Android系統架構詳解(2)--Android Runtime

現在再說Android Runtime和以前說的Android Runtime有所不同了，因為現在的Android Runtime是ART機制，是google android4.4新的執行機制。ART 的機制與 Dalvik 不同。在 Dalvik 下，應用每次執行的時候，位元組碼都需要通過即時編譯器轉換為機器碼，這會拖慢應用的執行效率，而在 ART 環境中，應用在第一次安裝的時候，位元組碼就會預先編譯成機器碼，使其成為真正的本地應用。這個過程叫做預編譯（AOT,Ahead-Of-Time）。這樣的話，應用的啟動和執行都會變得更加快速。

開篇就說了這麼多專業詞是不是有點蒙了，說實話我自己也暈，因為我是應用開發，而且是半路轉行做的開發，對計算機原理一類的東西認知度接近於0，先說說以前的Dalvik吧。知過去才能懂現在。

(一) Dalvik

關於Dalvik的文章寫了好幾天，本來已經總結了好幾百字了，發現說的條例有點亂，後來無意中發現一位大俠寫的相當好，但是太深了，所以我就直接將做了一個精簡，重新整理了一下，原帖網址為http://blog.csdn.net/andyxm/article/details/6126907，文中大部分專業知識引用於此，有興趣的童鞋可以自己做更深的研究。

我們通過四個問題來了解Dalvik：

1. 什麼是Dalvik虛擬機器?
2. Dalvik VM與JVM有什麼區別？
3. 有什麼新的特點？
4. Dalvik VM的架構是怎麼樣的？

前三個問題下文中做了總結和引導，這第四個問題。。。尼瑪，這個架構看的我是頭昏眼花，研究了好久，只明白了冰山一角。反正我不明白也就不隨便亂說了，有興趣的自己去原部落格看吧。

1) 什麼是Dalvik虛擬機器?

首先，回顧一下什麼是java虛擬機器。Java虛擬機器（JVM）是一個虛構出來的計算機，是通過在實際的計算機上模擬模擬各種計算機功能來實現的。它有自己完善的硬體架構（如處理器、堆疊、暫存器等），還具有相應的指令系統。使用“Java虛擬機器”程式就是為了支援與作業系統無關、在任何系統中都可以執行的程式。

因此，我們不妨對Dalvik虛擬機器作出這樣的描述：

Dalvik虛擬機器是Android程式的虛擬機器，是Android中Java程式的執行基礎。其指令集基於暫存器架構，執行其特有的檔案格式——dex位元組碼來完成物件生命週期管理、堆疊管理、執行緒管理、安全異常管理、垃圾回收等重要功能。它的核心內容是實現庫（libdvm.so），大體由C語言實現。依賴於Linux核心的一部分功能——執行緒機制、記憶體管理機制，能高效使用記憶體，並在低速CPU上表現出的高效能。每一個Android應用在底層都會對應一個獨立的Dalvik虛擬機器例項，其程式碼在虛擬機器的解釋下得以執行。

2) Dalvik VM與JVM有什麼區別？

Dalvik VM ≠Java VM
Dalvik 執行的是特有的DEX檔案格式，而JVM執行的是*.class檔案格式。
Dalvik 基於暫存器，而JVM基於棧。

基於棧與基於暫存器的架構，誰更快？現在實際的處理器，大多都是基於暫存器的架構，從側面反映出基於暫存器比基於棧的架構更與實際的處理器接近。但對於VM來說，源架構的求值棧或者暫存器都可能是用實際機器的記憶體來模擬的，所以效能特性與實際硬體又有不同。一般認為基於暫存器架構的Dalvik VM比基於棧架構JVM執行效率更高，原因是：雖然零地址指令更緊湊，但完成操作需要更多的load/store指令，也意味著更多的指令分派（instruction dispatch）次數與記憶體訪問次數；訪問記憶體是執行速度的一個重要瓶頸，二地址或三地址指令雖然每條指令佔的空間較多，但總體來說可以用更少的指令完成操作，指令分派與記憶體訪問次數都較少。

Dalvik優勢：
A. 在編譯時提前優化程式碼而不是等到執行時
B. 虛擬機器很小，使用的空間也小；被設計來滿足可高效執行多種虛擬機器例項。
C. 常量池已被修改為只使用32位的索引，以簡化直譯器

3) Dalvik VM有什麼新的特點？

Dalvik VM的新特點可以概括為：一個應用，一個虛擬機器例項，一個程式！！！

每一個Android應用都執行在一個Dalvik虛擬機器例項裡，而每一個虛擬機器例項都是一個獨立的程式空間。每個程式之間可以通訊（IPC，Binder機制實現）。虛擬機器的執行緒機制，記憶體分配和管理，Mutex等等都是依賴底層作業系統而實現的。

不同的應用在不同的程式空間裡執行，當一個虛擬機器關閉或意外中止時不會對其它虛擬機器造成影響，可以最大程度的保護應用的安全和獨立執行。

有一張圖，很牛逼，總結的很精闢：

(二) ART

這是android4.4的新東西，還在研究呢，除了官網沒有太多可參考的材料，加上時間有限，我就從百度百科裡扒下來一部分內容略作修改，以後慢慢再做總結改進。

從 Android 4.4 開始，Google 開發者引進了新的Android 執行環境 ART（意思就是 Android Runtime。Android 官方頁面的介紹中，也將其稱作新的虛擬機器），以替代舊的 Dalvik VM。它現在是實驗選項，系統預設的執行環境仍然是 Dalvik。ART 會為 Android 帶來怎樣的改變？AndroidPolice 網站對此進行了分析。

ART 的機制與 Dalvik 不同。在 Dalvik 下，應用每次執行的時候，位元組碼都需要通過即時編譯器轉換為機器碼，這會拖慢應用的執行效率，而在 ART 環境中，應用在第一次安裝的時候，位元組碼就會預先編譯成機器碼，使其成為真正的本地應用。這個過程叫做預編譯（AOT,Ahead-Of-Time）。這樣的話，應用的啟動和執行都會變得更加快速。

根據一些基準測試，新的執行環境能夠使大多數應用的執行時間減半。這意味著，CPU 消耗大、執行時間長的應用能夠更加快速地完成，而一般的應用也能更加流暢，比如動畫效果更順暢，觸控反饋更加即時。在多核處理器的裝置上，多數情況下只需啟用少量的核心，或者能夠更好的利用 ARM 的 big.LITTLE 架構。另外，它將會顯著提升電池的續航能力以及系統的效能。

預編譯也會帶來一些缺點。一方面，機器碼佔用的儲存空間更大。位元組碼變為機器碼之後，可能會增加 10%-20%，不過在應用包中，可執行的程式碼常常只是一部分。比如最新的 Google+ APK 是 28.3 MB，但是程式碼只有 6.9 MB。另一方面，應用的安裝時間會變長。至於延長多少時間，取決於應用本身，一些複雜的應用如 Facebook 和 Google+ 會讓你等待更長時間。

總的來說，ART 的優點還是遠遠超越其缺點的，執行起來更有效率、耗電更少、佔的記憶體也更低。畢竟，影響使用者體驗的要素中，電池續航和應用順暢執行更為重要。我們仍然不知道 ART 何時能夠替代 Dalvik，不過 AndroidPolice 網站說，Google 已經祕密開發了兩年之久。Android 擺脫卡頓的希望，看來就是它了。