[译] D8 优化: Assertions

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原文出自 jakewharton 关于 D8 和 R8 系列文章第 16 篇。

assert 关键字是用于测试不合法的 Java 语法。也就是说：你所期望的总是真实的。

它的语法有两种格式：

assert <bool-expression>;
assert <bool-expression> : <expression>;

只有在 JVM 上设置了 -ea（enable assertions）标志时，才会在运行时计算第一个表达式。第二个表达式（如果存在）用作断言错误构造函数的参数，该构造函数在第一个表达式返回 false 时抛出。

作为一名 Android 开发者可能对 assert 不是很熟悉，这是因为每个 Androd 进程都是来自 zygote 进程，而该进程已经禁用 assert。所以即使你在代码中使用 assert，它也是毫无效果的。

那为什么要费心谈论它呢？事实证明，它们将第一次在Android上变得有用！

1. 今天的行为

assert 语句保护必须始终为真的内容，以便程序正确执行。让我们写一个。

class IdGenerator {
  private int id = 0;

  int next() {
    assert Thread.currentThread() == Looper.getMainLooper().getThread();
    return id++;
  }
}

这个类创建唯一的 id，并通过只允许来自主线程的调用来保证它们的唯一性。如果这个类是从多个线程并发调用的，您可能会看到重复的 id 值。当然，它有点做作，还有像 @MainThread 这样的东西是由 Lint 检查的，但是我们关注的是 assert，所以继续吧。

在 Null Data Flow Analysis 这篇文章中，我们介绍了 R8 通过 SSA 来优化代码分支，从 Java 字节码解析 next() 方法时的 SSA 大致如下所示：

assert-1.png D8 知道 Android 不支持 Java 断言。它将删除检查并用 false 替换它，从而允许消除死代码。这将传播到只有在返回 true 时才能获取的节点。

assert-2.png 结果，布尔表达式和可选消息表达式从字节码中完全消除。只保留字段 read、field、increment 和 return。

assert-3.png 我们可以通过编译 Java 源代码来确认这一点：

$ javac -bootclasspath $ANDROID_HOME/platforms/android-29/android.jar IdGenerator.java
$ java -jar $R8_HOME/build/libs/d8.jar \
      --lib $ANDROID_HOME/platforms/android-29/android.jar \
      --output . \
      IdGenerator.class
$ dexdump -d classes.dex
 ⋮
[00011c] IdGenerator.next:()I
0000: iget v0, v2, LIdGenerator;.id:I
0002: add-int/lit8 v1, v0, #int 1
0004: iput v1, v2, LIdGenerator;.id:I
0006: return v0
 ⋮

消除运行时检查并且返回 false 很容易做到，但是 SSA 的方式意味着我们消除 assert 语句的两个表达式的字节码，包括它们所依赖的任何中间值。

2. 明天的行为

AGP 4.1 中的 D8 版本稍微改变了 Java assert 的处理。通过在编译时的检查来替换原来的在运行时检查。

实际上，这意味着任何调试变量都会开启编译时的断言 check 功能。

assert-4.png 这去除了启用的检查，但保留不变的检查。

assert-5.png 通过给 D8 指定 --force-enable-assertions （该指令在被 AGP 在 Debug 时自动添加）来编译 IdGenerator 类。

 $ java -jar $R8_HOME/r8/build/libs/d8.jar \
       --lib $ANDROID_HOME/platforms/android-29/android.jar \
+      --force-enable-assertions \
       --output . \
       IdGenerator.class
 $ dexdump -d classes.dex
  ⋮
 [000190] IdGenerator.next:()I
+0000: invoke-static {}, Ljava/lang/Thread;.currentThread:()Ljava/lang/Thread;
+0003: move-result-object v0
+0004: invoke-static {}, Landroid/os/Looper;.getMainLooper:()Landroid/os/Looper;
+0007: move-result-object v1
+0008: invoke-virtual {v1}, Landroid/os/Looper;.getThread:()Ljava/lang/Thread;
+000b: move-result-object v1
+000c: if-ne v0, v1, 0015
 000e: iget v0, v2, LIdGenerator;.id:I
 0010: add-int/lit8 v1, v0, #int 1
 0012: iput v1, v2, LIdGenerator;.id:I
 0014: return v0
+0015: new-instance v0, Ljava/lang/AssertionError;
+0017: invoke-direct {v0, v1}, Ljava/lang/AssertionError;.<init>:()V
+001a: throw v0

我们的调试构建仍然在运行时测试不变量，但是发布构建完全消除了检查。这种行为现在类似于 JVM，在 JVM 中，单元测试启用 -ea 标志，而生产则不启用。

（如果您想知道为什么抛出异常的代码被移到方法的底部，请通过这篇 Optimizing Bytecode by Manipulating Source Code 文章了解。）

这些特性在最新的 AGP 4.1 alphas 版本上实现，不变量的本质是，除非你已经做了非常错误的事情，否则它们永远不会失败。通过在调试版本中检查它们，我们有信心在 Android 运行时获得库和应用程序代码的正确性。

Kotlin 的 assert() 函数与 Java 的 assert 关键字相比，在行为上存在细微的差异。更多的信息可以参照 Jesse Wilson 的 Kotlin’s Assert Is Not Like Java’s Assert 这篇文章。D8 目前无法识别 Kotlin 的 assert() 来做优化，但由于这个原因，关于 D8 的这个 original D8 feature request 仍然没有关闭。

与最近文章中介绍的一些 R8 优化不同，这种优化只局限于单个方法的主体，这就是为什么 D8 也可以执行它的原因。查看 D8 优化的文章 D8 Optimizations，了解更多适用于 D8 和 R8 的优化。

敬请期待更多的 D8 和 R8 优化帖子即将发布！

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