兩年前，Android 開源項目 （AOSP） 應(yīng)用團隊開始使用 Kotlin 替代 Java 重構(gòu) AOSP 應(yīng)用。之所以重構(gòu)主要有兩個原因： 一是確保 AOSP 應(yīng)用能夠遵循 Android 最佳實踐，另外則是提供優(yōu)先使用 Kotlin 進行應(yīng)用開發(fā)的良好范例。Kotlin 之所以具有強大的吸引力，原因之一是其簡潔的語法，很多情況下用 Kotlin 編寫的代碼塊的代碼數(shù)量相比于功能相同的 Java 代碼塊要更少一些。此外，Kotlin 這種具有豐富表現(xiàn)力的編程語言還具有其他各種優(yōu)點，例如：

空安全： 這一概念可以說是根植于 Kotlin 之中，從而幫助避免破壞性的空指針異常；

并發(fā)： 正如 Google I/O 2019 中關(guān)于 Android 的描述，結(jié)構(gòu)化并發(fā) （structured concurrency） 能夠允許使用協(xié)程簡化后臺的任務(wù)管理；

兼容 Java： 尤其是在這次的重構(gòu)項目中，Kotlin 與 Java 語言的兼容性能夠讓我們一個文件一個文件地進行 Kotlin 轉(zhuǎn)換。

Android 開源項目 （AOSP） 應(yīng)用

https://android.googlesource.com/platform/packages/apps/

Kotlin

https://kotlinlang.org/

Google I/O 2019

https://developer.android.google.cn/kotlin/first

AOSP 團隊在去年夏天發(fā)表了一篇文章，詳細介紹了 AOSP 桌面時鐘應(yīng)用的轉(zhuǎn)換過程。而今年，我們將 AOSP 日歷應(yīng)用從 Java 轉(zhuǎn)換成了 Kotlin。在這次轉(zhuǎn)換之前，應(yīng)用的代碼行數(shù)超過 18，000 行，在轉(zhuǎn)換后代碼庫減少了約 300 行。在這次的轉(zhuǎn)換中，我們沿襲了同 AOSP 桌面時鐘轉(zhuǎn)換過程中類似的技術(shù)，充分利用了 Kotlin 與 Java 語言的互操作性，對代碼文件一一進行了轉(zhuǎn)換，并在過程中使用獨立的構(gòu)建目標將 Java 代碼文件替換為對應(yīng)的 Kotlin 代碼文件。因為團隊中有兩個人在進行此項工作，所以我們在 Android.bp 文件中為每個人創(chuàng)建了一個 exclude_srcs 屬性，這樣兩個人就可以在減少代碼合并沖突的前提下，都能夠同時進行重構(gòu)并推送代碼。此外，這樣還能允許我們進行增量測試，快速定位錯誤出現(xiàn)在哪些文件。

AOSP 桌面時鐘應(yīng)用的轉(zhuǎn)換過程

https://medium.com/androiddevelopers/re-writing-the-aosp-deskclock-app-in-kotlin-76c836370cb

在轉(zhuǎn)換任意給定的文件時，我們一開始先使用 Android Studio Kotlin 插件中提供的從 Java 到 Kotlin 的自動轉(zhuǎn)換工具。雖然該插件成功幫助我們轉(zhuǎn)換了大部份的代碼，但是還是會遇到一些問題，需要開發(fā)者手動解決。需要手動更改的部分，我們將會在本文接下來的章節(jié)中列出。

在將每個文件轉(zhuǎn)換為 Kotlin 之后，我們手動測試了日歷應(yīng)用的 UI 界面，運行了單元測試，并運行了 Compatibility Test Suite （CTS） 的子集來進行功能驗證，以確保不需要再進行任何的回歸測試。

Android Studio

https://developer.android.google.cn/studio

從 Java 到 Kotlin 的自動轉(zhuǎn)換工具

https://developer.android.google.cn/kotlin/add-kotlin#convert

Compatibility Test Suite （CTS）

https://source.android.google.cn/compatibility/cts

自動轉(zhuǎn)換之后的步驟

上面提到，在使用自動轉(zhuǎn)換工具之后，有一些反復(fù)出現(xiàn)的問題需要手動定位解決。在 AOSP 桌面時鐘文章中，詳細介紹了其中遇到的一些問題以及解決方法。如下列出了一些在進行 AOSP 日歷轉(zhuǎn)換過程中遇到的問題。

用 open 關(guān)鍵詞標記父類

我們遇到的問題之一是 Kotlin 父類和子類之間的相互調(diào)用。在 Kotlin 中，要將一個類標記為可繼承，必須得在類的聲明中添加 open 關(guān)鍵字，對于父類中被子類覆蓋的方法也要這樣做。但是在 Java 中的繼承是不需要使用到 open 關(guān)鍵字的。由于 Kotlin 和 Java 能夠相互調(diào)用，這個問題直到大部分代碼文件轉(zhuǎn)換到了 Kotlin 才出現(xiàn)。

例如，在下面的代碼片段中，聲明了一個繼承于 SimpleWeeksAdapter 的類：

class MonthByWeekAdapter（context： Context？， params： HashMap《String？， Int？》） ： SimpleWeeksAdapter（context as Context， params） {//方法體}

由于代碼文件的轉(zhuǎn)換過程是一次一個文件進行的，即使是完全將 SimpleWeeksAdapter.kt 文件轉(zhuǎn)換成 Kotlin，也不會在其類的聲明中出現(xiàn) open 關(guān)鍵詞，這樣就會導(dǎo)致一個錯誤。所以之后需要手動進行 open 關(guān)鍵詞的添加，以便讓 SimpleWeeksAdapter 類可以被繼承。這個特殊的類聲明如下所示：

open class SimpleWeeksAdapter（context： Context， params： HashMap《String？， Int？》？） {//方法體}

override 修飾符

同樣地，子類中覆蓋父類的方法也必須使用 override 修飾符來進行標記。在 Java 中，這是通過 @Override 注解來實現(xiàn)的。然而，雖然在 Java 中有相應(yīng)的注解實現(xiàn)版本，但是自動轉(zhuǎn)換過程中并沒有為 Kotlin 方法聲明中添加 override 修飾符。解決的辦法是在所有適當?shù)牡胤绞謩犹砑?override 修飾符。

覆寫父類中的屬性

在重構(gòu)過程中，我們還遇到了一個屬性覆寫的異常問題，當一個子類聲明了一個變量，而在父類中存在一個非私有的同名變量時，我們需要添加一個 override 修飾符。然而，即使子類的變量同父類變量的類型不同，也仍然要添加 override 修飾符。在某些情況下，添加 override 仍不能解決問題，尤其是當子類的類型完全不同的時候。事實上，如果類型不匹配，在子類的變量前添加 override 修飾符，并在父類的變量前添加 open 關(guān)鍵字，會導(dǎo)致一個錯誤：

type of *property name* doesn’t match the type of the overridden var-property

這個報錯很讓人疑惑，因為在 Java 中，以下代碼可以正常編譯：

public class Parent { int num = 0;}

class Child extends Parent { String num = “num”;}

而在 Kotlin 中相應(yīng)的代碼就會報上面提到的錯誤：

class Parent { var num： Int = 0}

class Child ： Parent（） { var num： String = “num”}

這個問題很有意思，目前我們通過在子類中對變量重命名來規(guī)避了這個沖突。上面的 Java 代碼會被 Android Studio 目前提供的代碼轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為有問題的 Kotlin 代碼，這甚至被報告為是一個 bug 了。

被報告為是一個 bug

https://youtrack.jetbrains.com/issue/KTIJ-8621

import 語句

在我們轉(zhuǎn)換的所有文件中，自動轉(zhuǎn)換工具都傾向于將 Java 代碼中的所有 import 語句截斷為 Kotlin 文件中的第一行。最開始這導(dǎo)致了一些很讓人抓狂的錯誤，編譯器會在整個代碼中報 “unknown references” 的錯誤。在意識到這個問題后，我們開始手動地將 Java 中的 import 語句粘貼到 Kotlin 代碼文件中，并單獨對其進行轉(zhuǎn)換。

暴露成員變量

默認情況下，Kotlin 會自動地為類中的實例變量生成 getter 和 setter 方法。然而，有些時候我們希望一個變量僅僅只是一個簡單的 Java 成員變量，這可以通過使用 @JvmField 注解來實現(xiàn)。

@JvmField 注解的作用是 “指示 Kotlin 編譯器不要為這個屬性生成 getter 和 setter 方法，并將其作為一個成員變量允許其被公開訪問”。這個注解在 CalendarData 類中特別有用，它包含了兩個 static final 變量。通過對使用 val 聲明的只讀變量使用 @JvmField 注解，我們確保了這些變量可以作為成員變量被其他類訪問，從而實現(xiàn)了 Java 和 Kotlin 之間的兼容性。

@JvmField 注解

https://kotlinlang.org/api/latest/jvm/stdlib/kotlin.jvm/-jvm-field/

CalendarData 類

https://android.googlesource.com/platform/packages/apps/Calendar/+/42e4b43133c4f866e0729438fb38bebc6d03b0a4/src/com/android/calendar/CalendarData.kt

val

https://kotlinlang.org/docs/basic-syntax.html#variables

對象中的靜態(tài)方法

在 Kotlin 對象中定義的函數(shù)必須使用 @JvmStatic 進行標記，以允許在 Java 代碼中通過方法名，而非實例化來對它們進行調(diào)用。也就是說，這個注解使其具有了類似 Java 的方法行為，即能夠通過類名調(diào)用方法。根據(jù) Kotlin 的文檔，“編譯器會為對象的外部類生成一個靜態(tài)方法，而對于對象本身會生成一個實例方法?！蔽覀冊?Utils 文件中遇到了這個問題，當完成轉(zhuǎn)換后，Java 類就變成了 Kotlin 對象。隨后，所有在對象中定義的方法都必須使用 @JvmStatic 標記，這樣就允許在其他文件中使用 Utils.method（） 這樣的語法來進行調(diào)用。值得一提的是，在類名和方法名之間使用 .INSTANCE （即 Utils.INSTANCE.method（）） 也是一種選擇，但是這不太符合常見的 Java 語法，需要改變所有對 Java 靜態(tài)方法的調(diào)用。

Kotlin 的文檔

https://kotlinlang.org/docs/java-to-kotlin-interop.html#static-methods

Utils 文件

https://android.googlesource.com/platform/packages/apps/Calendar/+/42e4b43133c4f866e0729438fb38bebc6d03b0a4/src/com/android/calendar/Utils.kt

性能評估分析

所有的基準測試都是在一臺 96 核、176 GiB 內(nèi)存的機器上進行的。本項目中分析用到的主要指標有所減少的代碼行數(shù)、目標 APK 的文件大小、構(gòu)建時間和首屏從啟動到顯示的時間。在對上述每個因素進行分析的同時，我們還收集了每個參數(shù)的數(shù)據(jù)并以表格的方式進行了展示。

減少的代碼行數(shù)

從 Java 完全轉(zhuǎn)換到 Kotlin 后，代碼行數(shù)從 18，004 減少到了 17，729。這比原來的 Java 代碼量減少了大約 1.5%。雖然減少的代碼量并不可觀，但對于一些大型應(yīng)用來說，這種轉(zhuǎn)換對于減少代碼行數(shù)的效果可能更為顯著，可參閱 AOSP 桌面時鐘文中所舉的例子。

AOSP 桌面時鐘https://medium.com/androiddevelopers/re-writing-the-aosp-deskclock-app-in-kotlin-76c836370cb

目標 APK 大小

使用 Kotlin 編寫的應(yīng)用 APK 大小是 2.7 MB，而使用 Java 編寫的應(yīng)用 APK 大小是 2.6 MB?？梢哉f這個差異基本可以忽略不計了，由于包含了一些額外的 Kotlin 庫，所以 APK 體積上的增加，實際上是可以預(yù)期的。這種大小的增加可以通過使用 Proguard 或 R8 來進行優(yōu)化。

Proguardhttps://developer.android.google.cn/studio/build/shrink-code

R8https://r8.googlesource.com/r8

編譯時間

Kotlin 和 Java 應(yīng)用的構(gòu)建時間是通過取 10 次從零進行完整構(gòu)建的時間的平均值來計算的 （不包含異常值），Kotlin 應(yīng)用的平均構(gòu)建時間為 13 分 27 秒，而 Java 應(yīng)用的平均構(gòu)建時間為 12 分 6 秒。據(jù)一些資料 （如 “Java 和 Kotlin 的區(qū)別” 以及 “Kotlin 和 Java 在編譯時間上的對比”） 顯示，Kotlin 的編譯時間事實上比 Java 要更耗時，特別是對于從零開始的構(gòu)建。一些分析斷言，Java 的編譯速度會快 10-15%，又有一些分析稱這一數(shù)據(jù)為 15-20%。拿我們的例子進行從零開始完整構(gòu)建所花費的時間來說，Java 的編譯速度比 Kotlin 快 11.2%，盡管這個微小的差異并不在上述范圍內(nèi)，但這有可能是因為 AOSP 日歷是一個相對較小的應(yīng)用，僅有 43 個類。盡管從零開始的完整構(gòu)建比較慢，但是 Kotlin 仍然在其他方面占有優(yōu)勢，這些優(yōu)勢更應(yīng)該被考慮到。例如，Kotlin 相對于 Java，更簡潔的語法通?？梢员ＷC較少的代碼量，這使得 Kotlin 代碼庫更易維護。此外，由于 Kotlin 是一種更為安全有效的編程語言，我們可以認為完整構(gòu)建時間較慢的問題可以忽略不計。

Java 和 Kotlin 的區(qū)別

https://www.educba.com/java-vs-kotlin/

Kotlin 和 Java 在編譯時間上的對比https://medium.com/keepsafe-engineering/kotlin-vs-java-compilation-speed-e6c174b39b5d

首屏顯示的時間

我們使用了這種方法來測試應(yīng)用從啟動到完全顯示首屏所需要的時間，經(jīng)過 10 次試驗后我們發(fā)現(xiàn)，使用 Kotlin 應(yīng)用的平均時間約為 197.7 毫秒，而 Java 的則為 194.9 毫秒。這些測試都是在 Pixel 3a XL 設(shè)備上進行的。從這個測試結(jié)果可以得出結(jié)論，與 Kotlin 應(yīng)用相比，Java 應(yīng)用可能具有微小的優(yōu)勢；然而，由于平均時間非常接近，這個差異幾乎可以忽略不計。因此，可以說 AOSP 日歷應(yīng)用轉(zhuǎn)換到 Kotlin，并沒有對應(yīng)用的初始啟動時間產(chǎn)生負面影響。

方法https://developer.android.google.cn/topic/performance/vitals/launch-time#time-initial

結(jié)論

將 AOSP 日歷應(yīng)用轉(zhuǎn)換為 Kotlin 大約花了 1.5 個月 （6 周） 的時間，由 2 名實習(xí)生負責(zé)該項目的實施。一旦我們對代碼庫更加熟悉并更加善于解決反復(fù)出現(xiàn)的編譯時、運行時和語法問題時，效率肯定會變得更高。總的來說，這個特殊的項目成功地展示了 Kotlin 如何影響現(xiàn)有的 Android 應(yīng)用，并在對 AOSP 應(yīng)用進行轉(zhuǎn)換的路途中邁出了堅實的一步。

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責(zé)任編輯：haq