淺談 JVM 6：Android 虛擬機對比

Android 開發(fā)最初使用 Java 作為主要開發(fā)語言，后來由于版權(quán)等原因，Google 官方目前推薦使用 Kotlin。但無論是 Java 還是 Kotlin，都是需要編譯成字節(jié)碼，然后經(jīng)過 Android 特有的優(yōu)化，運行在 Android 虛擬機中的。JVM 主要為電腦而設(shè)計，直接在手機設(shè)備上使用會有很多問題，比如耗電等。Android 虛擬機也針對手機設(shè)備做了一些優(yōu)化。

本文來簡單對比一下 JVM 和 Android 虛擬機。

虛擬機在類型上分為兩種。

1.系統(tǒng)虛擬機：一個完整的虛擬機，提供了真實硬件的模擬，比如 VirtualBox、VMware 屬于此類；2.處理虛擬機：通過解析指令的方式來執(zhí)行程序，主要目標(biāo)是提供一個平臺無關(guān)的環(huán)境。

JVM vs DVM

Java 虛擬機屬于第二類，主要提供了平臺無關(guān)的 Java 代碼執(zhí)行環(huán)境，其中一種方式就是通過解析字節(jié)碼的方式運行。

JVM 工作流程可以主要參考 “淺談 JVM 4：類加載機制” 一文，在此不再詳述。

Android 系統(tǒng)采用 VM 來運行上層程序有兩個原因：

1.安全：應(yīng)用層代碼運行在 VM 中，和系統(tǒng)其他代碼完全隔離，能夠保證應(yīng)用和系統(tǒng)的安全；2.平臺無關(guān)：相同的代碼可以運行在不同的架構(gòu)中（ARM，MIPs，x86）。

Android 的虛擬機叫做 Dalvik Virtual Machine（DVM），該虛擬機能夠執(zhí)行 Dalvik EXecutable 字節(jié)碼，可以使用 dx/d8 工具從 Java 字節(jié)碼轉(zhuǎn)換而來。轉(zhuǎn)換過程中做了內(nèi)存、處理速度的優(yōu)化。相當(dāng)于從多個 .class 文件編譯為 .dex 文件放在 APK 中。

棧 vs 寄存器

根據(jù)我們前幾篇文章分析，JVM 是基于棧的虛擬機，而 DVM 基于寄存器?；诩拇嫫鞯奶摂M機使用更少的指令集、更少的代碼和更少的內(nèi)存操作，所以在性能上也有更好的表現(xiàn)。

這兩者的差異意味著 Android 虛擬機的指令集中更多的是類似于匯編語言中的?move?等指令，而非 JVM 的?push、pop。

DVM vs ART

ART 用于替代早期的 DVM，ART 為了兼容以前的程序，同樣使用 dex 字節(jié)碼。但是在安裝時會使用 dex2oat 將 dex 字節(jié)碼轉(zhuǎn)換為 oat 本地碼。

除此之外，ART 優(yōu)化了垃圾回收機制、更快的本地方法調(diào)用、更加省電、應(yīng)用程序啟動更快、更好的運行時性能等。

你可以通過下圖查看不同虛擬機的 apk 在安裝后文件結(jié)構(gòu)的差異。

JIT vs AOT

Just In Time（JIT）在 JVM 有對應(yīng)機制，在 Android 2.2 添加到虛擬機中。這是一種運行時優(yōu)化熱點代碼的機制，即當(dāng)虛擬機發(fā)現(xiàn)某段代碼運行次數(shù)夠多時，會將該段代碼編譯為機器碼，下次執(zhí)行該該代碼時，直接運行機器碼即可。這優(yōu)化了程序運行性能。

Ahead of Time（AOT）是在安裝應(yīng)用時，將字節(jié)碼編譯為本地機器碼。這減少了運行時編譯的時間，提高了運行性能。但增大了安裝耗時和存儲空間占用。

總結(jié)

我們這次簡單對比了下兩個虛擬機的異同。掌握了本系列文章中涉及的知識之后，其實就已經(jīng)具備了自己寫一個虛擬機的理論知識。如何手寫一個虛擬機？我們有機會聊聊。

拓展資料

?Android 運行時^[1]?dex 文件格式^[2]?Dalvik 指令集^[3]

References

[1]?Android 運行時:?https://source.android.com/devices/tech/dalvik
[2]?dex 文件格式:?https://source.android.com/devices/tech/dalvik/dex-format
[3]?Dalvik 指令集:?https://source.android.com/devices/tech/dalvik/dalvik-bytecode