Android面试收集录13 Android虚拟机及编译过程

 

1、什么是Dalvik虚拟机

Dalvik是Google公司本身设计用于Android平台的Java虚拟机，它是Android平台的重要组成部分，支持dex格式（Dalvik Executable）的Java应用程序的运行。dex格式是专门为Dalvik设计的一种压缩格式，适合内存和处理器速度有限的系统。Google对其进行了特定的优化，使得Dalvik具备高效、简洁、节省资源的特色。从Android系统架构图知，Dalvik虚拟机运行在Android的运行时库层。

Dalvik做为面向Linux、为嵌入式操做系统设计的虚拟机，主要负责完成对象生命周期管理、堆栈管理、线程管理、安全和异常管理，以及垃圾回收等。另外，Dalvik早期并无JIT编译器，直到Android2.2才加入了对JIT的技术支持。

 

 

2、Dalvik虚拟机的特色

体积小，占用内存空间小；

专有的DEX可执行文件格式，体积更小，执行速度更快；

常量池采用32位索引值，寻址类方法名，字段名，常量更快；

基于寄存器架构，并拥有一套完整的指令系统；

提供了对象生命周期管理，堆栈管理，线程管理，安全和异常管理以及垃圾回收等重要功能；

全部的Android程序都运行在Android系统进程里，每一个进程对应着一个Dalvik虚拟机实例。

 

 

3、Dalvik虚拟机和Java虚拟机的区别

Dalvik虚拟机与传统的Java虚拟机有着许多不一样点，二者并不兼容，它们显著的不一样点主要表如今如下几个方面：

Java虚拟机运行的是Java字节码，Dalvik虚拟机运行的是Dalvik字节码。

传统的Java程序通过编译，生成Java字节码保存在class文件中，Java虚拟机经过解码class文件中的内容来运行程序。而Dalvik虚拟机运行的是Dalvik字节码，全部的Dalvik字节码由Java字节码转换而来，并被打包到一个DEX（Dalvik Executable）可执行文件中。Dalvik虚拟机经过解释DEX文件来执行这些字节码。

Dalvik可执行文件体积小。Android SDK中有一个叫dx的工具负责将Java字节码转换为Dalvik字节码。

dx工具对Java类文件从新排列，消除在类文件中出现的全部冗余信息，避免虚拟机在初始化时出现反复的文件加载与解析过程。通常状况下，Java类文件中包含多个不一样的方法签名，若是其余的类文件引用该类文件中的方法，方法签名也会被复制到其类文件中，也就是说，多个不一样的类会同时包含相同的方法签名，一样地，大量的字符串常量在多个类文件中也被重复使用。这些冗余信息会直接增长文件的体积，同时也会严重影响虚拟机解析文件的效率。消除其中的冗余信息，从新组合造成一个常量池，全部的类文件共享同一个常量池。因为dx工具对常量池的压缩，使得相同的字符串，常量在DEX文件中只出现一次，从而减少了文件的体积。

针对每一个Class文件，都由以下格式进行组成：

dex格式文件使用共享的、特定类型的常量池机制来节省内存。常量池存储类中的全部字面常量，它包括字符串常量、字段常量等值。

简单来说，dex格式文件就是将多个class文件中公有的部分统一存放，去除冗余信息。

**Java虚拟机与Dalvik虚拟机架构不一样。**这也是Dalvik与JVM之间最大的区别。

Java虚拟机基于栈架构，程序在运行时虚拟机须要频繁的从栈上读取或写入数据，这个过程须要更多的指令分派与内存访问次数，会耗费很多CPU时间，对于像手机设备资源有限的设备来讲，这是至关大的一笔开销。Dalvik虚拟机基于寄存器架构。数据的访问经过寄存器间直接传递，这样的访问方式比基于栈方式要快不少。

 

4、Dalvik虚拟机的结构

一个应用首先通过DX工具将class文件转换成Dalvik虚拟机能够执行的dex文件，而后由类加载器加载原生类和Java类，接着由解释器根据指令集对Dalvik字节码进行解释、执行。最后，根据dvm_arch参数选择编译的目标机体系结构。

 

5、Android APK 编译打包流程

1.Java编译器对工程自己的java代码进行编译，这些java代码有三个来源：app的源代码，由资源文件生成的R文件(aapt工具)，以及有aidl文件生成的java接口文件(aidl工具)。产出为.class文件。

①.用AAPT编译R.java文件

②编译AIDL的java文件

③把java文件编译成class文件

2..class文件和依赖的三方库文件经过dex工具生成Delvik虚拟机可执行的.dex文件，包含了全部的class信息，包括项目自身的class和依赖的class。产出为.dex文件。

3.apkbuilder工具将.dex文件和编译后的资源文件生成未经签名对齐的apk文件。这里编译后的资源文件包括两部分，一是由aapt编译产生的编译后的资源文件，二是依赖的三方库里的资源文件。产出为未经签名的.apk文件。

4.分别由Jarsigner和zipalign对apk文件进行签名和对齐，生成最终的apk文件。

总结为：编译-->DEX-->打包-->签名和对齐

 

6、ART虚拟机与Dalvik虚拟机的区别

什么是ART:

ART表明Android Runtime，其处理应用程序执行的方式彻底不一样于Dalvik，Dalvik是依靠一个Just-In-Time (JIT)编译器去解释字节码。开发者编译后的应用代码须要经过一个解释器在用户的设备上运行，这一机制并不高效，但让应用能更容易在不一样硬件和架构上运 行。ART则彻底改变了这套作法，在应用安装时就预编译字节码到机器语言，这一机制叫Ahead-Of-Time (AOT）编译。在移除解释代码这一过程后，应用程序执行将更有效率，启动更快。

ART优势：

1. 系统性能的显著提高。
2. 应用启动更快、运行更快、体验更流畅、触感反馈更及时。
3. 更长的电池续航能力。
4. 支持更低的硬件。

ART缺点：

1. 更大的存储空间占用，可能会增长10%-20%。
2. 更长的应用安装时间。

ART虚拟机相对于Dalvik虚拟机的提高

预编译

在dalvik中,如同其余大多数JVM同样,都采用的是JIT来作及时翻译(动态翻译),将dex或odex中并排的dalvik code(或者叫smali指令集)运行态翻译成native code去执行.JIT的引入使得dalvik提高了3~6倍的性能。

而在ART中,彻底抛弃了dalvik的JIT,使用了AOT直接在安装时将其彻底翻译成native code.这一技术的引入,使得虚拟机执行指令的速度又一重大提高

垃圾回收机制

首先介绍下dalvik的GC的过程.主要有有四个过程:

1. 当gc被触发时候,其会去查找全部活动的对象,这个时候整个程序与虚拟机内部的全部线程就会挂起,这样目的是在较少的堆栈里找到所引用的对象.须要注意的是这个回收动做和应用程序非并发。
2. gc对符合条件的对象进行标记
3. gc对标记的对象进行回收
4. 恢复全部线程的执行现场继续运行

dalvik这么作的好处是,当pause了以后,GC势必是至关快速的.可是若是出现GC频繁而且内存吃紧势必会致使UI卡顿,掉帧.操做不流畅等。

后来ART改善了这种GC方式 , 主要的改善点在将其非并发过程改变成了部分并发.还有就是对内存的从新分配管理。

当ART GC发生时:

1. GC将会锁住Java堆,扫描并进行标记
2. 标记完毕释放掉Java堆的锁,而且挂起全部线程
3. GC对标记的对象进行回收
4. 恢复全部线程的执行现场继续运行
5. 重复2-4直到结束

能够看出整个过程作到了部分并发使得时间缩短.据官方测试数听说gc效率提升2倍

提升内存使用，减小碎片化

Dalvik内存管理特色是:内存碎片化严重，固然这也是Mark and Sweep算法带来的弊端

能够看出每次gc后内存千疮百孔，原本连续分配的内存块变得碎片化严重，以后再分配进入的对象再进行内存寻址变得困难。

ART的解决:在ART中,它将Java分了一块空间命名为Large-Object-Space,这块内存空间的引入用来专门存放large object。同时ART又引入了moving collector的技术,即将不连续的物理内存块进行对齐.对齐了后内存碎片化就获得了很好的解决.Large-Object-Space的引入一是由于moving collector对大块内存的位移时间成本过高,并且提升内存的利用率 根官方统计，ART的内存利用率提升10倍了左右。

 

7、参考文章

　　https://github.com/LRH1993/android_interview/blob/master/android/basis/dalvik-art.md