了一組 API，可以使 Java 程序訪問(wèn)和調(diào)用本地方法和資源，也可以使本地代碼訪問(wèn)和調(diào)用 Java 對(duì)象和方法。
此方案需要使用 JNI 進(jìn)行雙向調(diào)用。

C 調(diào)用 Java

步驟：

獲取 JNIEnv 指針：JNIEnv 是一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針，代表了 Java 虛擬機(jī)調(diào)用本地方法時(shí)的環(huán)境信息。JNIEnv 指針可以通過(guò) Java 虛擬機(jī)實(shí)例、調(diào)用線程等參數(shù)獲取。
獲取 Java 類、方法、字段等的 ID：通過(guò) JNIEnv 指針，可以使用函數(shù) FindClass()、GetMethodID()、GetStaticMethodID()、GetFieldID()等函數(shù)獲取 Java 類、方法、字段等的 ID。比如在 C 中去創(chuàng)建 Java 對(duì)象，并操作相關(guān) Java 對(duì)象
調(diào)用 Java 方法或訪問(wèn) Java 字段：通過(guò) JNIEnv 指針和 Java 對(duì)象的 ID，可以使用 CallObjectMethod()、CallStaticObjectMethod()、GetDoubleField()、SetObjectField()等函數(shù)調(diào)用 Java 方法或訪問(wèn) Java 字段。

JavaC

步驟：

設(shè)計(jì)規(guī)劃功能、接口
Java 聲明 Native 方法
按照 JNI 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)方法，并通過(guò) System.loadLibrary()加載

public class TestJNI {
   static {
      System.loadLibrary("xxx.so"); // 加載動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)
   }
   // 聲明本地方法
   private native void PrintHelloWorld();
   // 靜態(tài)方法
   public static native String GetVersion();
}
// C實(shí)現(xiàn)函數(shù)
JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) { ... } // so初始化回調(diào)函數(shù)
JNIEXPORT void JNICALL JNI_OnUnload(JavaVM *jvm, void *reserved) { ... } // so卸載回調(diào)函數(shù)
// 實(shí)現(xiàn)
包名_PrintHelloWorld(JNIEnv *env, jobject thiz) { ... }
包名_GetVersion(JNIEnv *env, jclass clazz) { ... }

關(guān)注點(diǎn)

JNI 的編寫會(huì)遇到有很多坑，比如 Java 封裝對(duì)象和 C++對(duì)象的生命周期關(guān)系、異步調(diào)用邏輯、編譯器報(bào)錯(cuò)不完善、類型不匹配、JVM 環(huán)境不一致、運(yùn)行線程不一致等等，下面是一些常用的規(guī)則

內(nèi)存

在 C/C++代碼中，使用對(duì)象或智能指針去管理內(nèi)存，若使用 malloc、calloc 等函數(shù)分配內(nèi)存，然后使用 free 函數(shù)釋放內(nèi)存。
在 JNI 中，通過(guò) jobject 等 JNI 對(duì)象的創(chuàng)建和銷毀方法，手動(dòng)管理 Java 內(nèi)存。例如，在 JNI 中創(chuàng)建 Java 對(duì)象時(shí)，需要調(diào)用 NewObject 等 JNI 方法創(chuàng)建 Java 對(duì)象，然后在使用完后，需要調(diào)用 DeleteLocalRef 等 JNI 方法釋放 Java 對(duì)象。

性能

避免頻繁創(chuàng)建和銷毀 JNI 引用：創(chuàng)建和銷毀 JNI 引用（如 jobject、jclass、jstring 等）的開銷比較大，應(yīng)該盡量避免頻繁創(chuàng)建和銷毀 JNI 引用。
使用本地?cái)?shù)據(jù)類型：JNI 支持本地?cái)?shù)據(jù)類型（如 jint、jfloat、jboolean 等），這些數(shù)據(jù)類型與 Java 數(shù)據(jù)類型相對(duì)應(yīng)，可以直接傳遞給 Java 代碼，避免了數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的開銷。
使用緩存：如果有一些數(shù)據(jù)在 JNI 函數(shù)中需要重復(fù)使用，可以考慮使用緩存，避免重復(fù)計(jì)算，比如 GetObjectClass、GetMethodID，這些可以保存起來(lái)重復(fù)使用。
避免頻繁切換線程：JNI 函數(shù)會(huì)涉及到 Java 線程和本地線程之間的切換，這個(gè)過(guò)程比較耗時(shí)。因此，應(yīng)該盡量避免頻繁切換線程。

避免 Native 側(cè)代碼對(duì)整體性能造成得侵入，如 NDK 下 std::vector 分配大數(shù)據(jù)造成得性能低下，如 RN0.63 版本以前存在這個(gè)問(wèn)題：Make JSStringToSTLString 23x faster (733532e5e9 by @radex)這需要對(duì)不同得編譯環(huán)境差異性有所了解。

使用 NDK 編譯匯編代碼

/YourPath/Android/sdk/ndk/23.1.7779620/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64/bin/clang++ --target=armv7-none-linux-androideabi21 --gcc-toolchain=/YourPath/Android/sdk/ndk/23.1.7779620/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64 --sysroot=/YourPath/Android/sdk/ndk/23.1.7779620/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64/sysroot -S native-lib.cpp

線程安全

當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用 Java 方法時(shí)，JNI 系統(tǒng)將自動(dòng)為該線程創(chuàng)建一個(gè) JNIEnv。因此，在訪問(wèn) Java 對(duì)象之前，需要手動(dòng)將當(dāng)前線程與 JVM 綁定，以便獲取 JNIEnv 指針，這個(gè)過(guò)程就叫做 "Attach"。可以使用 AttachCurrentThread 方法將當(dāng)前線程附加到 JVM 上，然后就可以使用 JNIEnv 指針來(lái)訪問(wèn) Java 對(duì)象了。
在 JNI 中，一般建議每個(gè)線程在使用完 JNIEnv 之后，立即 Detach，以釋放資源，避免內(nèi)存泄漏
Native 層線程安全需要針對(duì)自己得業(yè)務(wù)去區(qū)分是否需要加鎖