十四、Android虚拟机以及编译过程

1、什么是Dalvik虚拟机？

Google设计用于Android平台的Java虚拟机，是Android的平台的重要组成部分，支持dex格式（Dalvik Executable）的Java程序运行。
Dalvik作为面向Linux、为嵌入式操作系统设计的虚拟机，主要负责完成对象声明周期管理、堆栈管理、线程管理、安全和异常管理，以及垃圾回收等。

2、Dalvik虚拟机的特点

• 体积小，占用内存小
• 专有的dex可执行文件格式，体积更小，执行速度更快
• 常量池采用32位索引值，寻址类方法名，字段名，常量更快
• 基于寄存器结构，并拥有一套完整的指令系统
• 提供了对象生命周期管理，堆栈管理，线程管理，安全和异常管理以及垃圾回收等重要功能。

每个Android程序都运行在Android系统的进程里面，每个进程对应着一个Dalvik虚拟机实例。

3、Dalvik虚拟机和Java虚拟机的区别

• Java虚拟机运行的是Java字节码，Dalvik运行的是Dalvik字节码。

传统的Java程序经过编译，生成Java字节码保存在class文件中，Java虚拟机通过解码class文件里面的内容来运行程序。而Dalvik虚拟机运行的是Dalvik字节码，所有的Dalvik字节码都是由Java字节码转码而来，并被打包到一个DEX(Dalvik Executable)可执行文件。Dalvik虚拟机通过解析DEX文件来执行这些字节码。

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Dalvik可执行文件体积小。Android SDK中有个dx的工具，负责Java字节码转换成为Dalvik字节码。
dx工具对java类重新排列，消除在类文件中所有的冗余信息，避免虚拟机在初始化时出现反复的文件加载与解析过程。一般情况下，Java类文件中包含多个不同的方法签名，如果其他的类文件引用该类文件中的方法，其签名方法也会被复制到其类文件中，也就是说多个不同的类会同时包含相同的方法签名，同样的大量的字符串常量在多个类文件中被重复使用。这些冗余的信息会直接增加文件的体积，同时也会严重影响虚拟机解析文件的效率。消除其中的冗余信息，重新组合形成一个常量池，所有的文件共享一个常量池。由于dx工具对常量的压缩，使得相同的字符串、常量在DEX文件中只出现一次，从而减少了文件的体积。
针对每个Class文件，都由如下的格式进行组合：

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dex文件使用共享的、特定类型的常量池机制来节省内存。常量池存储类中的所有字面常量，它包括字符串常量、字段常量等值。

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简单来说，就是dex格式文件就是将多个class文件中公有的部分统一存放，去除冗余信息。

• Java虚拟机与Dalvik虚拟机架构不同，这也是Dalvik和JVM之间最大的区别。

Java虚拟器基于栈结构，程序需要频繁的从栈上读取与写入数据，这个过程需要更多的指令分派与内存访问次数，会耗费不少CPU时间，对于手机来说是一笔不小的开销。Dalvik基于寄存器架构。数据访问通过寄存器间直接传递，这样的访问方式比基于栈方式要快很多。

4、Dalvik虚拟机的结构

Dalvik虚拟机结构图

一个应用首先经过DX工具将class文件转换成Dalvik虚拟机可以执行的dex文件，然后由类加载器加载原生类和Java类，接着由解释器根据指令对Dalvik字节码继续解释、执行。最后根据dvm_arch参数选择编译的目标机体系结构。

5、Android APK 编译打包流程

编译打包流程

• 1.Java编译器对工程本身的Java代码进行编译，这些Java有三个来源：app的源码，由资源文件生成的R文件（appt工具），以及aidl文件生成的Java接口文件（aidl工具）。产出为.class文件。
• 2..class文件和依赖的三方文件通过dex工具生成Dalvik虚拟机可执行的.dex文件，包含了所有的class信息，包括项目自身的class和依赖的class。产出为.dex文件。
• 3.apkbuilder工具将.dex文件和编译后的资源文件生成未经签名对齐的apk文件。这里编译后的资源文件包括2部分，一是aapt编译产生的编译后的资源文件，二是依赖的三方库里的资源文件。产出为未经签名的.dex文件。
• 4.分别由Jarsigner和zipalign对文件进行签名和对齐，生成为最终的apk文件。
  总结为：编译 --> DEX --> 打包 --> 签名和对齐

6.ART虚拟机和Dalvik虚拟机的区别

什么是ART?
ART代表Android Runtime，其处理应用程序执行的方式完全不同于Dalvik，Dalvik是依靠一个Just-In-Time(JIT)编译器去解释字节码。开发者编译后需要通过一个解释器在用户设备上运行，这一机制并不高效，但是让应用能更容易在不同的硬件和架构上运行。ART则是完全改变了这套做法。在应用安装时就预编译字节码到机器语言，这套机制叫Ahead-Of-Time(AOT)。在移除解释代码这一过程后，应用程序执行将更有效率，启动更快。
ART的优点：

• 系统的性能显著提升；
• 应用启动更快、运行更快、体验更流畅、触感反馈更及时；
• 更长的电池续航能力
• 支持更低硬件
  ART的缺点:
• 更大的存储空间占用，可能会增加10%-30%
• 更长的安装时间。