如何不改一行代码，让Hippy启动速度提升50%？

原创

腾讯TMF团队

发布于 2022-12-15 16:07:55

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发布于 2022-12-15 16:07:55

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本文转载自内部同事分享pennyli(李鹏)

发表时间 2022年12月14日

背景

目前QQ浏览器（下简称QB）使用Hippy的业务超过100个，基本上95%的核心业务都是使用Hippy作为首要技术栈来开发。但是跟Native相比较而言，Hippy是使用JS引擎进行异步渲染，在用户从点击到打开首屏可交互过程中会有一定的耗时，影响用户体验。如何优化这段耗时，尽量对齐Native体验，想必是每个团队需要思考优化的事情。

通过分析Hippy执行流程，找到耗时瓶颈，对比业界JS引擎方案，选择Hermes引擎，将JS离线生成Bytecode，利用引擎直接加载Bytecode的能力，在业务无需修改一行代码的前提下，让Hippy的包加载速度提高80%，首帧耗时优化50%起。

Hippy业务耗时分析

Hippy整个启动流程，依赖JS线程的执行，我们其实可以将整个过程抽象看成一个串行的操作，以QB冷启动首页Feed流，结合线上数据性能监控可以看到如下阶段耗时：

注：TTI = Time To Interact，意思是从业务创建到业务可交互所花费的时间，因为衡量业务可交互比较复杂，各个业务对可交互的定义不一样，所以这里以首帧上屏为准来衡量；

通过打点分析得到，用户从打开业务创建RootView开始，到最终首帧上屏总共耗时1488毫秒，其中主要在Module初始化、创建HippyCore（bootstrap.js以及common包执行耗时）、业务包执行耗时上；其中加载执行业务包耗时1303毫秒，占整体TTI的87%。

如果我们能够优化加载执行业务包的耗时，那么我们就可以极大的降低TTI。在iOS上Hippy使用的是系统提供的JavascriptCore引擎来运行JS代码，所以我们要分析一下JSC的执行过程。

JavascriptCore执行流程分析

具体流程：

1. 词法分析，输出tokens；

2. 语法分析，生产AST（抽象语法树）；

3. 从AST生成字节码；

4. 通过Low Level解释器执行字节码；

5. 使用JIT加速解释执行机器码；（带JIT的版本）

注：JSC分带JIT与不带JIT的版本，带JIT的版本目前只有苹果自家的Safari能够使用，因为安全原因，公开的JavascriptCore实际是不带JIT的版本。下面讨论的也是指不带JIT的JSC版本。

整个流程，在JS代码被解释执行前，绝大部分时间消耗是在字节码生成上，如果能将Bytecode生成前置，缓存起来，每次执行JS的时候，直接取缓存的Bytecode，那将会极大降低耗时，但是很可惜的是，JavascriptCore是属于系统库，并没有提供这个能力，另外我们也没有办法对其进行修改。我们可以考虑选择其他支持Bytecode的引擎替换掉JSC。

可选引擎对比

除了JSC，常见的开源引擎包括V8、QuickJS、Hermes。

JS引擎	是否支持Bytecode	SDK大小	是否开源	作者
JavascriptCore	😭	0	😭	Apple
V8	😭（仅仅是支持CodeCache，不支持直出Bytecode）	8-10M	😊	Google
QuickJS	😊	1M	😊	Bellard
Hermes	😊	3M	😊	Facebook

注：直出是指支持编译输出Bytecode文件，并且直接运行Bytecode。

Hermes和QuickJS支持直出Bytecode，并且在包大小上对比V8和JSC占优。

性能指标对比

以下各项对比取至Linux上各引擎测试数据

包加载耗时速度对比（越低越好）

使用引擎执行业务JS代码，其中JSC和V8均是直接执行JS代码，QuickJS和Hermes是执行Bytecode。

QuickJS一骑绝尘，Hermes紧跟其后，JSC次之，V8最差；

执行效率对比（越高越好）

使用引擎跑一些开源的算法或者知名JS功能库。

V8和JSC性能最好，Hermes次之，QuickJS最差；

内存增量（越低越好）

表现最好的是JSC，其次是Hermes和V8；带JIT的JSC和V8，内存消耗最高；

编译文件大小

衡量编译文件压缩比是为了衡量包下发更新效率，以QB首页Feed流（3.8M左右）举例，JSC和V8均输入原始js文件，QuickJS和Hermes输入JS编译后的Bytecode文件。

JSC和V8压缩比较高，Hermes和QuickJS压缩比不高，在下发效率上，差于JSC和V8；

结论

从执行耗时、执行性能、内存增量、编译文件大小以及整体framework大小5个纬度来分析看：

1. 带JIT的JSC和V8性能最好，但是加载时间是最长的，内存消耗也是最多的，包也较大；

2. 支持提前预编译的Hermes和QuickJS，加载速度以及内存表现是最好的；

对于提高TTI，加载速度指标最为重要。虽然性能低于JSC和V8，但是对于JS耗时高的操作，可以充分利用modules放在Native去操作；所以基于以上，会优先考虑Hermes和QuickJS；

Hermes在性能、内存以及编译包大小上是优于QuickJS的，另外Hermes有Facebook的React Native社区生态支持，相较于QuickJs更新演进更快，所以更倾向使用Hermes来替换JSC。

Hermes引擎调研

编译

Hermes虽然是深度集成在React Native里的，但是facebook也将单独的引擎独立出来了，官网地址仓库地址编译指南。

按照编译指南编译之后，实际编译的产物只是用于在PC/Mac/Linux运行的Hermes二进制文件。通过这些二进制文件，我们可以

在Terminal里执行JS，以及将JS编译成Bytecode。

# 执行原始JS 
hermes test.js
# 编译并输出以及执行Bytecode 
hermes -emit-binary -out test.hbc test.js hermes test.hbc

在移动端上，Hermes也是使用CMake进行编译，并且提供了脚本可以方便输出Android和iOS动态库。具体可以在官网上查看编译指南。

运行

Hermes包含几个非常重要的结构对象，下面主要讲其中的几个。

Runtime

Hermes使用非常简单，提供了一个Runtime的抽象类，所有的js对象都执行在Runtime对象上，类似JSC的JSContext；派生了HermesRuntime子类来实现所有JS操作。通过静态方法创建一个HermesRuntime对象；

HERMES_EXPORT std::unique_ptr<HermesRuntime> makeHermesRuntime(
    const ::hermes::vm::RuntimeConfig &runtimeConfig =
        ::hermes::vm::RuntimeConfig());

同时也提供了一些执行JS的方法

  // 执行JS（JS or Bytecode）
  virtual Value evaluateJavaScript(
      const std::shared_ptr<const Buffer>& buffer,
      const std::string& sourceURL) = 0;
  
  // 预编译JS
  virtual std::shared_ptr<const PreparedJavaScript> prepareJavaScript(
      const std::shared_ptr<const Buffer>& buffer,
      std::string sourceURL) = 0;
  
  // 执行预编译的JS
  virtual Value evaluatePreparedJavaScript(
      const std::shared_ptr<const PreparedJavaScript>& js) = 0;

Value

JSC在处理基础数据的时候，所有的类型都是JSValue类型；处理Object是JSObjectRef对象，在Hermes上也有对应的实现；

提供方法判断是什么类型，以及快捷获取类型值，比如：

Bool isStr = value.isString()
facebook::jsi::String str = value.asString()

Object

Object对应就是JS的对象，基于Object派生Function以及Array和JSArrayBuffer，同样Object也提供很多方法获取和设置属性；

Runtime提供一个默认的全局对象global, 所有的JS逻辑均运行在默认的global之上。Object也提供很对方法获取属性，比如：

// 判断是否有该属性 bool hasProperty(Runtime& runtime, const char* name) const; // 获取属性值 Value getProperty(Runtime& runtime, const char* name) const; // 获取属性值并转化成object Object getPropertyAsObject(Runtime& runtime, const char* name) const;

Function

对应JS的Function，提供静态方法创建Function：

static Function createFromHostFunction(
      Runtime& runtime,
      const jsi::PropNameID& name,
      unsigned int paramCount,
      jsi::HostFunctionType func);

提供实例方法调用：

auto func = Function::createFromHostFunction(...)
func.call(...)

同样还有Array，ArrayBuffer，HostObject等等。

通过Runtime，我们可以获取JS Object、Function，同时我们也可以创建JS Object、Function，注入给JS，这样就可以实现双向通信。

Hippy2.0架构分析

架构

包含三层：

1. 和平台相关的能力扩展比如Module能力和UI组件，以及调用底层HippyCore的接口封装的Bridge和JS Executor层，该层在iOS和Android上分别使用OC和JAVA实现；

2. HippyCore层，通过napi对不同JS引擎的接口进行接口封装，抹平不同引擎的接口差异，让上层调用通过调用简单的接口实现复杂的能力，该层使用C++实现，跨平台。

3. 前端JS SDK层，主要是定义了双向通信的方法函数跟上层进行通信以及功能处理。

另外还包括一些能力，基本是在hippycore层实现。比如C++ Modules， TurboModules等。

我们需要切换引擎，上下两层其实都不需要特别（大量）修改，核心就是在hippycore层，需要使用hermes将napi定义的接口全部实现一遍，以及同时实现现在已经有的Abilites。

napi

主要有几种概念

Engine：负责创建VM以及Scope；
VM：负责创建管理Ctx，一个VM可以创建一个或者多个Ctx;
Ctx：负责创建引擎实例，并封装操作引擎的接口供外部调用;
CtxValue：负责封装不同引擎的JS Value;
Scope：使用Ctx，执行Hippy基础初始化流程；

Scope

主要负责Hippy基础初始化流程，核心步骤如下：

注入Natives方法

通过给JS注入Native Function方法的方式，让JS可以直接调用终端方法；主要是常见的JS侧CallNative方法均通过此进行分发。

执行JS Native Source Code

Hippy将一部分基础JS SDK代码，通过脚本将JS代码转换成二进制集成在hippycore的C++代码里，在通过Ctx执行这些JS代码。好处是：

1. 解决C++ Module跟JS侧代码一致性问题（均使用C++形式加载调用）。

2. 对于常用的基础JS的SDK代码，不用打包到基础包里，可以减少Common包大小，另外职责也分离。

其中包括C++ Module跟JS对象绑定，以及TurboModule和DynamicImport均在此步骤进行定义实现；

Abilities

C++ Module

不同于Native Module字符串消息映射和TurboModule HostObject的实现，C++ Module是将HippyCore里标记为导出的C++Module和其函数对应在前端生成一个名字一样的JS对象和方法。Hippy里常见的TimeModule，ContextifyModule均是如此实现。

TurboModule

前有NativeModule，后有C++Module，为什么还有TurboModle？

NativeModule好处是对于一些能力要分端去实现的，两端实现起来比较方便，但是其是通过字符串映射到终端方法的方式进行调用以及存在JS线程到NativeModule线程切换效率问题；

C++Module的好处就是在JS线程直接调用绑定JS对象和方法执行，效率高，但是暴露的Module是用C++实现，如果分发调用到Native侧，一个是要区分平台，第二个是分发到上层Java或者OC需要对应的类型转换。

为了解决上述问题，TuroboModule应运而生，兼具JS线程直接调用，并且不同平台可以分别实现自己的Turbo能力，关键是直接使用的引擎提供的HostObject方式实现，相较于C++Module 效率都更高。

Dynamic Import

动态导入能力，容许在JS侧动态加载远程或者本地JS代码，主要使用场景是对于分包加载，减少主包大小，提高业务加载包速度；最终实现也是通过C++Module ContextifyModule的LoadUntrustedContent方法来执行远端或者本地JS代码并返回给JS侧。

HippyCore异常处理

分两种异常

JS引擎接口异常，不同引擎异常不同（JSI Exception）；
Native异常，主要是Native侧的代码调用以及JS方法注入实现异常。

JS引擎接口报的异常

JSC引擎和V8处理逻辑不太一样，JSC的JSI接口会将Exception通过参数传递出来，V8是通过在调用上下文初始化TryCatch对象，对异常进行捕获；

所以对于JSC的JS异常，只需要处理接口的Exception就行；V8处理TryCatch对象捕获的异常就可以；

JSValueRef js_error = nullptr;
  JSValueRef value_ref =
      JSObjectGetProperty(context_, global_obj, name_ref, &js_error);
  bool is_str = JSValueIsString(context_, value_ref);
  JSStringRelease(name_ref);

Native异常

一般就是平台相关的异常，比如OC就是NSException，在双向通信以及各种JS接口注入实现处加Try-Catch进行捕获。

总结

通过以上架构分析，Hippy整个实现流程都已经变得非常清晰，我们可以使用Hermes的能力将上述能力均实现一下。

Hermes接入

本来是可以很详细介绍的，但是受限于篇幅不宜过长，后面在开一篇来讲。

Hermes接入对比

性能

以QB首页Feeds为例，先来看看视频效果对比：

低端机 iPhone 6S

Feeds_HERMES_JSC_IPHONE6PLUS.mov

中端机iPhone 12 Mini

Feeds_HERMES_JSC_IPHONE12MINI.mov

基于已经上线的业务性能统计数据（数据取至12月12日），对比如下：

可以看到包加载执行耗时已经被彻底打下来了（70-80%幅度），进而极大降低了首帧耗时。

另外通过线上业务大盘整体耗时曲线图可以更直观看到效果（大部分业务没有全量，所以还会有持续下降的趋势）：

内存

在滑动相同的的List Item的情况下，Hippy Hermes和JSC的内存增量差别不大。根据官方文档介绍Hermes应该是略优于JSC的，所以这里不排除Hippy或者前端SDK还有优化空间。

Crash

Hippy的JSC相关的Crash率较高，因为是系统库，比较难修改。 Hermes也有一定的crash，但是从目前的对比来看，数量级较JSC少很多。以12月12日，iOS 13.4.0.5401版本的数据对比来看，Hermes的Crash率为JSC的50%，也就是说如果切换到Hermes上的话，相关引擎的Crash会下降一半。