方舟运行时子系统

简介

方舟编译器(ArkCompiler)是OpenHarmony内置的组件化、可配置的多语言编译和运行平台，包含编译器、工具链、运行时等核心部件，支持高级编程语言在多种芯片平台上编译与运行，并支撑OpenHarmony标准操作系统及其应用和服务运行在手机、个人电脑、平板、电视、汽车和智能穿戴等多种设备上的需求。开源的ArkCompiler JS Runtime提供的能力是在OpenHarmony操作系统中编译和运行JavaScript语言(本文后面简称JS)。

ArkCompiler JS Runtime分成两个部分，分别是JS编译工具链与JS运行时。JS工具链将JS源码编译成方舟字节码(ArkCompiler Bytecode)，JS运行时负责执行生成的方舟字节码(后续如无特殊说明，字节码特指方舟字节码)。

图1 JS编译工具链架构：

ArkCompiler JS Runtime的源码编译器接收JS源码的输入，再由ts2abc（将JavaScript文件转换为字节码的工具）生成abc文件。

图2 JS运行时(Ark-JS-Runtime)架构：

ArkCompiler JS Runtime以方舟字节码文件作为输入并直接运行字节码文件，实现对应的JS语义逻辑。

JS Runtime主要由四个子系统组成：

  • Core Subsystem

    Core Subsystem主要由与语言无关的基础运行库组成，包括承载字节码的ArkCompiler File组件、支持Debugger的Tooling组件、负责对应系统调用的ArkCompiler Base库组件等。

  • JS Execution Subsystem

    执行引擎包含执行字节码的解释器、缓存隐藏类和内联缓存、以及剖析记录运行时类型的Profiler。

  • JS Compiler Subsystem

    编译子系统包含Stub编译器、基于Circuit IR的优化编译框架和代码生成器。

  • JS Runtime subsystem

    运行时子系统包含了各种JS运行相关的模块：

    • 内存管理：对象分配器与垃圾回收器(并发标记和部分内存压缩的CMS-GC和Partial-Compressing-GC)
    • 分析工具：DFX工具、cpu和heap的profiling工具
    • 并发管理：actor并发模型中的abc文件管理器
    • 标准库：Ecmascript规范定义的标准库、高效的container容器库与对象模型
    • 其他：异步工作队列、TypeScript类型加载、跟C++交互的JSNAPI接口等。

ArkCompiler-JS的设计特点：

  • ArkCompiler JS Runtime的主要设计目标，是为OpenHarmony操作系统提供JavaScript/TypeScript应用程序执行引擎，而不是作为浏览器中的JavaScript执行引擎。

  • 为了提升应用的执行性能和安全性，ArkCompiler JS Runtime选择将JaveScript/TypeScript程序预先静态编译为方舟字节码（带上静态类型信息），从而减少运行时的编译和类型信息收集开销。另外出于安全性和性能的考虑，ArkCompiler JS Runtime选择不支持eval和只支持strict模式的代码。

  • 原生支持TypeScript：目前业界通用的执行方式是把TS转化为JS，再通过JS运行时来执行。ArkJS规划在ts2abc编译TS源码时，会推导分析TS的类型信息并传递给ArkCompiler JS运行时。运行时直接利用类型信息静态生成内联缓存（inline caching)从而加速字节码执行。另外，ArkJS规划中的TSAOT (Ahead-of-Time) Compiler，可以利用ts2abc传递的类型信息，直接编译生成高质量的机器码，使得应用可以直接以机器码形式运行，提升运行性能。

  • 轻量级Actor并发模型：ECMAScript没有提供并发规范，业界JS引擎的实现中常用Actor并发模型。此模型下执行体之间不共享任何数据，通过消息机制进行通信。业界当前实现的JS Actor模型（web-worker）有启动速度慢、内存占用高这些缺陷。为了利用设备的多核能力获得更好的性能提升，ArkCompiler JS Runtime需要提供启动快、内存占用少的Actor实现。目前ArkCompiler JS运行时已经实现在Actor内存隔离模型的基础上，共享actor实例中的不可变或者不易变的对象（方法和字节码），后续继续共享内建代码块、常量字符串等等，来提升JS Actor的启动性能和节省内存开销，达到实现轻量级Actor并发模型的目标。

  • TypeScript/C++的跨语言交互：在OpenHarmony操作系统平台API实现中，通常需要面临C/C++代码访问和操作TS对象的场景。对这个业务场景，Ark-JS规划可以根据TS程序中的class声明和运行时约定，静态生成包含TS对象布局描述的C/C++头文件，以及操作这些TS对象的C/C++实现库。在C/C++代码中，通过包含TS对象描述头文件以及链接对应实现库，实现直接操作TS对象的效果。由于TS类型或其内在布局并非总是固定不变的，因此在TS对象操作的代码实现中，会插入类型检查，如果对象类型或布局在运行时发生变化，则回退执行通用的慢速路径。

目录

/ark
├── js_runtime       # JS运行时组件
├── runtime_core     # 运行时公共组件
└── ts2abc           # JS语言的前端工具

使用指南

方舟运行时使用指南

相关仓

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