Android---DVM以及ART对JVM进行优化

本文主要是介绍Android---DVM以及ART对JVM进行优化，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

Dalvik

Dalvik 是 Google 公司自己设计用于 Android 平台的 Java 虚拟机，Android 工程师编写的 Java 或者 Kotlin 代码最终都是在这台虚拟机中被执行的。在 Android 5.0 之前叫作 DVM，5.0 之后改为 ART（Android Runtime）。在整个 Android 操作系统中，ART 位于图中红框位置。

虚拟机必须符合 Java 虚拟机规范，也就是要通过 JCM(Java Compliance Kit)的测试并获得授权。但是 DVM/ART 并没有得到授权。DVM 大多数实现与传统的 JVM 相同

$\bullet$ Android 最初是被设计用于手机端，对内存空间要求较高；

$\bullet$ 起初 Dalvik 目标是只运行在 ARM 架构的 CPU 上。

针对这几种情况，Android DVM 有了自己独有的优化措施。

Dex 文件

传统 Class 文件是由一个 Java 源码文件生成的 .class 文件。Android 是把所有 Class 文件进行合并优化，然后生成一个最终的 class.dex 文件。dex 文件去除了 class 文件中的冗余信息（比如重复字符常量），并且结构更加紧凑。因此在 dex 解析阶段，可以减少 I/O 操作，提高了类的查找速度。

实例演示

1. 创建2个 java 类 Dex1.java 和 Dex2.java

public class Dex1 {private int num = 1;public int add(int i, int j) {return i + j;}
}

public class Dex4 {private int num = 1;private int count = 0;public int add(int i) {return i + num;}
}

2. 通过 javac 命令将它们编译为 .class 文件

javac Dex1.java
javac Dex2.java

3. 通过以下命令将 Dex1.class 和 Dex2.class 打包到一个 jar 文件中

jar cvf AllDex.jar Dex1.class Dex2.class

4. 使用 dx 命令将 AllDex.jar 进行优化，并生成 AllDex.dex 文件

dx --dex --output allDex.dex AllDex.jar

注意: dx 命令需要配置环境变量中。

5. 通过 Android SDK 中的工具 dexdump 查看其字节码

dexdump -d -l plain AllDex.dex

结果如下

架构基于寄存器&基于堆栈结构

JVM 指令集是基于栈结构来执行的，Android 是基于寄存器的，是在内存中模拟一组寄存器。Android 的字节码（smali）更多的是二地址指令和三地址指令。

DVM 字节码和 JVM 字节码的区别，如下代码示例：

public int add(int i, int j){return i +j;
}

1. 编译为 Dex1.class 文件后，add 方法的字节码如下，通过4行指令完成

2. 通过 dx 命令将 Dex1.class 优化为 .dex 文件后，再次查看它的 Dalvik 字节码。

add-int 指令需要3个寄存器参数：v0、v1、v2，这个指令会将 v2 和 v3 进行相加运算，然后将结果保存在寄存器 v0 中。return 指令将结果返回。

Dalvik 通过2行指令完成。基于寄存器的指令比基于栈的指令少，但基于寄存器的指令更长。二者比较如下：

内存管理与回收

DVM 和 JVM 另一个显著的不同就是内存结构的区别，主要体现在对堆内存的管理。Dalvik 虚拟机中将堆内存划分为两部分：Active Heanp 和 Zygote Heap。如下图所示

图中的 Card Table 和两个 Heap Bitmap 主要用来记录垃圾收集过程中对象的引用情况。

为什么要分 Zygote 和 Active 两部分？

Android 系统中的第一个 Dalvik 虚拟机是由 Zygote 进程创建的，而应用程序进程是由 Zygote 进程 fork 出来的。Zygote 进程是在系统启动时创建的，它会完成虚拟机的初始化、库的加载、预置类库的加载和初始化等操作。

在系统需要一个新的虚拟机实例时，Zygote 通过复制自身最快速的提供一个进程。另外对于一些只读的系统库，所有的虚拟机实例都与 Zygote 共享一块内存区域，大大减少了内存开销。如下图所示

当启动一个应用时，Android 的操作系统需要为应用程序创建新的进程，而这一操作是通过一种写实拷贝技术直接复制 Zygote 进程而来。这就意味着在开始的时候，应用程序进程和 Zygote 进程共享了同一个用来分配内存的堆。然而，当 Zygote 进程或者应用程序进程对该堆进行写操作时，内存就会进行真正的拷贝操作，使得 Zygote 进程和应用程序进程分别拥有自己的一份拷贝。拷贝是一件费时费力的事情，因此为了尽量避免拷贝，Dalvik 虚拟机将自己的堆划分为了两部分。

Zygote 进程在启动过程中创建 Dalvik 虚拟机时，只有一个堆。但是当 Zygote 进程在 fork 第一个应用程序进程之前，会将已经使用的那部分堆内存划分为一部分，把还没有使用的堆内存划分为另外一部分。前者就称为 Zygote 堆，后者就称为 Active 堆。无论是 Zygote 进程，还是应用程序进程，当它们需要分配对象的时候，都在 Active 堆上进行。这样就可以使得 Zygote 堆尽可能少的被执行写操作，可以减少执行写时拷贝的操作时间。

Dalvik 虚拟机堆

在 Dalvik 虚拟机中，堆实际上就是一块匿名共享内存。Dalvik 虚拟机并不是直接管理这块匿名共享内存，而是将它封装成一个 mspace，交给 C 库来管理。

为什么这么做呢？

因为内存碎片问题是一个通用问题，不只是 Dalvik 虚拟机、 Java 堆为对象分配内存时会遇到，在 C 库的 malloc 函数在分配内存时也会遇到。

Android 系统使用的 C 库 bionic，使用了 Doug Lea 写的 dlmalloc 内存分配器。调用函数 malloc 的时候，使用的是 dlmalloc 内存分配来分配内存。这是一个成熟的内存分配器，可以很好的解决内存碎片问题。因此，Dalvik 虚拟机就很机制的利用 C 库里面的dlmalloc 分配器来解决内存碎片问题。

这篇关于Android---DVM以及ART对JVM进行优化的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！