Android 架构演进

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• 为什么从Dalvik虚拟机演变成ART运行环境
• HIDL 的浅浅理解

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为什么从Dalvik虚拟机演变成ART运行环境

1、Dalvik虚拟机
Android应用程序是运行在Dalvik虚拟机里面的，并且每一个应用程序对应有一个单独的Dalvik虚拟机实例。
Android应用程序中的Dalvik虚拟机实例实际上是从Zygote进程的地址空间拷贝而来的，这样就可以加快Android应用程序的启动速度。
Dalvik 经过优化，允许在有限的内存中同时运行多个虚拟机的实例，并且 每一个Dalvik 应用作为一个独立的Linux 进程执行。独立的进程可以防止在虚拟机崩溃的时候所有程序都被关闭。

Dalvik虚拟机与Java虚拟机共享有差不多的特性，例如，它们都是解释执行，并且支持即时编译（JIT）、垃圾收集（GC）、Java本地方法调用（JNI）和Java远程调试协议（JDWP）等，差别在于两者执行的指令集是不一样的

Dalvik虚拟机运行的是dex文件，适合内存和处理器速度有限的系统，其生成过程也是现将java文件转化成class文件再转化成dex文件。贴上和java虚拟机的区别：

image.png

由于是针对Android设备设计，dalvik虚拟机在CPU性能和内存方面进行了优化

• 一般而言，执行同样的功能， Java虚拟机需要更多的指令（主要是load和store指令），而Dalvik虚拟机需要更多的指令空间
• 需要更多指令意味着要多占用CPU时间，而需要更多指令空间意味着指令缓冲（i-cache）更易失效
• Dalvik虚拟机使用dex（Dalvik Executable）格式的类文件，而Java虚拟机使用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，因此它可以将各个类中重复的字符串只保存一次，从而节省了空间，适合在内存有限的移动设备使用

2、ART虚拟机
ART 及其前身 Dalvik 最初是专为 Android 项目打造的。作为运行时的 ART 可执行 Dalvik 可执行文件并遵循 Dex 字节码规范。
ART 和 Dalvik 是运行 Dex 字节码的兼容运行时，因此针对 Dalvik 开发的应用也能在 ART 环境中运作。不过，Dalvik 采用的一些技术并不适用于 ART。
ART(Android Runtime)是Android 4.4发布的，用来替换Dalvik虚拟，Android 4.4默认采用的还是DVM，系统会提供一个选项来开启ART。在Android 5.0时，默认采用ART，DVM从此退出历史舞台。

ART优化了哪些方面：

运行性能——尤其冷启动性能大大提高
DVM中的应用每次运行时，字节码都需要通过即时编译器（JIT，just in time）转换为机器码（一次完整运行过程中只翻译一次），这会使得应用的运行效率降低。而在ART中，系统在安装应用时会进行一次预编译（AOT，ahead of time）,将字节码预先编译成.oat机器码并存储在本地，这样应用每次运行时就不需要执行编译了，运行效率也大大提升。
ART 还具有比 Dalvik 更严格的安装时验证。ART 使用设备自带的 dex2oat 工具来编译应用。该实用工具接受 DEX 文件作为输入，并为目标设备生成经过编译的应用可执行文件。

提升GC效率
垃圾回收 (GC) 可能有损于应用性能，从而导致显示不稳定、界面响应速度缓慢以及其他问题。ART 通过以下几种方式对垃圾回收做了优化：

• 只有一次（而非两次）GC 暂停
• 在 GC 保持暂停状态期间并行处理
• 在清理最近分配的短时对象这种特殊情况中，回收器的总 GC 时间更短
• 优化了垃圾回收的工效，能够更加及时地进行并行垃圾回收，这使得 GC_FOR_ALLOC 事件在典型用例中极为罕见
• 压缩 GC 以减少后台内存使用和碎片

开发和调试方面的优化
支持采样分析器，一直以来TraceView这样的跟踪工具在方法调用时产生的开销会影响应用性能，ART支持没有这样的限制的分析器
支持更多调试功能
ART 支持许多新的调试选项，特别是与监控和垃圾回收相关的功能。例如，您可以：

• 查看堆栈跟踪中保留了哪些锁，然后跳转到持有锁的线程。
• 询问指定类的当前活动的实例数、请求查看实例，以及查看使对象* * 保持有效状态的参考。
• 过滤特定实例的事件（如断点）。
• 查看方法退出（使用“method-exit”事件）时返回的值。
• 设置字段观察点，以在访问和/或修改特定字段时暂停程序执行。

优化了异常和崩溃报告中的诊断详细信息
当发生运行时异常时，ART 会为您提供尽可能多的上下文和详细信息。ART 会提供 [java.lang.ClassCastException](http://developer.android.google.cn/reference/java/lang/ClassCastException.html?hl=zh_cn)、[java.lang.ClassNotFoundException](http://developer.android.google.cn/reference/java/lang/ClassNotFoundException.html?hl=zh_cn) 和 [java.lang.NullPointerException](http://developer.android.google.cn/reference/java/lang/NullPointerException.html?hl=zh_cn) 的更多异常详细信息

ART的弊端
由于在APK安装的时候要生成可运行.oat文件APP安装速度慢，APK占用空间大

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HIDL的浅浅理解

HAL是分离上层framework和底层linux实现的一层架构，为上层提供稳定的接口，抽象化硬件的接口实现，通俗而言就是将控制硬件的动作放在硬件抽象层中。这样既能保证硬件厂商的知识产权，又能方便地移植平台，也方便了测试。
HAL接口定义语言（简称HIDL）适用于指定HAL和其用户之间的接口的一种接口描述语言（IDL）。
HIDL旨在用于进程间通信（IPC）。进程之间的通信经过Binder化。HAL都以独立的service存在，每一个HAL模块都是一个独立的binder server进程，Android framework想用调用HAL的接口就必须作为binder的client来调用。
在 Android 8.0 及更高版本中，较低级别的层已重新编写以采用更加模块化的新架构。运行 Android 8.0 或更高版本的设备必须支持使用 HIDL 语言编写的 HAL。