android虚拟机详解（5%原创）

  android5.0之前使用的虚拟机是Dalvik虚拟机，这个虚拟机在JVM的基础上做了一定的优化。android5.0之后，android采用了新的虚拟机ART，本文主要对Dalvik、JVM、ART之间进行对比。

一.Dalvik虚拟机

1.概念

  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。
  有一个特殊的虚拟机进程Zygote，他是虚拟机实例的孵化器。它在系统启动的时候就会产生，它会完成虚拟机的初始化，库的加载，预制类库和初始化的操作。如果系统需要一个新的虚拟机实例，它会迅速复制自身，以最快的诉据提供给系统。对于一些只读的系统库，所有虚拟机实例都和Zygote共享一块内存区域。

2.与JVM对比

1. Dalvik虚拟机与Java虚拟机的最显著区别是它们分别具有不同的类文件格式以及指令集。Dalvik虚拟机使用的是dex（Dalvik Executable）格式的类文件，而Java虚拟机使用的是class格式的类文件。一个dex文件可以包含若干个类，而一个class文件只包括一个类。由于一个dex文件可以包含若干个类，因此它就可以将各个类中重复的字符串和其它常数只保存一次，从而节省了空间，这样就适合在内存和处理器速度有限的手机系统中使用。一般来说，包含有相同类的未压缩dex文件稍小于一个已经压缩的jar文件。
2. Dalvik虚拟机使用的指令是基于寄存器的，而Java虚拟机使用的指令集是基于堆栈的。事实上，基于寄存器和基于堆栈的指令集之争，就如精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）之争，谁优谁劣，至今是没有定论的。
3. 将多个类文件收集到同一个dex文件中，以便节省空间；
4. 使用只读的内存映射方式加载dex文件，以便可以多进程共享dex文件，节省程序加载时间；
5. 提前调整好字节序（byte order）和字对齐（word alignment）方式，使得它们更适合于本地机器，以便提高指令执行速度；
6. 尽量提前进行字节码验证（bytecode verification），提高程序的加载速度；
7. 需要重写字节码的优化要提前进行。
8. 内存管理不同
  Dalvik虚拟机的内存大体上可以分为Java Object Heap、Bitmap Memory和Native Heap三种。
  Java Object Heap是用来分配Java对象的，也就是我们在代码new出来的对象都是位于Java Object Heap上的。Dalvik虚拟机在启动的时候，可以通过-Xms和-Xmx选项来指定Java Object Heap的最小值和最大值。为了避免Dalvik虚拟机在运行的过程中对Java Object Heap的大小进行调整而影响性能，我们可以通过-Xms和-Xmx选项来将它的最小值和最大值设置为相等。
  Java Object Heap的最小和最大默认值为2M和16M，但是手机在出厂时，厂商会根据手机的配置情况来对其进行调整，例如，G1、Droid、Nexus One和Xoom的Java Object Heap的最大值分别为16M、24M、32M 和48M。我们可以通过ActivityManager类的成员函数getMemoryClass来获得Dalvik虚拟机的Java Object Heap的最大值。
  这个Java Object Heap的最大值也就是我们平时所说的Android应用程序进程能够使用的最大内存。这里必须要注意的是，Android应用程序进程能够使用的最大内存指的是能够用来分配Java Object的堆。
  Bitmap Memory也称为External Memory，它是用来处理图像的。在HoneyComb之前，Bitmap Memory是在Native Heap中分配的，但是这部分内存同样计入Java Object Heap中，也就是说，Bitmap占用的内存和Java Object占用的内存加起来不能超过Java Object Heap的最大值。这就是为什么我们在调用BitmapFactory相关的接口来处理大图像时，会抛出一个OutOfMemoryError异常的原因：
  在HoneyComb以及更高的版本中，Bitmap Memory就直接是在Java Object Heap中分配了，这样就可以直接接受GC的管理。
  此外，在HoneyComb以及更高的版本中，我们可以在AndroidManifest.xml的application标签中增加一个值等于“true”的android:largeHeap属性来通知Dalvik虚拟机应用程序需要使用较大的Java Object Heap。事实上，在内存受限的手机上，即使我们将一个应用程序的android:largeHeap属性设置为“true”，也是不能增加它可用的Java Object Heap的大小的，而即便是可以通过这个属性来增大Java Object Heap的大小，一般情况也不应该使用该属性。为了提高系统的整体体验，我们需要做的是致力于降低应用程序的内存需求，而不是增加增加应用程序的Java Object Heap的大小，毕竟系统总共可用的内存是固定的，一个应用程序用得多了，就意味意其它应用程序用得少了。
9. JNI与NDK
JNI是java调用C/C++层，JVM和dalvik都有这个能力。不同的在于，为了方便开发者使用C/C++语言来开发应用程序，Android官方提供了NDK。通过NDK，我们就可以使用JNI机制来在Java函数中调用到C/C++函数。不过Android官方是不提倡使用NDK来开发应用程序的，这从它对NDK的支持远远不如SDK的支持就可以看得出来。

二.ART虚拟机

1.概念

2.与Dalvik对比

1. dalvik是执行的时候编译+运行，安装比较快，开启应用比较慢，应用占用空间小ART是安装的时候就编译好了，执行的时候直接就可以运行的，安装慢，开启应用快，占用空间大用个比喻来说就是，骑自行车dalvik 是已经折叠起来的自行车，每次骑都要先组装自行车才能骑。ART是已经组装好的自行车，每次骑直接上车就能走人。
     要弄清ART和Dalvik的区别 ，首先要清楚apk文件的构成，apk包中除了一堆资源，还有一个重要文件classes.dex，此文件由java字节码优化打包而成，在Dalvik中，每次打开应用的时候，Dalvik会读取这个classes.dex并解释执行（实际情形，还可能先被转换成odex文件，在此忽略）；而在ART环境下，当你安装apk的时候，这个classes.dex文件就会被转换成本地机器码——后缀为oat的文件，以后打开应用时直接读取oat文件执行即可。
     举一个不是很恰当的例子：目前国际通行的论文语言都是英文（相当于java字节码），而你作为一个中国人只会中文（相当于arm架构的Android手机），而另一个日本人只会日语（相当于x86架构的Android手机），现在给你一堆英文资料，Dalvik的做法就是将这些资料整理归档，等你需要查找资料时再从书架上找出需要的部分，然后翻译为中文阅读；而ART的做法就是先将所有资料全部翻译为中文单独保存，等你需要时直接找中文资料就可以了。
     所以，ART的优点就是大大提高了执行效率，但是缺点也很明显，一是安装耗时更长，一是占用更多磁盘空间。

2. ART拥有改进的GC(垃圾回收)机制：GC时更少的暂停时间、GC时并行处理、某些时候Collector所需时间更短、减少内存不足时触发GC的次数、减少后台内存占用。
     首先介绍下dalvik的gc的过程.主要有有四个过程:
   1)当gc被触发时候,其会去查找所有活动的对象,这个时候整个程序与虚拟机内部的所有线程就会挂起,这样目的是在较少的堆栈里找到所引用的对象.需要注意的是这个回收动作是和应用程序同时执行(非并发).
   2)gc对符合条件的对象进行标记
   3)gc对标记的对象进行回收
   4)恢复所有线程的执行现场继续运行
     dalvik这么做的好处是,当pause了之后,gc势必是相当快速的.但是如果出现gc频繁并且内存吃紧势必会导致ui卡顿,掉帧.操作不流畅等.
     后来art改善了这种gc方式(也是想对ui流畅度做贡献,当然关于ui流畅,5.0以上了新的并行ui线程),主要的改善点在将其非并发过程改变成了部分并发.还有就是对内存的重新分配管理
   当art gc发生时:
   1)gc将会锁住java堆,扫描并进行标记
   2)标记完毕释放掉java堆的锁,并且挂起所有线程
   3)gc对标记的对象进行回收
   4)恢复所有线程的执行现场继续运行
   5)重复2-4直到结束
     可以看出整个过程做到了部分并发使得时间缩短.据官方测试数据说gc效率提高2倍。

三.更多资料

1.Dalvik虚拟机简要介绍和学习计划：
http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/8852432