Android系统架构详解(2)--Android Runtime

现在再说Android Runtime和以前说的Android Runtime有所不同了，因为现在的Android Runtime是ART机制，是google android4.4新的运行机制。ART 的机制与 Dalvik 不同。在 Dalvik 下，应用每次运行的时候，字节码都需要通过即时编译器转换为机器码，这会拖慢应用的运行效率，而在 ART 环境中，应用在第一次安装的时候，字节码就会预先编译成机器码，使其成为真正的本地应用。这个过程叫做预编译（AOT,Ahead-Of-Time）。这样的话，应用的启动和执行都会变得更加快速。

开篇就说了这么多专业词是不是有点蒙了，说实话我自己也晕，因为我是应用开发，而且是半路转行做的开发，对计算机原理一类的东西认知度接近于0，先说说以前的Dalvik吧。知过去才能懂现在。

(一) Dalvik

关于Dalvik的文章写了好几天，本来已经总结了好几百字了，发现说的条例有点乱，后来无意中发现一位大侠写的相当好，但是太深了，所以我就直接将做了一个精简，重新整理了一下，原帖网址为http://blog.csdn.net/andyxm/article/details/6126907，文中大部分专业知识引用于此，有兴趣的童鞋可以自己做更深的研究。

我们通过四个问题来了解Dalvik：

1. 什么是Dalvik虚拟机?
2. Dalvik VM与JVM有什么区别？
3. 有什么新的特点？
4. Dalvik VM的架构是怎么样的？

前三个问题下文中做了总结和引导，这第四个问题。。。尼玛，这个架构看的我是头昏眼花，研究了好久，只明白了冰山一角。反正我不明白也就不随便乱说了，有兴趣的自己去原博客看吧。

1) 什么是Dalvik虚拟机?

首先，回顾一下什么是java虚拟机。Java虚拟机（JVM）是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。它有自己完善的硬件架构（如处理器、堆栈、寄存器等），还具有相应的指令系统。使用“Java虚拟机”程序就是为了支持与操作系统无关、在任何系统中都可以运行的程序。

因此，我们不妨对Dalvik虚拟机作出这样的描述：

Dalvik虚拟机是Android程序的虚拟机，是Android中Java程序的运行基础。其指令集基于寄存器架构，执行其特有的文件格式——dex字节码来完成对象生命周期管理、堆栈管理、线程管理、安全异常管理、垃圾回收等重要功能。它的核心内容是实现库（libdvm.so），大体由C语言实现。依赖于Linux内核的一部分功能——线程机制、内存管理机制，能高效使用内存，并在低速CPU上表现出的高性能。每一个Android应用在底层都会对应一个独立的Dalvik虚拟机实例，其代码在虚拟机的解释下得以执行。

2) Dalvik VM与JVM有什么区别？

Dalvik VM ≠Java VM
Dalvik 执行的是特有的DEX文件格式，而JVM运行的是*.class文件格式。
Dalvik 基于寄存器，而JVM基于栈。

基于栈与基于寄存器的架构，谁更快？现在实际的处理器，大多都是基于寄存器的架构，从侧面反映出基于寄存器比基于栈的架构更与实际的处理器接近。但对于VM来说，源架构的求值栈或者寄存器都可能是用实际机器的内存来模拟的，所以性能特性与实际硬件又有不同。一般认为基于寄存器架构的Dalvik VM比基于栈架构JVM执行效率更高，原因是：虽然零地址指令更紧凑，但完成操作需要更多的load/store指令，也意味着更多的指令分派（instruction dispatch）次数与内存访问次数；访问内存是执行速度的一个重要瓶颈，二地址或三地址指令虽然每条指令占的空间较多，但总体来说可以用更少的指令完成操作，指令分派与内存访问次数都较少。

Dalvik优势：
A. 在编译时提前优化代码而不是等到运行时
B. 虚拟机很小，使用的空间也小；被设计来满足可高效运行多种虚拟机实例。
C. 常量池已被修改为只使用32位的索引，以简化解释器

3) Dalvik VM有什么新的特点？

Dalvik VM的新特点可以概括为：一个应用，一个虚拟机实例，一个进程！！！

每一个Android应用都运行在一个Dalvik虚拟机实例里，而每一个虚拟机实例都是一个独立的进程空间。每个进程之间可以通信（IPC，Binder机制实现）。虚拟机的线程机制，内存分配和管理，Mutex等等都是依赖底层操作系统而实现的。

不同的应用在不同的进程空间里运行，当一个虚拟机关闭或意外中止时不会对其它虚拟机造成影响，可以最大程度的保护应用的安全和独立运行。

有一张图，很牛逼，总结的很精辟：

(二) ART

这是android4.4的新东西，还在研究呢，除了官网没有太多可参考的材料，加上时间有限，我就从百度百科里扒下来一部分内容略作修改，以后慢慢再做总结改进。

从 Android 4.4 开始，Google 开发者引进了新的Android 运行环境 ART（意思就是 Android Runtime。Android 官方页面的介绍中，也将其称作新的虚拟机），以替代旧的 Dalvik VM。它现在是实验选项，系统默认的运行环境仍然是 Dalvik。ART 会为 Android 带来怎样的改变？AndroidPolice 网站对此进行了分析。

ART 的机制与 Dalvik 不同。在 Dalvik 下，应用每次运行的时候，字节码都需要通过即时编译器转换为机器码，这会拖慢应用的运行效率，而在 ART 环境中，应用在第一次安装的时候，字节码就会预先编译成机器码，使其成为真正的本地应用。这个过程叫做预编译（AOT,Ahead-Of-Time）。这样的话，应用的启动和执行都会变得更加快速。

根据一些基准测试，新的运行环境能够使大多数应用的执行时间减半。这意味着，CPU 消耗大、运行时间长的应用能够更加快速地完成，而一般的应用也能更加流畅，比如动画效果更顺畅，触控反馈更加即时。在多核处理器的设备上，多数情况下只需激活少量的核心，或者能够更好的利用 ARM 的 big.LITTLE 架构。另外，它将会显著提升电池的续航能力以及系统的性能。

预编译也会带来一些缺点。一方面，机器码占用的存储空间更大。字节码变为机器码之后，可能会增加 10%-20%，不过在应用包中，可执行的代码常常只是一部分。比如最新的 Google+ APK 是 28.3 MB，但是代码只有 6.9 MB。另一方面，应用的安装时间会变长。至于延长多少时间，取决于应用本身，一些复杂的应用如 Facebook 和 Google+ 会让你等待更长时间。

总的来说，ART 的优点还是远远超越其缺点的，运行起来更有效率、耗电更少、占的内存也更低。毕竟，影响用户体验的要素中，电池续航和应用顺畅运行更为重要。我们仍然不知道 ART 何时能够替代 Dalvik，不过 AndroidPolice 网站说，Google 已经秘密开发了两年之久。Android 摆脱卡顿的希望，看来就是它了。