Android虛擬機Dalvik和ART詳解-魔扣目錄

App安裝時不編譯代碼只校驗合法性，運行時通過解釋器執行，將運行頻繁的代碼進行編譯放到內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字節碼，而是將Class文件通過DX編譯器（現已換成D8）編譯程dex文件，然后由虛擬機執行；

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公司自己設計用于Android平臺的虛擬機。Dalvik虛擬機是Google等廠商合作開發的Android移動設備平臺的核心組成部分之一。它可以支持已轉換為 .dex（即Dalvik Executable）格式的Java應用程序的運行，.dex格式是專為Dalvik設計的一種壓縮格式，適合內存和處理器速度有限的系統。Dalvik 經過優化，允許在有限的內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閉。

2、Dalvik誕生消亡史

Android 1.0，使用Dalvik作為Android虛擬機運行環境。
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字節碼，Dalvik字節碼由Java字節碼轉換而來，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（操作數棧）。雖然基于寄存器執行效率好，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。并且對垃圾收集器也進行了改進和優化。
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虛擬機編譯執行。
.odex文件：dex文件經過驗證和優化后的產物，art下的odex文件包含經過AOT編譯后的代碼以及dex的完整內容，但Android8.0之后odex中的dex內容移動到了.vdex文件。
.art文件：art下根據配置文件生成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時會首先根據這個文件來加載odex中已經編譯過的代碼。
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執行次數達到某個閾值）進行實時編譯（在ART下以方法為粒度）執行，并且緩存JIT編譯后的代碼在內存中用于下次執行。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信息記錄在一個配置文件里
設備處于空閑和充電狀態時，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，在系統升級時也避免了全量編譯所有現存應用造成的時間空間消耗。