Android 平台的虚拟机介绍

Android 平台的虚拟机与传统的 Java 虚拟机（JVM）有所不同，主要有两种虚拟机形式：Dalvik 和 ART（Android Runtime）。这两种虚拟机都旨在为 Android 设备提供高效的应用运行环境。

1. Dalvik 虚拟机（Dalvik VM）

Dalvik 是 Android 平台早期使用的虚拟机，它是一个专门为移动设备优化的虚拟机，基于 寄存器 而非传统的栈式虚拟机。

1.1 Dalvik 的特点

• 寄存器结构：与传统的基于栈的虚拟机（如 JVM）不同，Dalvik 使用寄存器而非栈来执行字节码指令，这使得它在运行效率上有所提升。栈式虚拟机通过操作栈上的数据来执行字节码，而寄存器结构则直接使用寄存器存储和操作数据，减少了栈的操作。

• 优化移动设备：Dalvik 设计时考虑到了移动设备的硬件限制（如内存、CPU 性能、存储空间等）。它使用 .dex 格式（Dalvik Executable）来替代传统的 .class 文件，目的是减小文件大小，提高运行时性能。

• 多进程与内存管理：Dalvik 允许 Android 应用在多个进程中运行，每个应用有自己的虚拟机实例，从而实现了进程间隔离和更高的安全性。

• JIT 编译器：Dalvik 使用即时编译（JIT，Just-In-Time）来提高执行性能。JIT 编译器在应用运行时将部分字节码动态编译为机器码。

2. ART（Android Runtime）

从 Android 5.0（Lollipop）开始，Android 平台逐渐转向使用 ART 作为默认的虚拟机，取代了 Dalvik。ART 提供了更高的性能和更好的内存管理。

2.1 ART 的特点

• AOT 编译（Ahead-Of-Time Compilation）：与 Dalvik 的 JIT 编译不同，ART 主要使用 AOT 编译。在应用安装时，ART 会将应用的字节码提前编译成机器码，这样应用在运行时就不再需要通过 JIT 编译，可以直接运行已编译的机器码，显著提高了应用的启动速度和性能。

• 改进的垃圾回收（GC）：ART 提供了更高效的垃圾回收机制，减少了应用在运行时的停顿时间。垃圾回收是 Android 运行时性能的重要优化目标，ART 的改进使得内存管理更加高效。

• 更好的调试支持：ART 在调试和错误处理方面比 Dalvik 提供了更多的功能和改进。ART 支持更先进的调试工具，如更详细的堆栈信息和内存分析工具。

• 寄存器架构：与 Dalvik 相同，ART 也是基于寄存器架构的，不同之处在于 ART 在性能、内存管理和运行时优化方面做了更进一步的改进。

3. Dalvik 与 ART 的对比

4. 基于栈的虚拟机 VS 寄存器虚拟机

4.1 栈式虚拟机（如 JVM）

• 栈式虚拟机将数据存储在栈中，通过操作栈顶元素进行计算。
• 每个字节码指令通常会操作栈上的数据（例如，推送和弹出操作）。
• 这导致栈式虚拟机在某些情况下可能比寄存器虚拟机效率稍低，因为频繁的栈操作可能成为性能瓶颈。

4.2 寄存器虚拟机（如 Dalvik 和 ART）

• 寄存器虚拟机不使用栈来执行操作，而是直接操作一组寄存器。每个字节码指令操作指定的寄存器。
• 这种架构能够减少栈的操作，提高执行效率，特别适合资源受限的设备。

5. 总结

Android 的虚拟机最初使用 Dalvik，后来转向 ART。它们都不是基于栈的虚拟机，而是基于寄存器的虚拟机，这种架构设计可以更好地适应移动设备的资源限制。

• Dalvik：早期使用，基于 JIT 编译，性能较低。
• ART：Android 5.0 及以后的版本使用，采用 AOT 编译，性能和内存管理有显著改进。

两者在运行方式上有所不同，但都不是传统的基于栈的虚拟机，而是采用寄存器架构以提高效率和性能。