不加班的秘诀：如何通过AOE快速集成NCNN?

作为我司头发储量前三的程序员

始终仗着头发多奋斗在加班的第一线

时时灵魂拷问自己

年轻人，你凭什么不加班？

虽然我没有女朋友
但是，我有代码呀

但我不明白的是，隔壁工位那个，到岗比我迟，下班比我早，天天准点儿下班接女朋友，工作还完成的不错的样子，当然，头发也还不错。除了长得比我显老，难道他有什么制胜法宝吗？趁着午休，以一礼拜咖啡为代价，我偷师了他的制胜法宝。GET了秘诀，或许我也可以事业爱情双丰收了。

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直接集成NCNN的缺点

直接集成NCNN熬老少男颜哇，想当年我一边泪流满面地集成，一边想用女友的SK2给自己的脸补补（不，你没有，both SK2和女友），咋回事儿呢，为SqueezeNet接入NCNN，把相关的模型文件，NCNN的头文件和库，JNI调用，前处理和后处理相关业务逻辑等。把这些内容都放在SqueezeNet Sample工程里。这样简单直接的集成方法，问题也很明显，和业务耦合比较多，不具有通用性，前处理后处理都和SqueezeNcnn这个Sample有关，不能很方便地提供给其他业务组件使用。深入思考一下，如果我们把AI业务，作为一个一个单独的AI组件提供给业务的同学使用，会发生这样的情况：

每个组件都要依赖和包含NCNN的库，而且每个组件的开发同学，都要去熟悉NCNN的接口，写C的调用代码，写JNI。所以我们很自然地会想到要提取一个NCNN的组件出来，提取以后呢长得顺眼了很多，大概是这个样子。

AOE SDK里的NCNN组件

有了AOE SDK,我也可以一顿操作猛如虎了！在AOE开源SDK里，我们提供了NCNN组件，下面我们从4个方面来讲一讲NCNN组件：

●NCNN组件的设计

●对SqueezeNet Sample的改造

●应用如何接入NCNN组件

●对NCNN组件的一些思考

★ NCNN组件的设计

不懂NCNN的组件设计，即使一顿操作猛如虎，你可能最后也只有两块五。那它的组件是什么嘞？NCNN组件的设计理念是组件里不包含具体的业务逻辑，只包含对NCNN接口的封装和调用。具体的业务逻辑，由业务方在外部实现。在接口定义和设计上，我们参考了TF Lite的源码和接口设计。目前提供的对外调用接口，长这个样子：

// 加载模型和param

void loadModelAndParam(...)

// 初始化是否成功

boolean isLoadModelSuccess()

// 输入rgba数据

void inputRgba(...)

// 进行推理

void run(...)

// 多输入多输出推理

void runForMultipleInputsOutputs(...)

// 得到推理结果

Tensor getOutputTensor(...)

// 关闭和清理内存

void close()

而机智骚年本人，用的是这个：

├── AndroidManifest.xml

├── cpp

│   └── ncnn

│       ├── c_api_internal.h

│       ├── include

│       ├── interpreter.cpp

│       ├── Interpreter.h

│       ├── jni_util.cpp

│       ├── jni_utils.h

│       ├── nativeinterpreterwrapper_jni.cpp

│       ├── nativeinterpreterwrapper_jni.h

│       ├── tensor_jni.cpp

│       └── tensor_jni.h

├── java

│   └── com

│       └── didi

│           └── aoe

│               └── runtime

│                   └── ncnn

│                       ├── Interpreter.java

│                       ├── NativeInterpreterWrapper.java

│                       └── Tensor.java

└── jniLibs

    ├── arm64-v8a

    │   └── libncnn.a

    └── armeabi-v7a

        └── libncnn.a

●Interpreter，提供给外部调用，提供模型加载，推理这些方法。

●NativeInterpreterWrapper是具体的实现类，里面对native进行调用。

●Tensor，主要是一些数据和native层的交互。

AOE NCNN用的好，任务完成早，奥秘在此。

●支持多输入多输出。

●使用ByteBuffer来提升效率。

●使用Object作为输入和输出(实际支持了ByteBuffer和多维数组)。

光说不练假把式，AOE NCNN的实现过程，且听我细细道来。

★ 如何支持多输入多输出

为了支持多输入和多输出，我们在Native层创建了一个Tensor对象的列表，每个Tensor对象里保存了相关的输入和输出数据。Native层的Tensor对象，通过tensor_jni提供给java层调用，java层维护这个指向native层tensor的“指针”地址。这样在有多输入和多输出的时候，只要拿到这个列表里的对应的Tensor，就可以就行数据的操作了。

★ ByteBuffer的使用

ByteBuffer，字节缓存区处理子节的，比传统的数组的效率要高。
DirectByteBuffer，使用的是堆外内存，省去了数据到内核的拷贝，因此效率比用ByteBuffer要高。

当然ByteBuffer的使用方法不是我们要说的重点，我们说说使用了ByteBuffer以后，给我们带来的好处：
1.接口里的字节操作更加便捷，例如里面的putInt，getInt，putFloat，getFloat，flip等一系列接口，可以很方便的对数据进行操作。
2.和native层做交互，使用DirectByteBuffer，提升了效率。我们可以简单理解为java层和native层可以直接对一块“共享”内存进行操作，减少了中间的字节的拷贝过程。

★ 如何使用Object作为输入和输出
目前我们只支持了ByteBuffer和MultiDimensionalArray。在实际的操作过程中，如果是ByteBuffer，我们会判断是否是direct buffer，来进行不同的读写操作。如果是MultiDimensionalArray，我们会根据不同的数据类型（例如int, float等），维度等，来对数据进行读写操作。

★ 对SqueezeNet Sample的改造

集成AOE NCNN组件以后，让SqueezeNet依赖NCNN Module，SqueezeNet Sample里面只包含了模型文件，前处理和后处理相关的业务逻辑，前处理和后处理可以用java，也可以用c来实现，由具体的业务实现来决定。新的代码结构变得非常简洁，目录如下：

├── AndroidManifest.xml

├── assets

│   └── squeeze

│       ├── model.config

│       ├── squeezenet_v1..bin

│       ├── squeezenet_v1..id.h

│       ├── squeezenet_v1..param.bin

│       └── synset_words.txt

└── java

    └── com

        └── didi

            └── aoe

                └── features

                │       ├── squeezenet_v1..id.h

│       ├── squeezenet_v1..param.bin

│       └── synset_words.txt

└── java

    └── com

        └── didi

         └── aoe

                └── features

                    └── squeeze

                        └── SqueezeInterpreter.java

↑ 本Sample也适用于其他的AI业务组件对NCNN组件的调用。

(牛逼就完事儿)

★ 应用如何接入NCNN组件

对NCNN组件的接入，有两种方式

●直接接入

●通过AOE SDK接入

▲两种接入方式比较：

不BATTLE了，我单方面宣布，AOESDK完胜！

★ 对NCNN组件的总结和思考

通过对NCNN组件的封装，现在业务集成NCNN更加快捷方便了。之前我们一个新的业务集成NCNN，可能需要半天到一天的时间。使用AOE NCNN组件以后，可能只需要1-2小时的时间。当然NCNN组件目前还存在很多不完善的地方，我们对NCNN还需要去加深学习和理解。后面会通过不断的学习，持续的对NCNN组件进行改造和优化。

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                  https://github.com/didi/AoE←据说点了这里的程序员们都准点下班了/

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巴特西

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