Dalvik和ART

Dalvik和ART

这是我第三次写Dalvik（以下简称DVM）和ART虚拟机了，它们都是Android手机上运行java代码的虚拟虚拟机。DVM不是JVM，主要还是因为DVM的实现没有遵守JVM的实现规范。

DVM与JVM基于的架构不同

JVM是基于栈的，当它需要到栈中去读写数据时，所需的指令就因此而增多，将导致速度变慢。手机的使用要求就是要快，显然JVM是不能满足这一性能要求。所以google就用Dalvik来解决这个性能问题。DVM是基于寄存器，因此它不需要像JVM那样在复制数据时要使用大量的出入栈指令。不过因为DVM由于显式指定了操作数，因此DVM基于寄存器的指令会比基于栈的指令要大，同时也因此减少了指令的数量。

DVM与JVM执行字节码的方式不同

在Java SE程序中，Java类被编译成一个或多个.class文件，并打包成.jar文件，程序运行时，JVM会通过相应的.class文件和jar文件获取相应的字节码。它的顺序是.java文件->.class文件->.jar文件。 .jar文件里面包含多个.class文件，每个.class文件里面包含了该类的常量池、类信息、属性等，当JVM加载该.jar文件时，会加载里面所有的.class文件，JVM这种加载方式很慢，对于内存有限制的移动设备来说非常不合适的。

而DVM则是用dx工具将所有的.class文件转换为一个.dex文件，当应用程序运行时，DVM会从该.dex文件读取指令和数据。它的顺序是.java文件->.class文件->.dex文件。apk文件里面只包含了一个.dex文件，这个.dex文件将所有的.class文件里面所包含的信息全部都整合在一起了。这样加载速度会快很多。.dex文件由类加载器处理，接着解释器根据指令集对Dalvik字节码进行解释、执行，最后交给Linux处理。另外，.class文件会有很多冗余信息，dex工具会去除冗余信息，并把所有.class文件整合到.dex文件中，可以减少I/O操作，加快了类的查找速度。

一个应用程序对应一个DVM实例

在Android中的每一个应用都运行在一个DVM实例中，而每一个DVM实例都运行在一个独立的进程空间中，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。

DVM是由Zygote创建和初始化

Zygote进程本身也是一个DVM进程。它同时也是用来创建和初始化DVM实例的。每当系统需要创建一个应用程序时，Zygote进程就fork自身（其就是复制自己，用了写时复制），快速地创建和初始化一个DVM实例，用于应用程序的运行。对于一些只读的系统库，所有的DVM实例都会和Zygote共享一块内存区域，从而节省了内存开销。

DVM与JIT（即时编译）

DVM还没有加入JIT功能时，DVM每次执行代码，都需要通过解释器将.dex编译成机器码，然后交给系统处理，但效率不高。为了提高效率，在Android2.2后就加入了JIT，它会对多次运行的代码（热点代码）进行编译，生成相当精简的本地机器码，这样下次执行到相同逻辑时，就可以直接使用编译之后的本地机器码，而不是每次都需要编译。不过，需要注意的是：应用程序每一次重新运行的时候，都需要重新做这个编译工作 ，因此每次重新打开应用程序，都需要JIT编译。

DVM的运行时堆

DVM的运行堆使用标记－清除算法进行GC，由两个Space和多个辅助数据结构组成。两个Space分别是Zygote Space（Zygote Heap）和Allocation Space（Active Heap)。Zygote Space用来管理Zygote进程在启动过程中预加载和创建的各种对象，它不会触发GC。在Zygote进程和应用程序之间会共享Zygote Space。在Zygote进程fork第一个子进程之前，会把Zygote Space分成两个部分，原来的已经被使用的那部分仍旧叫Zygote Space，而未使用那一个部分则就叫Allocation Space，以后的对象都会在Allocation Space上进行分配和释放。Allcation Space不是进程间共享的，在每个进程中都独立拥有一份。除了这两个Space，还有以下的辅助数据结构：

Card Table：当第一个次进程垃圾标记后，记录垃圾信息Heap Bitmap：有两个Heap Bitmap，一个用来记录上次GC存活的对象 ，另一个用来记录这次GC存活的对象。Mark Stack：在GC标记的阶段使用，它用来遍历存活象。

ART的时代

在Android4.4时，发布了ART虚拟机，用来替代Dalvik虚拟机，但anroid4.4上默认还是运行Dalvik。Android 5.0后才默认使用ART虚拟机。

ART与DVM的区别

DVM是为32位CPU设计的（注定会被淘汰），而ART支持64位并且兼容32位CPUART将GC暂停由2次改为1次ART的运行时堆与DVM不同DVM中的应用每次运行时，字节码都需要通过JIT编译器编译为机器码，这会使用应用程序的运行效率降低，在ART中，系统在安装应用时会进行一次AOT（ahead of time compilation，预编译），将字节码预先编译成机器码并存储在本地，这样应用程序运行时就不需要执行编译了，运行效率会大大提升，设备的耗电也会降低。采用AOT也会有缺点，主要有两个：（1）AOT会使得应用程序的安装时间变长，尤其是一些复杂的应用；（2）字节码预先编译成机器码，机器码需要的存储空间会多一些。为了解决这两个问题，在Android7.0中的ART加入了JIT，作为AOT的一个补充，在应用程序安装时并不会将字节码全部编译成机器码，而是在运行中将热点代码编译成机器码，从而缩短应用程序安装时间并节省了存储空间。

ART的运行时堆

与DVM的GC不同，ART采用了多种垃圾收集方案，每个方案会运行不同的垃圾收集器，默认是采用了CMS（Concurrent Mark-Sweep）方案，该方案主要使用了sticky-CMS和partial-CMS。根据不同的CMS方案，ART的运行时堆的空间也会有不同的划分，默认是由4个Space和多个辅助数据结构组成的。4个Space分别是Zygote Space、Allocation Space、Image Space、Large Object Space。Zygote Space、Allocation Space和DVM是一样的。Image Space是用来存放 一些预加载类，Large Object Space用来分配一些大对象。其中 Zygote Space和Image Space是进程间共享的。除了这四个Space，ART的Java堆中还包括两个Mod Union Table，一个Card Table、两个Heap Bitmap，两个Object Map，以及三个Object Stack。

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