Google于2007年底正式發(fā)布了Android SDK, 作為Android系統(tǒng)的重要特性，Dalvik虛擬機(jī)也第一次進(jìn)入了人們的視野。它對(duì)內(nèi)存的高效使用，和在低速CPU上表現(xiàn)出的高性能，確實(shí)令人刮目相看。依賴于底層Posix兼容的操作系統(tǒng)，它可以簡(jiǎn)單的完成進(jìn)程隔離和線程管理。每一個(gè)Android應(yīng)用在底層都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的Dalvik虛擬機(jī)實(shí)例，其代碼在虛擬機(jī)的解釋下得以執(zhí)行。
很多人認(rèn)為Dalvik虛擬機(jī)是一個(gè)Java虛擬機(jī)，因?yàn)锳ndroid的編程語(yǔ)言恰恰就是Java語(yǔ)言。但是這種說(shuō)法并不準(zhǔn)確，因?yàn)镈alvik虛擬機(jī)并不是按照J(rèn)ava虛擬機(jī)的規(guī)范來(lái)實(shí)現(xiàn)的，兩者并不兼容；同時(shí)還要兩個(gè)明顯的不同：
Android作為新一代的基于Linux的開(kāi)源手機(jī)操作系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)由下而上可以分為以下幾部分：
圖表1
如圖所示，Android運(yùn)行庫(kù)包括兩部分：核心庫(kù)和Dalvik虛擬機(jī)。核心庫(kù)包括了最基本的類庫(kù)，如data structure, network, Utilities, File system等的，很多實(shí)現(xiàn)代碼都是來(lái)自Apache Harmony項(xiàng)目，主要目的是保證虛擬機(jī)的類庫(kù)能夠和Java SE的類庫(kù)最大可能的兼容，從而降低應(yīng)用開(kāi)發(fā)者從JavaSE陣營(yíng)轉(zhuǎn)移到Android開(kāi)發(fā)陣營(yíng)的難度，增加其可用性。Dalvik虛擬機(jī)主要是完成對(duì)象生命周期的管理，堆棧的管理，線程管理，安全和異常的管理，以及垃圾回收等等重要功能。
Dalvik虛擬機(jī)非常適合在移動(dòng)終端上使用，相對(duì)于在桌面系統(tǒng)和服務(wù)器系統(tǒng)運(yùn)行的虛擬機(jī)而言，它不需要很快的CPU速度和大量的內(nèi)存空間。根據(jù)Google的測(cè)算，64M的RAM已經(jīng)能夠令系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)了。其中24M被用于底層系統(tǒng)的初始化和啟動(dòng)，另外20M被用于高層啟動(dòng)高層服務(wù)。當(dāng)然，隨著系統(tǒng)服務(wù)的增多和應(yīng)用功能的擴(kuò)展，其所消耗的內(nèi)存也勢(shì)必越來(lái)越大。
歸納起來(lái)，Dalvik虛擬機(jī)有如下幾個(gè)主要特征:
專有的DEX文件格式
DEX是Dalvik虛擬機(jī)專用的文件格式，而問(wèn)什么棄用已有的字節(jié)碼文件（CLASS文件）而采用新的格式呢?
1.一個(gè)應(yīng)用中會(huì)定義很多類，編譯完成后即會(huì)有很多相應(yīng)的CLASS文件，CLASS文件間會(huì)有不少冗余的信息；而DEX文件格式會(huì)把所有的CLASS文件內(nèi)容整合到一個(gè)文件中。這樣，除了減少整體的文件尺寸，I/O操作，也提高了類的查找速度。
原來(lái)每個(gè)類文件中的常量池，在DEX文件中由一個(gè)常量池來(lái)管理，具體方式如下圖：
圖表2
圖表3
2.增加了新的操作碼的支持
3.文件結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)潔，使用等長(zhǎng)的指令，借以提高解析速度
4. 盡量擴(kuò)大只讀結(jié)構(gòu)的大小，借以提高跨進(jìn)程的數(shù)據(jù)共享
如何生成DEX文件呢？Android系統(tǒng)和Dalvik虛擬機(jī)提供了工具（DX）,在把Java源代碼編譯成CLASS文件后，使用DX工具。
圖表4
DEX文件的結(jié)構(gòu)是緊湊的，然是如果我們還想要求運(yùn)行時(shí)的性能有進(jìn)一步提高，我們就仍然需要對(duì)DEX文件進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。優(yōu)化主要是針對(duì)以下幾個(gè)方面：
優(yōu)化后的文件大小會(huì)有所增加，應(yīng)該是原DEX文件的1-4倍。
優(yōu)化發(fā)生的時(shí)機(jī)有兩個(gè)：對(duì)于預(yù)置應(yīng)用，可以在系統(tǒng)編譯后，生成優(yōu)化文件，以O(shè)DEX結(jié)尾。這樣在發(fā)布時(shí)除APK文件（不包含DEX）以外，還有一個(gè)相應(yīng)的ODEX文件；對(duì)于非預(yù)置應(yīng)用，包含在APK文件里的DEX文件會(huì)在運(yùn)行時(shí)被優(yōu)化，優(yōu)化后的文件將被保存在緩存中。
相對(duì)于基于堆棧的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)，基于寄存器的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)雖然在硬件通用性上要差一些，但是它在代碼的執(zhí)行效率上卻更勝一籌。一般來(lái)講，虛擬機(jī)中指令的解釋執(zhí)行時(shí)間主要花在以下三個(gè)方面：
其中“分發(fā)指令”這個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)性能的影響最大。在基于寄存器的虛擬機(jī)里，可以更為有效的減少冗余指令的分發(fā)和減少內(nèi)存的讀寫訪問(wèn)，如：
圖表5
雖然Dalvik虛擬機(jī)并沒(méi)有使用目前流行的虛擬機(jī)技術(shù)，如JIT，但是根據(jù)Google的報(bào)告，這個(gè)功能的缺失并沒(méi)有另Dalvik虛擬機(jī)在性能上有所損失。我們也同時(shí)相信，Dalvik虛擬機(jī)的性能還有進(jìn)一步提高的空間。
每一個(gè)Android應(yīng)用都運(yùn)行在一個(gè)Dalvik虛擬機(jī)實(shí)例里，而每一個(gè)虛擬機(jī)實(shí)例都是一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程空間。虛擬機(jī)的線程機(jī)制，內(nèi)存分配和管理，Mutex等等都是依賴底層操作系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)的。所有Android應(yīng)用的線程都對(duì)應(yīng)一個(gè)Linux線程，虛擬機(jī)因而可以更多的依賴操作系統(tǒng)的線程調(diào)度和管理機(jī)制。
不同的應(yīng)用在不同的進(jìn)程空間里運(yùn)行，加之對(duì)不同來(lái)源的應(yīng)用都使用不同的Linux用戶來(lái)運(yùn)行，可以最大程度的保護(hù)應(yīng)用的安全和獨(dú)立運(yùn)行。
Zygote是一個(gè)虛擬機(jī)進(jìn)程，同時(shí)也是一個(gè)虛擬機(jī)實(shí)例的孵化器，每當(dāng)系統(tǒng)要求執(zhí)行一個(gè)Android應(yīng)用程序，Zygote就會(huì)FORK出一個(gè)子進(jìn)程來(lái)執(zhí)行該應(yīng)用程序。這樣做的好處顯而易見(jiàn)：Zygote進(jìn)程是在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的，它會(huì)完成虛擬機(jī)的初始化，庫(kù)的加載，預(yù)置類庫(kù)的加載和初始化等等操作，而在系統(tǒng)需要一個(gè)新的虛擬機(jī)實(shí)例時(shí)，Zygote通過(guò)復(fù)制自身，最快速的提供個(gè)系統(tǒng)。另外，對(duì)于一些只讀的系統(tǒng)庫(kù)，所有虛擬機(jī)實(shí)例都和Zygote共享一塊內(nèi)存區(qū)域，大大節(jié)省了內(nèi)存開(kāi)銷。
圖表6
應(yīng)用程序包（APK）被發(fā)布到手機(jī)上后，運(yùn)行前會(huì)對(duì)其中的DEX文件進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的文件被保存到緩存區(qū)域（優(yōu)化后的格式被稱為DEY），虛擬機(jī)會(huì)直接執(zhí)行該文件。如果應(yīng)用包文件不發(fā)生變化，DEY文件不會(huì)被重新生成。
圖表7
Android應(yīng)用所使用的編程語(yǔ)言是Java語(yǔ)言，和JavaSE一樣，編譯時(shí)使用SunJDK將Java源程序編程成標(biāo)準(zhǔn)的Java字節(jié)碼文件（.class文件），而后通過(guò)工具軟件DX把所有的字節(jié)碼文件轉(zhuǎn)成DEX文件（classes.dex）。最后使用Android打包工具（aapt）將DEX文件，資源文件以及AndroidManifest.xml文件（二進(jìn)制格式）組合成一個(gè)應(yīng)用程序包（APK）。應(yīng)用程序包可以被發(fā)布到手機(jī)上運(yùn)行。（作者：薛飛）
圖表8
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