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App安裝時不編譯代碼只校驗合法性,運行時通過解釋器執(zhí)行,將運行頻繁的代碼進行編譯放到內(nèi)存緩存并且記錄在本地配置文件,后臺線程編譯配置文件記錄的方法存放到.odex文件,再次運行App時優(yōu)先讀.odex文件中編譯后的代碼,然后重復這個過程。

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

底層眼里無論是java還是kolin,最終都是機器碼運行;

不廢話,開始介紹

一、Dalvik簡單介紹

1、Dalvik虛擬機介紹

Dalvik是google公司自己設(shè)計用于Android平臺的虛擬機。Dalvik虛擬機是Google等廠商合作開發(fā)的Android移動設(shè)備平臺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應用程序的運行,.dex格式是專為Dalvik設(shè)計的一種壓縮格式,適合內(nèi)存和處理器速度有限的系統(tǒng)。Dalvik 經(jīng)過優(yōu)化,允許在有限的內(nèi)存中同時運行多個虛擬機的實例,并且 每一個Dalvik 應用作為一個獨立的linux 進程執(zhí)行。獨立的進程可以防止在虛擬機崩潰的時候所有程序都被關(guān)閉。

2、Dalvik誕生消亡史

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

3、Dalvik 特點

  • Dalvik虛擬機運行的是Dalvik字節(jié)碼,Dalvik字節(jié)碼由Java字節(jié)碼轉(zhuǎn)換而來,并被打包到一個dex文件中。而JVM運行的是class文件或jar文件;
  • 加載速度快,dex相比于Jar文件會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/O操作,提高類的查找速度。
  • Dalvik虛擬機是基于寄存器,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。
  • Dalvik虛擬機允許在有限的內(nèi)存中同時運行多個進程,每一個應用都運行在一個Dalvik虛擬機實例中,擁有獨立的進程空間。
  • Dalvik虛擬機有共享機制,不同應用之間在運行時可以共享相同的類,擁有更高的效率。

二、ART虛擬機

1、ART概念介紹

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

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/多個(multiDex)dex文件,由Android虛擬機編譯執(zhí)行。
  • .odex文件:dex文件經(jīng)過驗證和優(yōu)化后的產(chǎn)物,art下的odex文件包含經(jīng)過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)容移動到了.vdex文件。
  • .art文件:art下根據(jù)配置文件生成odex文件時同時生成.art文件,主要是為了提升運行時加載odex中熱點代碼的速度,包含了類信息和odex中熱點方法的索引,運行App時會首先根據(jù)這個文件來加載odex中已經(jīng)編譯過的代碼。
  • 解釋器(Interpreter):用于程序運行時對代碼進行逐行解釋,翻譯成對應平臺的機器碼執(zhí)行。
  • JIT編譯(Just In Time):由于解釋器方式運行太慢引入,對于頻繁運行的熱點代碼(判定標準一般是在某個時間段內(nèi)執(zhí)行次數(shù)達到某個閾值)進行實時編譯(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)進行編譯,JIT編較于解釋器可以生成效率更高的代碼,運行更快。
  • AOT編譯(Ahead-Of-Time):應用安裝時全量編譯所有代碼為本地機器碼,運行時直接執(zhí)行機器碼。

3、ART 如何運作

(1)4.4~7.0

最開始ART只采用AOT編譯,在App安裝時就編譯所有代碼存儲在本地,打開App直接運行,這樣做的優(yōu)點是應用運行速度變快,缺點也很明顯,App安裝時間明顯變長,而且占用存儲空間較大

(2)7.0

Android N之后對于ART進行改動,重新引入了JIT編譯,結(jié)合使用AOT/JIT混合編譯,主要機制如下:

  • 安裝時不進行任何編譯,前幾次運行僅通過解釋器解釋運行,同時對熱點代碼進行JIT編譯,并將這些代碼的相關(guān)信息記錄在一個配置文件里
  • 設(shè)備處于空閑和充電狀態(tài)時,編譯守護進程讀取配置文件對熱點代碼進行AOT編譯并寫入到app對應的odex文件中
  • 再次啟動應用后優(yōu)先使用AOT編譯過的代碼,否則使用解釋器+JIT編譯,重復這個過程
  • 對于一些龐大的APP,比如某寶,有些功能可能你一輩子都不會用到,根據(jù)上述策略這部分代碼就不會被編譯保存,從而減少了存儲空間的占用。另外,在系統(tǒng)升級時也避免了全量編譯所有現(xiàn)存應用造成的時間空間消耗。

(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)復制,可減少后臺內(nèi)存使用和碎片。
  • GC暫停的時間不受堆大小影響。
  • 在清理最近分配的短時對象這種特殊情況中,回收器的總GC時間更短。
  • 優(yōu)化了垃圾回收的工效,能夠更加及時地進行并行垃圾回收,這使得GC_FOR_ALLOC事件在典型用例中極為罕見。

5、ART時間線

  • Android 4.4 ,ART和Dalvik是共存的,用戶可以在兩者之間進行選擇。
  • Android 5.0,正式取代Dalvik虛擬機成為Android虛擬機運行環(huán)境,Dalvik退出歷史舞臺,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對垃圾收集器進行了改進優(yōu)化,提高了吞吐量。

總結(jié)

核心內(nèi)容就一句話:App安裝時不編譯代碼只校驗合法性,運行時通過解釋器執(zhí)行,將運行頻繁的代碼進行編譯放到內(nèi)存緩存并且記錄在本地配置文件,后臺線程編譯配置文件記錄的方法存放到.odex文件,再次運行App時優(yōu)先讀.odex文件中編譯后的代碼,然后重復這個過程。

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