Android虛擬機(jī)Dalvik和ART詳解-魔扣目錄

App安裝時(shí)不編譯代碼只校驗(yàn)合法性，運(yùn)行時(shí)通過(guò)解釋器執(zhí)行，將運(yùn)行頻繁的代碼進(jìn)行編譯放到內(nèi)存緩存并且記錄在本地配置文件，后臺(tái)線程編譯配置文件記錄的方法存放到.odex文件，再次運(yùn)行App時(shí)優(yōu)先讀.odex文件中編譯后的代碼，然后重復(fù)這個(gè)過(guò)程。

Android應(yīng)用用JAVA/Kotlin編寫(xiě)，Android虛擬機(jī)并不使用JVM字節(jié)碼，而是將Class文件通過(guò)DX編譯器（現(xiàn)已換成D8）編譯程dex文件，然后由虛擬機(jī)執(zhí)行；

底層眼里無(wú)論是java還是kolin，最終都是機(jī)器碼運(yùn)行；

不廢話，開(kāi)始介紹

一、Dalvik簡(jiǎn)單介紹

1、Dalvik虛擬機(jī)介紹

Dalvik是google公司自己設(shè)計(jì)用于Android平臺(tái)的虛擬機(jī)。Dalvik虛擬機(jī)是Google等廠商合作開(kāi)發(fā)的Android移動(dòng)設(shè)備平臺(tái)的核心組成部分之一。它可以支持已轉(zhuǎn)換為 .dex（即Dalvik Executable）格式的Java應(yīng)用程序的運(yùn)行，.dex格式是專為Dalvik設(shè)計(jì)的一種壓縮格式，適合內(nèi)存和處理器速度有限的系統(tǒng)。Dalvik 經(jīng)過(guò)優(yōu)化，允許在有限的內(nèi)存中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)的實(shí)例，并且每一個(gè)Dalvik 應(yīng)用作為一個(gè)獨(dú)立的linux 進(jìn)程執(zhí)行。獨(dú)立的進(jìn)程可以防止在虛擬機(jī)崩潰的時(shí)候所有程序都被關(guān)閉。

2、Dalvik誕生消亡史

Android 1.0，使用Dalvik作為Android虛擬機(jī)運(yùn)行環(huán)境。
Android 2.2，Google在Andriod虛擬機(jī)中加入了JIT編譯器（Just-In-Time Compiler）。
Android 4.4，Google帶來(lái)了全新的虛擬機(jī)運(yùn)行環(huán)境ART，此時(shí)ART和Dalvik是共存的，用戶可以在兩者之間進(jìn)行選擇。
Android 5.0，ART全面取代了Dalvik成為了Android虛擬機(jī)運(yùn)行環(huán)境，至此Dalvik退出歷史舞臺(tái)。

3、Dalvik 特點(diǎn)

Dalvik虛擬機(jī)運(yùn)行的是Dalvik字節(jié)碼，Dalvik字節(jié)碼由Java字節(jié)碼轉(zhuǎn)換而來(lái)，并被打包到一個(gè)dex文件中。而JVM運(yùn)行的是class文件或jar文件；
加載速度快，dex相比于Jar文件會(huì)把所有包含的信息整合在一起，減少了冗余信息。這樣就減少I(mǎi)/O操作，提高類的查找速度。
Dalvik虛擬機(jī)是基于寄存器，而JVM是基于棧（操作數(shù)棧）。雖然基于寄存器執(zhí)行效率好，但是可移植性差，難跨平臺(tái)。
Dalvik虛擬機(jī)允許在有限的內(nèi)存中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，每一個(gè)應(yīng)用都運(yùn)行在一個(gè)Dalvik虛擬機(jī)實(shí)例中，擁有獨(dú)立的進(jìn)程空間。
Dalvik虛擬機(jī)有共享機(jī)制，不同應(yīng)用之間在運(yùn)行時(shí)可以共享相同的類，擁有更高的效率。

二、ART虛擬機(jī)

1、ART概念介紹

ART虛擬機(jī)在Android 5.0開(kāi)始替換Dalvik虛擬機(jī)。其處理應(yīng)用程序執(zhí)行的方式不同于Dalvik虛擬機(jī)，它不使用JIT而是使用了AOT（Ahead-Of-Time），也就是提前編譯技術(shù)。并且對(duì)垃圾收集器也進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。
ART虛擬機(jī)由Android4.4被引入成為可選項(xiàng)，在Android5.0之后替換掉了Dalvik，并且在Android7.0和8.0分別進(jìn)行了一系列改動(dòng)。

2、基本概念和名詞

.dex文件：App所有java源代碼編譯后生成眾多class文件，由DX/D8，編譯為一個(gè)/多個(gè)（multiDex）dex文件，由Android虛擬機(jī)編譯執(zhí)行。
.odex文件：dex文件經(jīng)過(guò)驗(yàn)證和優(yōu)化后的產(chǎn)物，art下的odex文件包含經(jīng)過(guò)AOT編譯后的代碼以及dex的完整內(nèi)容，但Android8.0之后odex中的dex內(nèi)容移動(dòng)到了.vdex文件。
.art文件：art下根據(jù)配置文件生成odex文件時(shí)同時(shí)生成.art文件，主要是為了提升運(yùn)行時(shí)加載odex中熱點(diǎn)代碼的速度，包含了類信息和odex中熱點(diǎn)方法的索引，運(yùn)行App時(shí)會(huì)首先根據(jù)這個(gè)文件來(lái)加載odex中已經(jīng)編譯過(guò)的代碼。
解釋器（Interpreter）：用于程序運(yùn)行時(shí)對(duì)代碼進(jìn)行逐行解釋，翻譯成對(duì)應(yīng)平臺(tái)的機(jī)器碼執(zhí)行。
JIT編譯（Just In Time）：由于解釋器方式運(yùn)行太慢引入，對(duì)于頻繁運(yùn)行的熱點(diǎn)代碼（判定標(biāo)準(zhǔn)一般是在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行次數(shù)達(dá)到某個(gè)閾值）進(jìn)行實(shí)時(shí)編譯（在ART下以方法為粒度）執(zhí)行，并且緩存JIT編譯后的代碼在內(nèi)存中用于下次執(zhí)行。由于以方法為粒度（ArtMethod）進(jìn)行編譯，JIT編較于解釋器可以生成效率更高的代碼，運(yùn)行更快。
AOT編譯（Ahead-Of-Time）：應(yīng)用安裝時(shí)全量編譯所有代碼為本地機(jī)器碼，運(yùn)行時(shí)直接執(zhí)行機(jī)器碼。

3、ART 如何運(yùn)作

（1）4.4~7.0

最開(kāi)始ART只采用AOT編譯，在App安裝時(shí)就編譯所有代碼存儲(chǔ)在本地，打開(kāi)App直接運(yùn)行，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用運(yùn)行速度變快，缺點(diǎn)也很明顯，App安裝時(shí)間明顯變長(zhǎng)，而且占用存儲(chǔ)空間較大

（2）7.0

Android N之后對(duì)于ART進(jìn)行改動(dòng)，重新引入了JIT編譯，結(jié)合使用AOT/JIT混合編譯，主要機(jī)制如下：

安裝時(shí)不進(jìn)行任何編譯，前幾次運(yùn)行僅通過(guò)解釋器解釋運(yùn)行，同時(shí)對(duì)熱點(diǎn)代碼進(jìn)行JIT編譯，并將這些代碼的相關(guān)信息記錄在一個(gè)配置文件里
設(shè)備處于空閑和充電狀態(tài)時(shí)，編譯守護(hù)進(jìn)程讀取配置文件對(duì)熱點(diǎn)代碼進(jìn)行AOT編譯并寫(xiě)入到app對(duì)應(yīng)的odex文件中
再次啟動(dòng)應(yīng)用后優(yōu)先使用AOT編譯過(guò)的代碼，否則使用解釋器+JIT編譯，重復(fù)這個(gè)過(guò)程
對(duì)于一些龐大的APP，比如某寶，有些功能可能你一輩子都不會(huì)用到，根據(jù)上述策略這部分代碼就不會(huì)被編譯保存，從而減少了存儲(chǔ)空間的占用。另外，在系統(tǒng)升級(jí)時(shí)也避免了全量編譯所有現(xiàn)存應(yīng)用造成的時(shí)間空間消耗。

（3）8.0

Android 8.0引入了.vdex文件，它里面包含 APK 的未壓縮 DEX 代碼，以及一些用于加快驗(yàn)證速度的元數(shù)據(jù).

4、ART垃圾收集器優(yōu)化

只有一次GC暫停（Dalvik需要兩次）。
并發(fā)復(fù)制，可減少后臺(tái)內(nèi)存使用和碎片。
GC暫停的時(shí)間不受堆大小影響。
在清理最近分配的短時(shí)對(duì)象這種特殊情況中，回收器的總GC時(shí)間更短。
優(yōu)化了垃圾回收的工效，能夠更加及時(shí)地進(jìn)行并行垃圾回收，這使得GC_FOR_ALLOC事件在典型用例中極為罕見(jiàn)。

5、ART時(shí)間線

Android 4.4 ，ART和Dalvik是共存的，用戶可以在兩者之間進(jìn)行選擇。
Android 5.0，正式取代Dalvik虛擬機(jī)成為Android虛擬機(jī)運(yùn)行環(huán)境，Dalvik退出歷史舞臺(tái)，AOT取代JIT。
Android 7.0，JIT回歸，采用JIT和AOP混合編譯模式。
ART持續(xù)更新優(yōu)化

6、Dalvik VM 和 ART VM 有什么區(qū)別

ART早期使用AOT技術(shù)，后期使用AOT+JIT混合，而Dalvik使用JIT。
ART支持64位CPU并兼容32位CPU,而Dalvik只支持32位CPU。
ART對(duì)垃圾收集器進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，提高了吞吐量。

總結(jié)

核心內(nèi)容就一句話：App安裝時(shí)不編譯代碼只校驗(yàn)合法性，運(yùn)行時(shí)通過(guò)解釋器執(zhí)行，將運(yùn)行頻繁的代碼進(jìn)行編譯放到內(nèi)存緩存并且記錄在本地配置文件，后臺(tái)線程編譯配置文件記錄的方法存放到.odex文件，再次運(yùn)行App時(shí)優(yōu)先讀.odex文件中編譯后的代碼，然后重復(fù)這個(gè)過(guò)程。