Android 虚拟机学习总结Dalvik虚拟机介绍

Android 虚拟机学习总结Dalvik虚拟机介绍

1、Dalvik虚拟机与Java虚拟机的最显著区别是它们分别具有不同的类文件格式以及指令集。Dalvik虚拟机使用的是dex（Dalvik Executable）格式的类文件，而Java虚拟机使用的是class格式的类文件。一个dex文件可以包含若干个类，而一个class文件只包括一个类。由于一个dex文件可以包含若干个类，因此它就可以将各个类中重复的字符串和其它常数只保存一次，从而节省了空间，这样就适合在内存和处理器速度有限的手机系统中使用。一般来说，包含有相同类的未压缩dex文件稍小于一个已经压缩的jar文件。

2、Dalvik虚拟机使用的指令是基于寄存器的，而Java虚拟机使用的指令集是基于堆栈的。基于堆栈的指令很紧凑，例如，Java虚拟机使用的指令只占一个字节，因而称为字节码。基于寄存器的指令由于需要指定源地址和目标地址，因此需要占用更多的指令空间，例如，Dalvik虚拟机的某些指令需要占用两个字节。基于堆栈和基于寄存器的指令集各有优劣，一般而言，执行同样的功能，前者需要更多的指令（主要是load和store指令），而后者需要更多的指令空间。需要更多指令意味着要多占用CPU时间，而需要更多指令空间意味着数据缓冲（d-cache）更易失效。

 

3、此外，还有一种观点认为，基于堆栈的指令更具可移植性，因为它不对目标机器的寄存器进行任何假设。然而，基于寄存器的指令由于对目标机器的寄存器进行了假设，因此，它更有利于进行AOT（ahead-of-time）优化。 所谓AOT，就是在解释语言程序运行之前，就先将它编译成本地机器语言程序。AOT本质上是一种静态编译，它是是相对于JIT而言的，也就是说，前者是在程序运行前进行编译，而后者是在程序运行时进行编译。运行时编译意味着可以利用运行时信息来得到比较静态编译更优化的代码，同时也意味不能进行某些高级优化，因为优化过程太耗时了。另一方面，运行前编译由于不占用程序运行时间，因此，它就可以不计时间成本来优化代码。无论AOT，还是JIT，最终的目标都是将解释语言编译为本地机器语言，而本地机器语言都是基于寄存器来执行的，因此，在某种程度来讲，基于寄存器的指令更有利于进行AOT编译以及优化。

4、不管结论如何，Dalvik虚拟机都在尽最大的努力来优化自身，这些措施包括：

（1）. 将多个类文件收集到同一个dex文件中，以便节省空间；

（2） 使用只读的内存映射方式加载dex文件，以便可以多进程共享dex文件，节省程序加载时间；

（3） 提前调整好字节序（byte order）和字对齐（word alignment）方式，使得它们更适合于本地机器，以便提高指令执行速度；

（4） 尽量提前进行字节码验证（bytecode verification），提高程序的加载速度；

（5） 需要重写字节码的优化要提前进行。

 

5、内存管理

 

Dalvik虚拟机的内存大体上可以分为Java Object Heap、Bitmap Memory和Native Heap三种。

Java Object Heap是用来分配Java对象的，也就是我们在代码new出来的对象都是位于Java Object Heap上的。Dalvik虚拟机在启动的时候，可以通过-Xms和-Xmx选项来指定Java Object Heap的最小值和最大值。为了避免Dalvik虚拟机在运行的过程中对Java Object Heap的大小进行调整而影响性能，我们可以通过-Xms和-Xmx选项来将它的最小值和最大值设置为相等。

 

这个Java Object Heap的最大值也就是我们平时所说的Android应用程序进程能够使用的最大内存。这里必须要注意的是，Android应用程序进程能够使用的最大内存指的是能够用来分配Java Object的堆。

在HoneyComb以及更高的版本中，Bitmap Memory就直接是在Java Object Heap中分配了，这样就可以直接接受GC的管理。

 

Native Heap就是在Native Code中使用malloc等分配出来的内存，这部分内存是不受Java Object Heap的大小限制的，也就是它可以自由使用，当然它是会受到系统的限制。但是有一点需要注意的是，不要因为Native Heap可以自由使用就滥用，因为滥用Native Heap会导致系统可用内存急剧减少，从而引发系统采取激进的措施来Kill掉某些进程，用来补充可用内存，这样会影响系统体验。

6、垃圾收集

Dalvik虚拟机可以自动回收那些不再使用了的Java Object，也就是那些不再被引用了的Java Object。垃圾自动收集机制将开发者从内存问题中解放出来，极大地提高了开发效率，以及提高了程序的可维护性。

 

在GingerBread以及更高的版本中，Dalvik虚拟使用的垃圾收集机制得到了改进，如下所示：

（1） Cocurrent，也就是大多数情况下，垃圾收集线程与其它线程是并发执行的；

（2）Partial collection，也就是一次可能只收集一部分垃圾；

（3）一次垃圾收集造成的程序中止时间通常都小于5ms。

 

 

7、进程和线程管理

一般来说，虚拟机的进程和线程都是与目标机器本地操作系统的进程和线程一一对应的，这样做的好处是可以使本地操作系统来调度进程和线程。进程和线程调度是操作系统的核心模块，它的实现是非常复杂的，特别是考虑到多核的情况，因此，就完全没有必要在虚拟机中提供一个进程和线程库。

 

Dalvik虚拟机运行在Linux操作系统之上。我们知道，Linux操作系统并没有纯粹的线程概念，只要两个进程共享同一个地址空间，那么就可以认为它们同一个进程的两个线程。Linux操作系统提供了两个fork和clone两个调用，其中，前者就是用来创建进程的，而后者就是用来创建线程的。

 

关于Android应用程序进程，它有两个很大的特点，下面我们就简要介绍一下。

 

第一个特点是每一个Android应用程序进程都有一个Dalvik虚拟机实例。这样做的好处是Android应用程序进程之间不会相互影响，也就是说，一个Android应用程序进程的意外中止，不会影响到其它的Android应用程序进程的正常运行。

 

第二个特点是每一个Android应用程序进程都是由一种称为Zygote的进程fork出来的。Zygote进程是由init进程启动起来的，也就是在系统启动的时候启动的。Zygote进程在启动的时候，会创建一个虚拟机实例，并且在这个虚拟机实例将所有的Java核心库都加载起来。每当Zygote进程需要创建一个Android应用程序进程的时候，它就通过复制自身来实现，也就是通过fork系统调用来实现。这些被fork出来的Android应用程序进程，一方面是复制了Zygote进程中的虚拟机实例，另一方面是与Zygote进程共享了同一套Java核心库。这样不仅Android应用程序进程的创建过程很快，而且由于所有的Android应用程序进程都共享同一套Java核心库而节省了内存空间。

 

摘至：http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/8852432