小白理解安卓虚拟机以及华为的'诺亚方舟'
Kaspar_Choo 人气:2虚拟机，提到虚拟机，大家可能第一反应就是java中好像有虚拟机这个玩意。但是安卓中的虚拟机是什么呢？是和java一样的吗？那么我们先来了解一下java中的JVM！
JVM，搞java的肯定对它了解不少。JVM本质上就是一个软件，是计算机硬件的一层软件抽象，在这之上才干够运行Java程序，JAVA在编译后会生成相似于汇编语言的JVM字节码，与C语言编译后产生的汇编语言不同的是，C编译成的汇编语言会直接在硬件上跑。但JAVA编译后生成的字节码是在JVM上跑，须要由JVM把字节码翻译成机器指令。才干使JAVA程序跑起来。JVM运行在操作系统上，屏蔽了底层实现的差异。从而有了JAVA吹嘘的平台独立性和Write Once Run Anywhere。依据JVM规范实现的详细虚拟机有几十种，主流的JVM包括Hotspot、Jikes RVM等。都是用C/C++和汇编编写的，每一个JRE编译的时候针对每一个平台编译。因此下载JRE（JVM、Java核心类库和支持文件）的时候是分平台的，JVM的作用是把平台无关的.class里面的字节码翻译成平台相关的机器码，来实现跨平台。
说白了，简单点，就是：
Java
.java文件 -> .class文件 -> .jar文件
最后执行是class文件，有的会被再次打包成jar文件。
了解了这些之后，我们再去了解Android 中的虚拟机。
一、Dalvik虚拟机
Dalvik虚拟机（ Dalvik Virtual Machine ），简称Dalvik VM或者DVM。这就是Android中的虚拟机。最初它的产生，是因为Google为了解决与Oracle之间关于Java相关专利和授权的纠纷，开发了DVM。
Android既然存在虚拟机，肯定也是在这个DVM上执行的。它的执行流程和JVM很像：
Android
.java文件 –> .class文件 -> .dex文件->.apk
DVM执行的是.dex格式文件，JVM执行的是.class文件，android程序编译完之后生产.class文件，然后，dex工具会把.class文件处理成.dex文件，然后把资源文件和.dex文件等打包成.apk文件，apk就是android package的意思。
除了上面所说的，专利授权的原因除外，其实还有因为如下原因：
dvm是基于寄存器的虚拟机，而jvm是基于虚拟栈的虚拟机。寄存器存取速度比栈快得多，dvm可以根据硬件实现最大的优化，比较适合移动设备。
class文件存在很多的冗余信息，dex工具会去除冗余信息，并把所有的.class文件整合到.dex文件中，减少了I/O操作，提高了类的查找速度。
不光是上面这些差异，还有运行环境。
Dalvik : 一个应用启动都运行一个单独的虚拟机运行在一个单独的进程中
JVM: 只能运行一个实例, 也就是所有应用都运行在同一个JVM中
这个是早先的安卓虚拟机，运行速度还是相当慢的。基于寄存器的虚拟机允许更快的执行时间，但代价是编译后的程序更大。于是新的Dex字节码格式odex产生了。它的作用等同于dex，只不过是dex优化后的格式。在App安装的过程中，会通过Socket向/system/bin/install进程发送dex_opt的指令，对Dex文件进行优化。在DexClassLoader动态加载Dex文件时，也会进行Dex的优化，形成odex文件。
为了适应硬件速度的提升，随后在Android 2.2的DVM中加入了JIT 编译器（Just-In-Time Compiler）。Dalvik 使用 JIT 进行即时编译，借助 Java HotSpot VM，JIT 编译器可以对执行次数频繁的 dex/odex 代码进行编译与优化，将 dex/odex 中的 Dalvik Code（Smali 指令集）翻译成相当精简的 Native Code 去执行，JIT 的引入使得 Dalvik 的性能提升了 3~6 倍。
JIT编译器的引入，提升了安装速度，减少了占用的空间，但随之带来的问题就是：多个dex加载会非常慢；JIT中的解释器解释的字节码会带来CPU和时间的消耗；还有热点代码的Monitor一直在运行带来电量的损耗。
这种情况下，手机动不动就卡是难以避免的。相信各位如果那时候用着Android手机，一定印象非常深刻。因为并不是那么好用。
这样的状况一直持续到Andorid 4.4，带来了全新的虚拟机运行环境 ART（Android RunTime）的预览版和全新的编译策略 AOT（Ahead-of-time）。但那时候。 ART 是和 Dalvik 共存的，用户可以在两者之间进行选择（感觉很奇怪，作为一个爱好者，我当时看到这个东西可以切换都是不晓得是什么玩意，用户可都是小白啊，没有必要共存的吧）。在Android 5.0的时候，ART 全面取代 Dalvik 成为 Android 虚拟机运行环境，至此。Dalvik 退出历史舞台，AOT 也成为唯一的编译模式。
二、ART
AOT 和 JIT 的不同之处在于：JIT 是在运行时进行编译，是动态编译，并且每次运行程序的时候都需要对 odex 重新进行编译；而 AOT 是静态编译，应用在安装的时候会启动 dex2oat 通过静态编译的方式，来将所有的dex文件(包括Multidex)编译oat文件，编译完后的oat其实是一个标准的ELF文件，只是相对于普通的ELF文件多加了oat data section以及oat exec section这两个段而已。(这两个段里面主要保存了两种信息：Dex的文件信息以及类信息和Dex文件编译之后的机器码)。预编译成 ELF 文件，每次运行程序的时候不用重新编译，是真正意义上的本地应用。运行的文件格式也从odex转换成了oat格式。
其实在Android5.0的时候我们能够明显感觉手机好用很多就是因为这个原因，从根本上换掉了那种存在着无法解决弊端的虚拟机。在 Android 5.x 和 6.x 的机器上，系统每次 OTA 升级完成重启的时候都会有个应用优化的过程，这个过程就是刚才所说的 dex2oat 过程，这个过程比较耗时并且会占用额外的存储空间。
AOT 模式的预编译解决了应用启动和运行速度和耗资源(电等)问题的同时也带来了另外两个问题：
1、应用安装和系统升级之后的应用优化比较耗时，并且会更耗时间。因为系统和apk都是越来越大的。
2、优化后的文件会占用额外的存储空间
在经过了两个Android大版本的稳定后，在Android7.0又再次迎来了JIT的 回归。
JIT的回归，可不是把AOT模式给取代了，而是形成 了AOT/JIT 混合编译模式，这种模式至今仍在使用。
应用在安装的时候 dex 不会被编译。
应用在运行时 dex 文件先通过解析器（Interpreter）后会被直接执行（这一步骤跟 Android 2.2 - Android 4.4之前的行为一致），与此同时，热点函数（Hot Code）会被识别并被 JIT 编译后存储在 jit code cache 中并生成 profile 文件以记录热点函数的信息。
手机进入 IDLE（空闲） 或者 Charging（充电） 状态的时候，系统会扫描 App 目录下的 profile 文件并执行 AOT 过程进行编译。
（Profile文件会在JIT运行的过程中生成：每个APP都会有自己的Profile文件，保存在App本身的Local Storage中。Profile会保存所调用的类以及函数的Index，通过profman工具进行分析生成）
个人理解：哪种模式擅长干什么就让他去干什么。
混合编译模式综合了 AOT 和 JIT 的各种优点，使得应用在安装速度加快的同时，运行速度、存储空间和耗电量等指标都得到了优化。
之前一直在说流畅，真的流畅在Android7.0上才感受到了些许。Android7.0系统也被用了相当长的一段时间。之后的Android8.0和Android9.0都是对各方面的优化，例如编译文件、编译器、GC。。
其中，值得一提的是华为的方舟编译器。
- 首先会判断该设备支不支持方舟编译器，如果支持，则从应用商店下发方舟版本的包
- 方舟编译器会把dex文件通过自己的IR翻译方舟格式的机器码，据资料说也是一个ELF文件，但是会增加一些段，猜测是Dex中类信息相关的段
- 通过这种方式，来消除Java与JNI之间的通信的损耗，以及提升运行时的效率
- 在方舟内部，还重新完善了GC算法，使得GC的频率大大降低，减少应用卡顿的现象
- 目前方舟只支持64位的So，并且对于加壳的So会出现一些问题。
方舟编译器适配的应用，下载手机上都是方舟版本的包，特制的包用方舟编译器编译效率大大提升，之后直接执行就可以了，直接略过了在ART虚拟机上预编译的过程。这样的结果是很完美的，但是却也没办法跳过一个弊端。那就是生态。还是不管是安卓还是iOS，这么多年的时间沉淀中，他们的生态系统早就达到了一个非常完善的地步。安卓和iOS应用已经多达上千万，而方舟适配应用的数量还非常有限。
谷歌宣布将停止对华为提供安卓系统更新之后，华为曝光了自主研发的鸿蒙操作系统。当时网友各种力挺。不过后来，华为董事长梁华在谈及鸿蒙系统时称，鸿蒙系统是为物联网开发的，用于自动驾驶、远程医疗等低时延场景。鸿蒙系统是不是两手准备我们不得而知。但是，一个操作系统最重要的就是它的生态环境。纵观华为现在的整个格局，目的非常明确，用方舟编译器来扩大自己的用户群体。当用户的基数足够庞大时，可以随时随地建立一个完善的生态系统。如果在未来某一天，Android全面限制华为的使用之后，在这危机关头鸿蒙系统还是很有可能扛起国产手机的一面大旗。哪怕不是鸿蒙，我们也需要这样一个生态不是吗?
最初，突然去了解Android中的虚拟机，一个是想要明白到底Android中的虚拟机和JVM是不是一回事，还有就是想要明白华为发布方舟编译器到底快到了哪里。
上述相关资料均来自网络，侵权必删。
加载全部内容