Android ART虚拟机

Android ART虚拟机

2014-01-18      0 个评论    来源：yangwen123的专栏  

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Android 4.4提供了一种与Dalvik截然不同的运行环境ART(Android runtime)支持,ART源于google收购的Flexycore的公司。ART模式与Dalvik模式最大的不同在于，启用ART模式后，系统在安装应用的时候会进行一次预编译，将字节码转换为机器语言存储在本地，这样在运行程序时就不会每次都进行一次编译了，执行效率也大大提升。

虚拟机切换设置

Settings> Developer Options> Select Runtime
<img src="http://www.2cto.com/uploadfile/Collfiles/20140118/2014011809022114.png" alt="" http:="" www.2cto.com="" kf="" ware="" vc="" "="" target="_blank" class="keylink" style="border-width: 0px; padding: 0px; margin: 0px; list-style: none; width: 240px; height: 400px;">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"http://www.2cto.com/uploadfile/Collfiles/20140118/2014011809022218.jpg" alt="\">

JniInvocation提供统一了接口：
libnativehelper\JniInvocation.cpp

jint JniInvocation::JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs(void* vmargs) {  return JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs_(vmargs);}jint JniInvocation::JNI_CreateJavaVM(JavaVM** p_vm, JNIEnv** p_env, void* vm_args) {  return JNI_CreateJavaVM_(p_vm, p_env, vm_args);}jint JniInvocation::JNI_GetCreatedJavaVMs(JavaVM** vms, jsize size, jsize* vm_count) {  return JNI_GetCreatedJavaVMs_(vms, size, vm_count);}

该函数间接调用以下函数来实现：

extern "C" jint JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs(void* vm_args) {  return JniInvocation::GetJniInvocation().JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs(vm_args);}extern "C" jint JNI_CreateJavaVM(JavaVM** p_vm, JNIEnv** p_env, void* vm_args) {  return JniInvocation::GetJniInvocation().JNI_CreateJavaVM(p_vm, p_env, vm_args);}extern "C" jint JNI_GetCreatedJavaVMs(JavaVM** vms, jsize size, jsize* vm_count) {  return JniInvocation::GetJniInvocation().JNI_GetCreatedJavaVMs(vms, size, vm_count);}

libnativehelper\JniInvocation.h

static JniInvocation* jni_invocation_;void* handle_;//保存so库的首地址jint (*JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs_)(void*);jint (*JNI_CreateJavaVM_)(JavaVM**, JNIEnv**, void*);jint (*JNI_GetCreatedJavaVMs_)(JavaVM**, jsize, jsize*);

因此JniInvocation对外提供的接口函数是由JniInvocation中定义的函数指针来实现。JniInvocation中定义的函数指针是在哪里初始化的呢？我们知道Android虚拟机是在Zygote进程中通过调用AndroidRuntime::start()函数启动的： frameworks\base\core\jni\AndroidRuntime.cpp

void AndroidRuntime::start(const char* className, const char* options){   ...    /* start the virtual machine */    JniInvocation jni_invocation;    jni_invocation.Init(NULL);    JNIEnv* env;    if (startVm(&mJavaVM, &env) != 0) {        return;    }    onVmCreated(env);...}

在启动虚拟机前通过调用JniInvocation::Init()函数来初始化JniInvocation中声明的函数指针

bool JniInvocation::Init(const char* library) {#ifdef HAVE_ANDROID_OS  char default_library[PROPERTY_VALUE_MAX];  property_get("persist.sys.dalvik.vm.lib", default_library, "libdvm.so");#else  const char* default_library = "libdvm.so";#endif  if (library == NULL) {    library = default_library;  }  handle_ = dlopen(library, RTLD_NOW);  if (handle_ == NULL) {    ALOGE("Failed to dlopen %s: %s", library, dlerror());    return false;  }  //查找JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs函数指针  if (!FindSymbol(reinterpret_cast(&JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs_),                  "JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs")) {    return false;  }  //查找JNI_CreateJavaVM函数指针  if (!FindSymbol(reinterpret_cast(&JNI_CreateJavaVM_),                  "JNI_CreateJavaVM")) {    return false;  }  //查找JNI_GetCreatedJavaVMs函数指针  if (!FindSymbol(reinterpret_cast(&JNI_GetCreatedJavaVMs_),                  "JNI_GetCreatedJavaVMs")) {    return false;  }  return true;}

该函数就是根据persist.sys.dalvik.vm.lib属性值来加载不同的虚拟机动态库，并从动态库中查找JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs，JNI_CreateJavaVM，JNI_GetCreatedJavaVMs函数首地址

bool JniInvocation::FindSymbol(void** pointer, const char* symbol) {  *pointer = dlsym(handle_, symbol);  if (*pointer == NULL) {    ALOGE("Failed to find symbol %s: %s\n", symbol, dlerror());    dlclose(handle_);    handle_ = NULL;    return false;  }  return true;}

Dalvik字节码生成过程

应用安装时采用的代码优化方式不同：
Dalvik ： dex2opt
ART ： dex2oat 

ART本地码生成过程

Dalvik dex代码经过dex => optimized dex => JIT cache这个过程，内存中需要同时容纳odex和JIT cache两份代码;换成ART以后，就变成dex => oat，内存里只放oat就可以。

两个运行环境产生的优化代码路径及文件名都为：/data/dalvik-cache/app/data@app@{package name}[e-mail],但是ART环境产生的优化代码文件大小明显比Dalvik环境产生大。OAT文件其实就是基于ELF格式的一种私有文件格式。

dex2oat编译过程

开发者开发出的应用程序经过编译和打包之后，仍然是一个包含dex字节码的APK文件。既然应用程序包含的仍然是dex字节码，而ART虚拟机需要的是本地机器码，这就必然要有一个翻译的过程。Android系统在应用程序安装时，通过dex2oat工具将应用的dex字节码翻译成本地机器码。

ART相关源代码：

OAT文件加载流程

1、读取oatdata符号地址获取Oat数据 startAddress。

2、读取oatlastword符号地址获取OAT数据 endAddress。

3、通过startAddress和endAddress定位Oat数据。

4、解析Oat数据。构建方法定位所需数据结构。

然后就可以调用加载OAT文件的代码了。