【Android】Android虚拟机

虚拟机

Android的虚拟机主要有两种：Dalvik 虚拟机和 ART（Android Runtime）虚拟机。

Dalvik 虚拟机
Dalvik 虚拟机是 Android 早期使用的虚拟机，它基于寄存器架构。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。Dalvik 执行的是经过转换优化后的 dex（Dalvik Executable）字节码文件，而不是传统的 Java 字节码。Dalvik 虚拟机针对移动设备的特点进行了优化，具有较小的内存占用和较高的执行效率。每个应用程序都在独立的 Dalvik 虚拟机实例中运行，实现了应用程序之间的隔离。

ART 虚拟机
自 Android 5.0（Lollipop）起，Android 引入了 ART 虚拟机作为默认的运行环境。ART 使用 Ahead-Of-Time（AOT）编译技术，将 dex 字节码在应用安装时预先编译成本地机器码，这样在运行时就无需再进行实时的字节码转换，提高了应用程序的启动速度和执行效率。与 Dalvik 不同，ART 的执行方式更接近于传统的 Java 虚拟机，采用基于堆栈的指令集。

区别

基于寄存器的虚拟机

在基于寄存器的虚拟机中，将数据保存在寄存器中。虚拟寄存器可以看作是一个数组，用于存储局部变量、参数和临时变量等运行时数据。每个虚拟寄存器都有自己的编号，可以通过编号来访问和操作寄存器中的值。

在 Dalvik VM 中，每个线程都有自己的程序计数器（Program Counter，PC）和调用栈。程序计数器用于记录当前线程执行到的指令位置，而调用栈则用于保存方法调用的活动记录，每个活动记录称为一个帧（frame）。每个帧包含了方法的局部变量表和操作数寄存器等信息。

因此，对于基于寄存器的虚拟机来说，数据存放在寄存器中，虚拟寄存器是一个数组，保存在运行时栈中。每个线程都有自己的程序计数器和调用栈，方法调用的活动记录以帧为单位保存在调用栈上。

基于栈的虚拟机

每个虚拟机运行时线程都有自己独立的栈。栈用来记录方法调用的历史，每当一个方法被调用时，就会在栈中创建一个新的栈帧（stack frame）。栈帧包含了方法的局部变量表、操作数栈以及一些额外的信息。

栈的顶部栈帧被称为当前栈帧，代表当前正在执行的方法。栈帧中的局部变量表用于存储方法中定义的局部变量和参数，而操作数栈用于执行方法中的操作。

基于栈的虚拟机通过操作数栈进行所有的指令操作。指令可以从操作数栈中取出操作数，执行相应的操作，然后将结果再次压入操作数栈中。这种基于栈的指令集设计简洁紧凑，并且不依赖于具体的硬件架构，因此能够实现较好的跨平台性。

当方法执行完成或者遇到方法调用时，当前栈帧会被弹出，并且恢复到上一个栈帧，继续执行上一个方法。这样，通过不断创建和销毁栈帧，基于栈的虚拟机能够实现方法之间的无缝切换和控制流的管理。

总结起来，基于栈的虚拟机使用独立的栈来记录方法调用历史，每个栈帧代表一个方法的执行上下文，包含局部变量表和操作数栈。通过操作数栈进行指令操作，实现方法间的切换和控制流管理。这种设计具有简洁、紧凑和跨平台等特点。

Android程序安装优化

当一个应用在 Android 系统上被安装时，会根据所使用的运行时环境（Dalvik 或 ART）执行不同的优化过程。

在 Dalvik 虚拟机中，应用在安装过程中会进行一次优化，将应用的 dex 字节码转换为优化的可执行文件 odex（Optimized DEX）文件。这个优化过程由 dexopt 工具完成。dexopt 根据设备配置和系统策略，对 dex 文件进行字节码优化、预解析和预验证等操作，并生成 odex 文件。odex 文件包含了已经优化过的字节码以及相关的元数据信息，加速了应用运行时的加载和执行速度。

而在 ART（Android Runtime）中，引入了预先编译机制（Ahead Of Time Compilation）。在应用安装时，ART 使用设备自带的dex2oat工具将应用的 dex 字节码直接编译成本地机器码，也就是将应用的 dex 文件转换为 ELF（Executable and Linkable Format）可执行文件。这个编译过程可以发生在应用安装期间，也可以在应用首次运行时发生，具体取决于设备和系统策略。

通过将 dex 字节码编译为本地机器码，ART 提供了更高的应用执行性能和更低的内存占用。与 Dalvik 不同，ART 在应用运行时无需进行即时编译（Just-In-Time Compilation），而是直接执行本地机器码，提高了应用的响应速度和效率。

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