本文原文出自 jakewharton 关于 D8 和 R8 系列文章第五篇。
上篇文章中第一次介绍到 R8 的优化，本篇文章将介绍 R8 针对 Null Data（空数据）的优化，让我们一起开始吧！
1. R8
fun <T : Any> coalesce(a: T?, b: T?): T? = a ?: b
fun main(vararg args: String) { println(coalesce("one", "two")) println(coalesce(null, "two"))}
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在上面示例中，coalesce 函数根据参数 a 是否为 null 来进行返回，如果 a 不为 null，则返回 a，反之返回 b。上面的输出结果如下：
在编译时，如果一个函数的函数体很简短，R8 和 ProGuard 会在该函数的调用处将函数体内置到调用函数中。因为 coalesce 很简短，所以它的函数体会被内联嵌套在所有调用它的地方。
fun main(vararg args: String) { println("one" ?: "two") println(null ?: "two")}
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实际上，Kotlin 编辑器能够在编译时期确认 ?: 操作符运算结果，我们编译上面的代码，查看编译打包后的字节码来验证。
[000180] NullsKt.main:([Ljava/lang/String;)V0000: sget-object v1, Ljava/lang/System;.out:Ljava/io/PrintStream;0002: const-string v0, "one"0004: invoke-virtual {v1, v0}, Ljava/io/PrintStream;.println:(Ljava/lang/Object;)V0007: sget-object v1, Ljava/lang/System;.out:Ljava/io/PrintStream;0009: const-string v0, "two"000b: invoke-virtual {v1, v0}, Ljava/io/PrintStream;.println:(Ljava/lang/Object;)V000e: return-void
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如我们所料，字节码中并没有进行条件判断，而是直接调用 println 方法输出 one 和 two。但是，由于优化发生在 R8 内部，而不是在 Kotlin 编译器之前，所以实际的 Dalvik 字节码包含条件。
[000144] NullsKt.main:([Ljava/lang/String;)V0000: sget-object v1, Ljava/lang/System;.out:Ljava/io/PrintStream;0002: const-string v0, "one"0004: if-nez v0, 00060006: const-string v0, "two"0008: invoke-virtual {v1, v0}, Ljava/io/PrintStream;.println:(Ljava/lang/Object;)V000b: sget-object v1, Ljava/lang/System;.out:Ljava/io/PrintStream;000d: const/4 v0, #int 0000f: if-nez v0, 00100010: const-string v0, "two"0012: invoke-virtual {v1, v0}, Ljava/io/PrintStream;.println:(Ljava/lang/Object;)V0015: return-void
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在 0002 处加载常量 one，然后 0004 判断是否为空，所以一直是不为空的，这样就导致 0006 处的代成成为 dead code，无法加载 two。同样的道理对于 000d 处加载 0（代表 null），然后在 000f 处进行非空检查，这个会一直失败，因为一直为空，然后直接去执行 0010 处的代码。
在上一篇文章中，我们讲到 R8 在 IR 层面优化代码，IR 使用 SSA 来加强一些优化项。使用 SSA，R8 可以决定程序中的数据的处理流程。对于上面代码第一个 println 的内联数据处理流程可简要描述如下。
SSA 的基本特性是每个变量只赋值一次。这也是字符串 two 赋值给 y 而不赋值给 x 的原因。z 通过 [Φ（欧拉函数）](https://baike.baidu.com/item/%E6%AC%A7%E6%8B%89%E5%87%BD%E6%95%B0) 来选择 x 或 y 的值。结合前面的字节码，可以看到 x、y 和 z 最后都会赋值给寄存器地址 v0，而寄存器地址 v0 会被覆盖。注意单次分配只针对 IR 层！
如果我们针对上面的流程图增加一些空信息，因为 x 和 y 都是用常量初始化的，所以它们一定不为空。进而，z 也是不为空的，
当 x 不为 null 时，R8 知道 if-nez 字节码检查 x 非空是恒成立的，所以这个判断是无用的。同样，针对 y 的赋值也是无用的。
通过上面的分析，我们知道 false 分支判断的字节码是无用的 dead-code，所以我们对分支进行优化，删除无用的判断分支。
从图中可以看到 z 的值就是 Φ 函数对单变量 x 的运算结果，所以我们可以将 z 替换为 x。
从图中可以看到剩下的部分分别是：一个指向 System.out 的 w 变量、将 one 赋值给 x 和 w 调用 println 函数输出 x。
上面的介绍是针对示例代码中的第一个 println 函数。第二个 println 函数由于初始化时是 null，所以跟上面的过程是相反的。x 初始化为 null，进行非空检查一直是 false，所以 y 一直是 two。
通过使用 SSA IR，R8 能够根据条件进行优化，删除无用代码。
$ kotlinc *.kt
$ cat rules.txt-keepclasseswithmembers class * { public static void main(java.lang.String[]); } -dontobfuscate
$ java -jar r8.jar \ --lib $ANDROID_HOME/platforms/android-28/android.jar \ --release \ --output . \ --pg-conf rules.txt \ *.class kotlin-stdlib-1.3.11.jar
$ $ANDROID_HOME/build-tools/28.0.3/dexdump -d classes.dex[000340] NullsKt.main:([Ljava/lang/String;)V0000: sget-object v1, Ljava/lang/System;.out:Ljava/io/PrintStream;0002: const-string v0, "one"0004: invoke-virtual {v1, v0}, Ljava/io/PrintStream;.println:(Ljava/lang/Object;)V0007: sget-object v1, Ljava/lang/System;.out:Ljava/io/PrintStream;0009: const-string v0, "two"000b: invoke-virtual {v1, v0}, Ljava/io/PrintStream;.println:(Ljava/lang/Object;)V000e: return-void
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通过上面的字节码可以看到完全和我们一开始的示例分析一样。
2. Analysis Inside D8（D8 内部分析）
针对上面的例子，我尝试使用 Java 代码进行实现来分析看看。
class Nulls { public static void main(String... args) { Object first = "one"; if (first == null) { first = "two"; } System.out.println(first); Object second = null; if (second == null) { second = "two"; } System.out.println(second); }}
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我们对上面的例子进行编译，然后通过 d8 进行打包，最后通过 dumpdex 查看 dex 字节码，发现判断条件仍然被消除了。
$ javac *.java
$ java -jar d8.jar \ --lib $ANDROID_HOME/platforms/android-28/android.jar \ --release \ --output . \ *.class
$ $ANDROID_HOME/build-tools/28.0.3/dexdump -d classes.dex[000224] Nulls.main:([Ljava/lang/String;)V0000: sget-object v1, Ljava/lang/System;.out:Ljava/io/PrintStream;0002: const-string v0, "one"0004: invoke-virtual {v1, v0}, Ljava/io/PrintStream;.println:(Ljava/lang/Object;)V0007: sget-object v1, Ljava/lang/System;.out:Ljava/io/PrintStream;0009: const-string v0, "two"000b: invoke-virtual {v1, v0}, Ljava/io/PrintStream;.println:(Ljava/lang/Object;)V000e: return-void
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发生这种情况的原因是 D8 同样使用 IR 进行优化，并且仍然存在空信息。即使不进行任何 R8 优化，如果在 IR 中存在的判断条件始终为 true 或 false，D8 同样会进行相关代码的清除优化。
如果我们使用不包含 IR 的 dx 工具编译，则会发现字节码中仍然存在条件判断和无用的代码。
$ $ANDROID_HOME/build-tools/28.0.3/dx --dex --output=classes.dex *.class
$ $ANDROID_HOME/build-tools/28.0.3/dexdump -d classes.dex[000204] Nulls.main:([Ljava/lang/String;)V0000: const-string v0, "one"0002: if-nez v0, 00060004: const-string v0, "two"0006: sget-object v1, Ljava/lang/System;.out:Ljava/io/PrintStream;0008: invoke-virtual {v1, v0}, Ljava/io/PrintStream;.println:(Ljava/lang/Object;)V000b: const/4 v0, #int 0000c: if-nez v0, 0010000e: const-string v0, "two"0010: sget-object v1, Ljava/lang/System;.out:Ljava/io/PrintStream;0012: invoke-virtual {v1, v0}, Ljava/io/PrintStream;.println:(Ljava/lang/Object;)V0015: return-void
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因此，R8 对内联嵌套进行优化确实有很好的作用，但是如果源代码中存在常量条件和死代码，D8 在编译时同样会消除它们。
3. 总结
这篇文章只触及 R8 内部数据流分析的表面。下一篇文章将继续扩展可空性分析，讨论 Kotlin 如何在运行时强制实施可空性约束。
![[译] R8 优化：Null 数据分析 (第一篇)](https://static001.infoq.cn/static/infoq/img/logo-121-75.yuij86g.png){kind=logo}
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