Android运行时的几个概念解释

ART、JIT、AOT、Dalvik之间有什么关系?

Dalvik与ART的区别

  1. 什么是Dalvik?

Dalvik是Google公司自己设计用于Android平台的虚拟机。Dalvik虚拟机是Google等厂商合作开发的Android移动设备平台的核心组成部分之一。它可以支持已转换为 .dex格式的Java应用程序的运行,.dex格式是专 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。Dalvik 经过优化,允许在有限的内存中同时运行多个虚拟机的实例,并且每一个Dalvik 应用作为一个独立的Linux 进程执行。独立的进程可以防止在虚拟机崩溃的时候所有程序都被关闭。

  1. 什么是ART?

即Android Runtime, ART 的机制与 Dalvik 不同。在Dalvik下,应用每次运行的时候,字节码都需要通过即时编译器(just in time ,JIT)转换为机器码,这会拖慢应用的运行效率,而在ART 环境中,应用在第一次安装的时候,字节码就会预先编译成机器码,使其成为真正的本地应用。这个过程叫做预编译(AOT,Ahead-Of-Time)。这样的话,应用的启动(首次)和执行都会变得更加快速。

  1. Dalvik与ART区别

    • dalvik是执行的时候编译+运行,安装比较快,开启应用比较慢,应用占用空间小

    • ART是安装的时候就编译好了,执行的时候直接就可以运行的,安装慢,开启应用快,占用空间大

      用个比喻来说就是,骑自行车
      dalvik 是已经折叠起来的自行车,每次骑都要先组装自行车才能骑
      ART 是已经组装好的自行车,每次骑直接上车就能走人。

JIT与Dalvik

JIT是"Just In Time Compiler"的缩写,就是"即时编译技术",与Dalvik虚拟机相关。

怎么理解这句话呢?这要从Android的一些特性说起。

JIT是在2.2版本提出的,目的是为了提高Android的运行速度,一直存活到4.4版本,因为在4.4之后的ROM中,就不存在Dalvik虚拟机了。

我们使用Java开发android,在编译打包APK文件时,会经过以下流程

  • Java编译器将应用中所有Java文件编译为class文件
  • dx工具将应用编译输出的类文件转换为Dalvik字节码,即dex文件

之后经过签名、对齐等操作变为APK文件。

Dalvik虚拟机可以看做是一个Java VM,他负责解释dex文件为机器码,如果我们不做处理的话,每次执行代码,都需要Dalvik将dex代码翻译为微处理器指令,然后交给系统处理,这样效率不高。

为了解决这个问题,Google在2.2版本添加了JIT编译器,当App运行时,每当遇到一个新类,JIT编译器就会对这个类进行编译,经过编译后的代码,会被优化成相当精简的原生型指令码(即native code),这样在下次执行到相同逻辑的时候,速度就会更快。

当然使用JIT也不一定加快执行速度,如果大部分代码的执行次数很少,那么编译花费的时间不一定少于执行dex的时间。Google当然也知道这一点,所以JIT不对所有dex代码进行编译,而是只编译执行次数较多的dex为本地机器码。

有一点需要注意,那就是dex字节码翻译成本地机器码是发生在应用程序的运行过程中的,并且应用程序每一次重新运行的时候,都要做重做这个翻译工作,所以这个工作并不是一劳永逸,每次重新打开App,都需要JIT编译。

另外,Dalvik虚拟机从Android一出生一直活到4.4版本,而JIT在Android刚发布的时候并不存在,在2.2之后才被添加到Dalvik中。

ART与AOT

AOT是"Ahead Of Time"的缩写,指的就是ART(Anroid RunTime)这种运行方式。

前面介绍过,JIT是运行时编译,这样可以对执行次数频繁的dex代码进行编译和优化,减少以后使用时的翻译时间,虽然可以加快Dalvik运行速度,但是还是有弊病,那就是将dex翻译为本地机器码也要占用时间,所以Google在4.4之后推出了ART,用来替换Dalvik。

在4.4版本上,两种运行时环境共存,可以相互切换,但是在5.0+,Dalvik虚拟机则被彻底的丢弃,全部采用ART。

ART的策略与Dalvik不同,在ART 环境中,应用在第一次安装的时候,字节码就会预先编译成机器码,使其成为真正的本地应用。之后打开App的时候,不需要额外的翻译工作,直接使用本地机器码运行,因此运行速度提高。

当然ART与Dalvik相比,还是有缺点的。

  • ART需要应用程序在安装时,就把程序代码转换成机器语言,所以这会消耗掉更多的存储空间,但消耗掉空间的增幅通常不会超过应用代码包大小的20%
  • 由于有了一个转码的过程,所以应用安装时间难免会延长

但是这些与更流畅的Android体验相比而言,不值一提。

总结

通过前面背景知识的介绍,我终于可以更简单的介绍这四个名词之间的关系了:

  • JIT代表运行时编译策略,也可以理解成一种运行时编译器,是为了加快Dalvik虚拟机解释dex速度提出的一种技术方案,来缓存频繁使用的本地机器码
  • ART和Dalvik都算是一种Android运行时环境,或者叫做虚拟机,用来解释dex类型文件。但是ART是安装时解释,Dalvik是运行时解释
  • AOT可以理解为一种编译策略,即运行前编译,ART虚拟机的主要特征就是AOT
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