加载速度提升 15%，携程对 RN 新一代 JS 引擎 Hermes 的调研

2023-12-15 22:08:09

引言

Facebook在Chainreact2019大会上正式推出了新一代JavaScript执行引擎Hermes。Hermes是个轻量级的js引擎，专门对Android上运行reactNative进行了优化。我们第一时间在 CRN 项目中集成了Hermes, 并做了深度调研。

一、Hermes介绍

自ReactNative推出以来，有大量的APP接入并使用，其中也包括大型应用的主流程业务。随着业务复杂度不断上升，性能问题变得无法忽视。

在分析性能数据时，Facebook团队发现 JavaScript 引擎是影响启动性能和应用包体积的重要因素。由于JavaScriptCore最初是为桌面浏览器端设计，相较于桌面端，移动端能力有太多的限制，为了能从底层对移动端进行性能优化，Facebook团队选择自建JavaScrip引擎，设计了Hermes，限于iOS AppStore审核限制，目前仅用于Android平台。

Chain React大会上官方给出了Hermes引擎一组数据：

从页面启动到用户可操作的时间长短（Time To Interact：TTI），从4.3s减少到2.01s
App的下载大小，从41MB减少到22MB
内存占用，从185MB减少到136MB

CRN先前做过框架代码拆分和预加载、业务代码懒加载、业务代码预加载等性能优化方案，正困惑于如何更近一步进行性能优化。当看到Hermes这三个关键指标都有了显著的提高，非常激动，觉得Hermes是非常好的一个方向，接下来我们就来了解Hermes的使用和实测性能数据。

二、快速上手Hermes

Faceback团队已经将Hermes工具上传到了npm : hermesvm 。hemres工具可以直接运行js代码、转换字节码并且提供非常多的参数进行调优控制。

这里介绍一下hermesvm执行JS代码和转换bytecode功能。

// 创建hermes_test文件，内容：print("This is Hermes Demo");
vim hermes_test.js

// 直接执行纯文本js
~/node_modules/hermesvm/osx-bin/hermes hermes_test.js
This is Hermes Demo

// 转换成bytecode
~/node_modules/hermesvm/osx-bin/hermes --emit-binary hermes_test.js -out hermes_test.hbc

// 执行字节码
~/node_modules/hermesvm/osx-bin/hermes hermes_test.hbc
This is Hermes Demo

三、Hermes是如何优化的？

主流JavaScript引擎，例如JSC、V8、SpiderMonkey等几乎都是为了桌面端浏览器服务的，Hermes针对移动终端设备的特点做了一些优化，其中最重要的我们认为是以下两点：

3.1 字节码预编译

现代主流的JavaScript引擎在执行一段js代码的大概流程是：

先读取源码文件
解析源代码并转换成字节码（bytecode）
最后执行

在运行时解析源码转换字节码是一种时间浪费，所以Hermes选择预编译的方式在编译期间生成字节码。这样做一方面避免了不必要的转换时间，另一方面多出的时间可以用来优化字节码，从而提高执行效率。

3.2 放弃JIT

为了加快执行效率，现在主流的JavaScript引擎都会使用一个JIT编译器在运行时通过转换成机器码的方式优化JS代码。Faceback团队认为JIT编译器有主要俩个问题：

要在启动时候预热，对启动时间有影响；
会增加引擎size大小和运行时内存消耗；

基于这俩点对性能指标的影响，Faceback团队决定不实现JIT编译器。

这里所谓放弃JIT，有两点需要再解释一下：

纯文本JS代码执行效率降低。放弃JIT，是指放弃运行时Hermes引擎对纯文本JS代码的编译优化。我们的验证数据也表面，纯文本的JS代码执行，Hermes引擎明显比JavaScriptCore慢。
对RN代码的动态性无影响。由于Hermes仍然可以执行纯文本的JS代码，并且可以支持动态读取bytecode，因此对RN的动态性并无影响。

四、如何集成Hermes？

4.1 从新创建工程集成

1. 升级最新react-native-cli
npm install -g react-native-cli

2.初始化最新react-native工程，最新版为0.60.3
react-native init HermesDemo

3. 开启hermes, 编辑HermesDemo工程 android/app/build.gradl文件
 project.ext.react = [
      entryFile: "index.js",
-     enableHermes: false  // clean and rebuild if changing
+     enableHermes: true  // clean and rebuild if changing
  ]

4. 使用Relase包体验Hermes带来的速度提升
react-native run-android --variant release

4.2 从源码集成

git clone https://github.com/facebook/react-native.git // 需要切换到Hermes release节点，比如：eec4dc6
cd react-native
npm install
./gradlew :RNTester:android:app:installHermesRelease // 使用生产环境hermes

4.3 Hermes集成过程分析

分析react-native react.gradle源码可以看到，如果打开了Hermes开关，会在原先打包RN代码的bundleXXXJsAndAsset task后面追加执行一段Hermes转换命令: hermes --emit-binary -out xxx。

...
// 1. 执行标准RN打包
commandLine(*nodeExecutableAndArgs, cliPath, bundleCommand, "--platform", "android", "--dev", "${devEnabled}",
                    "--reset-cache", "--entry-file", entryFile, "--bundle-output", jsBundleFile, "--assets-dest", resourcesDir,
                    "--sourcemap-output", jsPackagerSourceMapFile, *extraArgs)
...
...
// 2. 将打包好的jsbundle文件转换成字节码
if (enableHermes) {
    commandLine(getHermesCommand(), "-emit-binary", "-out", jsBundleFile, jsBundleFile, *hermesFlags)
}
...

4.4 执行过程分析

为了进一步抽象JavaScript执行层，RN底层创建了JSExecutor和Runtime接口，并把大部分业务逻辑放到了实现了JSExecutor的JSIExcutor.cpp中。对于JavaScript执行引擎来说只需要实现Runtime接口即可对接RN框架。

JavaScriptCore的Runtime实现类是JSCRuntime。相应的，此次Hermes升级，底层创建了HermesRuntime。

// JSCRuntime.cpp jsc Runtime
class JSCRuntime : public jsi::Runtime

// hermes.h hermes Runtime
class HermesRuntime : public jsi::Runtime...

每一种JSExecutor都提供了创建类XXXExecutorFactory来创建相应实例，并且提供了相应的Java对象。

RN框架在初始化ReactInstanceManager的时候需要传入JavaScriptExecutorFactory。如果要切换JavaScript执行引擎只需要在ReactInstanceManager创建的时候做控制即可。

官方的控制流程是，优先加载jscexecutorso,如果成功则使用JSCRuntime，否则使用HermesRuntime。

private JavaScriptExecutorFactory getDefaultJSExecutorFactory(String appName, String deviceName) {
    try {
      // If JSC is included, use it as normal
      SoLoader.loadLibrary("jscexecutor");
      return new JSCExecutorFactory(appName, deviceName);
    } catch(UnsatisfiedLinkError jscE) {
      // Otherwise use Hermes
      return new HermesExecutorFactory();
    }
  }

由此可见无论是对于RN JS代码的打包还是Native代码逻辑的更改，升级Hermes的成本都非常低。

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五、Hermes，JavaScriptCore，V8 的对比

通过上面的Hermes集成分析可知，Hermes对整个RN原有架构的侵入是极少的，甚至做到了可插拔式接入。我们很快将Hermes集成到携程CRN框架，并和原先的JavaScriptCore引擎以及社区提供的V8引擎做了比较。

经过我们的数据验证，Faceback团队提出的关键性指标相较于原先的JSC都有了显著提高。

首屏渲染速度：bytecode代码执行情况下，Hermes比JavaScriptCore要快。在携程App中，拿门票业务做了验证，在做了预加载的情况下，首屏加载速度依然可以提升约15%。而V8的表现就非常糟糕了。
Native so size：RN所依赖的必要so库，Hermes比JavaScriptCore减少了约16%（单armeabi架构压缩后降低了0.5M左右），V8则要远大于Hermes和JavaScriptCore。

内存：拿 RNTester 工程测试进入RN页面滑动进入若干页面并退出之后，内存的波动情况比较可以看到，V8和Hermes内存增长要更加平滑。

CPU：拿 RNTester 工程测试进入RN页面滑动进入若干页面并退出之后，对比CPU波动情况。Hermes明显好于V8和JavaScriptCore。

六、Hermes引擎的动态性

另外通过我们的测试，Hermes在执行字节码和文本JS上有一些很有意思的特性，这些特性让升级成本变得非常低：

Hermes支持执行纯文本的js
支持动态加载纯文本js或者bytecode
支持bytecode和纯文本js混合使用：比如a.hbc是bytecode，模块中引用了b.js，b模块是纯文本js。在加载的时候可以先加载a.hbc文件，然后加载b.js文件。可正常执行。

七、Hermes目前的问题

Hermes诸多优点让我们团队非常兴奋，几乎觉得应该立马把JavaScriptCore下掉，更换至Hermes。但随着测试和集成的进行，Hermes带来的问题逐渐显现。

7.1 bytecode文件占用size过大问题

Hermes编译的字节码文件比纯文本js文件增大100%。

携程旅行App的安装包中有20MB（7z压缩后）左右的RN业务代码，如果都编译成bytecode，将会再增加20MB大小，这是无法接受的。另外，动态下发RN增量包时，由于是二进制文件diff，差分效率极低。

为了解决这个问题，我们根据Hermes的特性，转变思路，将Hermes的bytecode编译放到客户端去做，客户端同时存储js和bytecode文件，如果有bytecode编译完成则使用Hermes，否则仍然使用JavaScriptCore。

Hermes开源项目提供了编译bytecode的complieJS方法，但这部分代码没有默认打包到RN的Hermes引擎中，我们稍加整合、封装，通过JNI暴露出来，供业务使用。

拿最大的RN业务包（1100个文件，6.5MB大小)，做测试，后台线程执行，小米9 Android10耗时2.49秒；三星S6edge+ android 7.0 耗时6秒。由于bytecode不是必须，因此该耗时尚可接受。

7.2 执行纯文本js耗时长

在客户端将纯文本js转换成bytecode之前，我们让Hermes加载纯文本。但实际测试下来，发现Hermes加载纯文本的性能比JavaScriptCore要慢将近30%。主要原因是Hermes删除JIT功能，致使对纯文本js代码运行变慢。

7.3缓存问题

我们对原生RN框架做了大量的优化，缓存使用过的JS执行引擎是优化过程非常重要的一环。

拿门票页面举例来说，如果用户启动App，第一次进入门票业务将会使用一个全新的JavaScript引擎并从磁盘读取文件、加载文件、执行JS代码。用户退出门票页面之后该引擎被缓存，如果用户再一次进入将会使用缓存的引擎，不用重新读取、加载和执行，仅仅需要创建相关JS对象并渲染即可。

遗憾的是，测试Hermes的缓存的时候，我们发现使用缓存的Hermes引擎加载业务代码表现非常一般，甚至某些情况下比第一次加载还要慢。而使用缓存的JavaScriptCore引擎，第二次打开页面的速度与打开纯native页面的速度几乎相当，并且表现相当稳定。

为什么使用缓存的Hermes引擎打开页面速度不理想，可能和Hermes的设计有关，我们还在进一步分析中。

八、总结与展望

从目前情况来看，在解决缓存问题之前，我们无法在线上版本直接引入Hermes。
解决缓存问题之后，可以采用JavaScriptCore+Hermes双引擎。通过客户端转换bytecode字节码。使用jsc加载优化之前的纯文本js，一旦优化完毕切换至Hermes引擎。
另外如果使用Hermes引擎我们需要充分测试稳定性和兼容性。
Hermes通过预编译字节码的方式提升js执行速度，给了我们新的思路。我们也正在调研JavaScriptCore或者V8的bytecode在移动端的支持度，性能和兼容性。

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