Android虚拟机与类加载机制

JVM和Dalvik/ART

Android应用程序运行在Dalvik/ART虚拟机，并且每一个应用程序对应有一个单独的Dalvik虚拟机实例。Dalvik虚拟机实则也算是一个Java虚拟机，只不过它执行的不是class文件，而是dex文件。Dalvik虚拟机与Java虚拟机共享有差不多的特性，差别在于两者执行的指令集是不一样的，前者的指令集是基本寄存器的，而后者的指令集是基于堆栈的。

基于栈的虚拟机

对于基于栈的虚拟机来说，每一个运行时的线程，都有一个独立的栈。栈中记录了方法调用的历史，每有一次方法调用，栈中便会多一个栈桢。最顶部的栈桢称作当前栈桢，其代表着当前执行的方法。基于栈的虚拟机通过操作数栈进行所有操作。

public class Demo {
    public static void test() {
        int a = 1;
        int b = 2;
        int c = a + b;
    }
}

使用javap -c xxx.class进行反编译，查看字节码指令：

• iconst_1：将int类型常量a压入操作数栈
• istore_0：将int类型常量a存入局部变量0
• iadd：执行int类型的加法操作

执行过程如下：

基于寄存器的虚拟机

寄存器是CPU的组成部分。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。

基于寄存器的虚拟机中没有操作数栈，但是有很多虚拟寄存器。其实和操作数栈相同，这些寄存器也存放在运行时栈中，本质上就是一个数组。与JVM相似，在Dalvik VM中每个线程都有自己的PC和调用栈，方法调用的活动记录以帧为单位保存在调用栈上。

与JVM版相比，可以发现Dalvik版程序的指令数明显减少了，数据移动次数也明显减少了。

ART和Dalvik

Dalvik虚拟机执行的是dex字节码，解释执行。 从Android 2.2版本开始，支持JIT即时编译（Just In Time）在程序运行的过程中进行选择热点代码（经常执行的代码）进行编译或者优化。而ART（Android Runtime） 是在 Android 4.4 中引入的一个开发者选项，也是 Android 5.0 及更高版本的默认 Android 运行时。ART虚拟机执行的是本地机器码。 Android的运行时从Dalvik虚拟机替换成ART虚拟机，并不要求开发者将自己的应用直接编译成目标机器码，APK仍然是一个包含dex字节码的文件。

dex2aot

Dalvik下应用在安装的过程，会执行一次优化，将dex字节码进行优化生成odex文件。而Art下将应用的dex字节码翻译成本地机器码的最恰当AOT时机也就发生在应用安装的时候。ART 引入了预先编译机制**（Ahead Of Time），在安装时，ART 使用设备自带的 dex2oat 工具来编译应用，dex中的字节码将被编译成本地机器码。

Android N(7.0)的运作方式

ART 使用预先 (AOT) 编译，并且从 Android N混合使用AOT编译，解释和JIT。

1、最初安装应用时不进行任何 AOT 编译（安装又快了），运行过程中解释执行，对经常执行的方法进行JIT，经过 JIT 编译的方法将会记录到Profile配置文件中。

2、当设备闲置和充电时，编译守护进程会运行，根据Profile文件对常用代码进行 AOT 编译。待下次运行时直接使用。

类加载机制

双亲委派机制

protected Class loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
            //检查类是否已经被加载过
            Class c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                //没被加载过，就去加载该类
                try {
                    if (parent != null) {
                        //parent不为null，则调用parent的loadClass去加载
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        //parent为null，则调用BootClassLoader去加载类(从Framework中找)
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    //如果还是找不到，就调用findClass自己去找(从app中找)
                    c = findClass(name);
                }
            }
            return c;
    }

某个类加载器在加载类时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务或者没有父类加载器时，才自己去加载。

好处：

1、避免重复加载，当父加载器已经加载了该类的时候，就没有必要子ClassLoader再加载一次。

2、安全性考虑，防止核心API库被随意篡改。

类加载过程

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