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扒一扒 Android 运行时: DVM vs ART

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唐先僧
2017.04.08 10:59* 字数 1519

在了解 Android 运行时之前,我们需要了解什么是运行时环境以及一些基本概念,即 Java 虚拟机(JVM)和 Dalvik 虚拟机(DVM)的功能。

什么是运行时?

简单来说,运行时就是一个供操作系统使用的系统,它负责将你用高级语言(比如 Java)编写的代码转换成 CPU/处理器能够理解的机器码。

运行时由你的程序运行时所执行的指令构成,尽管本质上它们不属于程序代码的任何一部分。

CPU (或者更通用的说法电脑)只能够理解机器语言(二进制代码),所以为了使程序能够在 CPU 上运行,就必须将它们翻译成机器码,这一工作由翻译器完成。

这里按序列出历代翻译器:

1.汇编器

它直接将汇编语言翻译成机器码,所以它的速度非常快。

2.编译器

它将源码翻译成汇编语言,然后再用汇编器转换成机器码。这种方式编译过程很慢但是执行速度很快。但是使用编译器最大的问题是编译出来的机器码依赖于特定的平台。换句话说,在一台机器上可以运行的代码在另一台不同的机器上可能就无法运行。

3.解释器

它在执行程序时才翻译代码。由于代码翻译是在执行阶段才发生,所以执行速度很慢。

JAVA 代码是怎么执行的?

为了使代码和平台无关,JAVA开发了 JVM,即 Java 虚拟机。它为每一个平台开发一个 JVM,也就意味着 JVM 是和平台相关的。Java 编译器将 .java 文件转换成 .class文件,也就是字节码。最终将字节码提供给 JVM,由 JVM 将它转换成机器码。

这比解释器要快但是比 C++ 编译要慢。

Android 代码是怎么执行的

在 Android 中,Java 类被转换成 DEX 字节码。DEX 字节码通过 ART 或者 Dalvik runtime 转换成机器码。这里 DEX 字节码和设备架构无关。

Dalvik 是一个基于 JIT(Just in time)编译的引擎。使用 Dalvik 存在一些缺点,所以从 Android 4.4(Kitkat)开始引入了 ART 作为运行时,从 Android 5.0(Lollipop)开始 ART 就全面取代了Dalvik。Android 7.0 向 ART 中添加了一个 just-in-time(JIT)编译器,这样就可以在应用运行时持续的提高其性能。

重点:Dalvik 使用 JIT(Just in time)编译而 ART 使用 AOT(Ahead of time)编译。

下图描述了 Dalvik 虚拟机和 Java 虚拟机之间的差别。

Just In Time (JIT)

使用 Dalvik JIT 编译器,每次应用在运行时,它实时的将一部分 Dalvik 字节码翻译成机器码。在程序的执行过程中,更多的代码被被编译并缓存。由于 JIT 只翻译一部分代码,它消耗的更少的内存,占用的更少的物理存储空间。

Ahead Of Time(AOT)

ART 内置了一个 Ahead-of-Time 编译器。在应用的安装期间,他就将 DEX 字节码翻译成机器码并存储在设备的存储器上。这个过程只在将应用安装到设备上时发生。由于不再需要 JIT 编译,代码的执行速度要快得多。

由于 ART 直接运行的是应用的机器码(native execution),它所占用的 CPU 资源要少于 使用 JIT 编译的 Dalvik。由于占用较少的 CPU 资源也就消耗更少的电池资源。

ART 和 Dalvik 一样使用的是相同的 DEX 字节码。编译好的应用如果使用 ART 在安装时需要额外的时间用于编译,同时还需要更多的空间用于存储编译后的代码。

Android 为什么要使用虚拟机?

Android 使用虚拟机作为其运行环境是为了运行 APK 文件构成的 Android 应用。它的优点有:

  • 应用代码和核心的操作系统分离。所以即使任意一个程序中包含恶意的代码也不会直接影响系统文件。这使得 Android 操作系统更稳定可靠。
  • 它提高了跨平台兼容性或者说平台独立性。这意味着即使某一个应用是在 PC 上编译的,它也可以通过虚拟机在移动平台上执行。

ART 的优点

  • 应用运行更快,因为 DEX 字节码的翻译在应用安装是就已经完成。
  • 减少应用的启动时间,因为直接执行的是 native 代码。
  • 提高设备的续航能力,因为节约了用于一行一行解释字节码所需要的电池。
  • 改善的垃圾回收器
  • 改善的开发者工具

ART 的缺点

  • 应用安装需要更长的时间,因为 DEX 字节码需要在安装时就翻译成机器码。
  • 由于在安装时时生成的 native 机器码是存储在内部存储器上,所以需要更多的内部存储空间。

结论

DEX 是专门为 Android 设计的一种字节码格式,主要是为了消耗更少的内存进行优化。ART 是为了在低端设备上运行多个虚拟机而开发的,这一目的通过使用 DEX 字节码实现。它使得应用的 UI 反应更及时。这就是我个人的全部观点。更多关于 ART 和 Dalvik 的细节可以参考Android 官方文档

本文译自Closer Look At Android Runtime: DVM vs ART

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