Android开发之浅谈java虚拟机和Dalvik虚拟机的区别

Dalvik虚拟机 依赖于底层Posix兼容的操作系统，它可以简单的完成进程隔离和线程管理。它有着对内存的高效使用和在低速CPU上表现出的高性能。每一个Android应用在底层都会对应一个独立的Dalvik虚拟机实例， 其代码在虚拟机的解释下得以执行。Dalvik虚拟机并不是按照Java虚拟机的规范来实现的，与jvm并不兼容；同时还要两个明显的不同:

• Java虚拟机运行的是Java字节码，而Dalvik虚拟机运行的则是其专有的文件格式DEX（Dalvik Executable）。
• 在Java SE程序中的Java类会被编译成一个或者多个字节码文件（.class）然后打包到JAR文件，而后Java虚拟机会从相应的CLASS文件和JAR文 件中获取相应的字节码；Android应用虽然也是使用Java语言进行编程，但是在编译成CLASS文件后，还会通过一个工具（dx）将应用所有的 CLASS文件转换成一个DEX文件，而后Dalvik虚拟机会从其中读取指令和数据。

Dalvik和Android系统Android作为新一代的基于Linux的开源手机操作系统，其系统架构由下而上可以分为以下几部分：

• Linux内核
• 本地库
• Android运行库
• 应用框架
• 应用

如上图所示，在Android的体系框架中有一部分叫做Android Runtime,即Android运行时环境，这个环境包括了两个部分，一个是Android的核心类库，还有一个就是Dalvik虚拟机了 。

如上图所示，jvm是把.java文本编译成.class字节码文件，在执行java程序的时候，类加载器把需要的类全部加载到内存当中去。

上图展示的是把字节码文件载入到内存后的结构，每个Class文件被解析成了几部分，包括了Header（主要是jdk的版本等）、常量等。有多少个类，就会在内存中产生多少个上图结构中的文件。

上图所示是dalvik虚拟机加载的类文件结构图。davik虚拟机把.java文件编译成.class文件，又把.class文件转换成.dex文件，dalvik来执行.dex文件。

实际上.dex文件就是把多个class文件中的常量、方法等放到一起。形成如上图所示的结构。每个类文件中都存在一个常量池，在dex文件中由一个常量池来管理。

在架构上jvm是基于栈的架构，所以每次访问数据cpu都要到内存中取到数据。

而dalvik是基于寄存器的架构。寄存器是在cpu上的一块存储空间，cpu如果直接从寄存器上读取数据的话就会快很多。

   java虚拟机和Dalvik虚拟机的区别：

java虚拟机Dalvik虚拟机
java虚拟机基于栈。 基于栈的机器必须使用指令来载入和操作栈上数据，所需指令更多更多dalvik虚拟机是基于寄存器的
java虚拟机运行的是java字节码。（java类会被编译成一个或多个字节码.class文件，打包到.jar文件中，java虚拟机从相应的.class文件和.jar文件中获取相应的字节码）

 

Dalvik运行的是自定义的.dex字节码格式。（java类被编译成.class文件后，会通过一个dx工具将所有的.class文件转换成一个.dex文件，然后dalvik虚拟机会从其中读取指令和数据）

常量池已被修改为只使用32位的索引，以 简化解释器。dalvik的堆和栈的参数可以通过-Xms和-Xmx更改

一个应用，一个虚拟机实例，一个进程（所有android应用的线程都是对应一个linux线程，都运行在自己的沙盒中，不同的应用在不同的进程中运行。每个android dalvik应用程序都被赋予了一个独立的linux PID(app_*)）

Dalvik和标准Java虚拟机（JVM）之间的首要差别之一，就是Dalvik基于寄存器，而JVM基于栈。

Dalvik和Java之间的另外一大区别就是运行环境——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。

（1）虚拟机很小，使用的空间也小；

（2）Dalvik没有JIT编译器；

（3）常量池已被修改为只使用32位的索引，以简化解释器；

（4）它使用自己的字节码，而非Java字节码。
（5）Dalvik适用于那些内存容量和数据处理能力比较小的机器，因此适合移动终端。由于delvik虚拟机指令都大多数都包含寄存器的地址，所以它的指令通常比java虚拟机的指令更长。一般而言基于栈的机器需要更多指令，而基于寄存器的机器指令更长。

基于栈和寄存器又有什么区别？

栈的概念

栈是线程独有的，保存其运行状态和局部自动变量的（所以多线程中局部变量都是相互独立的，不同于类变量）。栈在线程开始的时候初始化（线程的Start方法，初始化分配栈），每个线程的栈互相独立。每个函数都有自己的栈，栈被用来在函数之间传递参数。操作系统在切换线程的时候会自动的切换栈，就是切换SS/ESP寄存器。栈空间不需要在高级语言里面显式的分配和释放。

寄存器的概念：

寄存器是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。在中央处理器的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器(IR)和程序计数器(PC)，在中央处理器的算术及逻辑部件中，包含的寄存器有累加器(ACC)。

基于堆栈虚拟机实现，基于寄存器的虚拟机实现虽然在硬件通用性上要差一些，但是它在代码的执行效率却更胜一筹，虚拟机中指令的解释时间主要花在下面三个： 分发指令、访问运算数、执行运算， 其中分发指令这个环节对性能的影响最大。在基于寄存器的虚拟机里，可以更为有效的减少冗余指令的分发和减少内存的读写访问。

Dalvik虚拟机架构：

     在android源码中,Dalvik虚拟机的实现位于“dalvik/”目录下，其中“dalvik/vm”是虚拟机的实现部分，将会编译成libdvm.so;而"dalvik/libdex"将会编译成libdex.a静态库作为dex工具；“dalvik/dexdump”是.dex文件的反编译工具；虚拟机的可执行程序位于“dalvik/dalvikvm”中，将会编译成dalvikvm可执行文件。

  dalvik虚拟机架构：

Android应用编译及运行流程：

 Dalvik进程管理：

         dalvik进程管理是依赖于linux的进程体系结构的，如要为应用程序创建一个进程，它会使用linux的fork机制来复制一个进程（复制进程往往比创建进程效率更高）。

         Zygote是一个虚拟机进程，同时也是一个虚拟机实例的孵化器，它通过init进程启动。首先会孵化出System_Server（android绝大多系统服务的守护进程，它会监听socket等待请求命令，当有一个应用程序启动时，就会向它发出请求，zygote就会FORK出一个新的应用程序进程）.每当系统要求执行一个android应用程序时，Zygote就会运用linux的FORK进制产生一个子进程来执行该应用程序。

 JVM和Dalvik进程管理：

        linux中进程间通信的方式有很多，但是dalvik使用的是信号方式来完成进程间通信。

Android的初始化流程：

                

Dalvik 和 Java 运行环境的区别：　                                                  

    1、Dalvik主要是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，以及垃圾回收等等重要功能。 　　

     2、Dalvik负责进程隔离和线程管理，每一个Android应用在底层都会对应一个独立的Dalvik虚拟机实例，其代码在虚拟机的解释下得以执行。 　

     3、不同于Java虚拟机运行java字节码，Dalvik虚拟机运行的是其专有的文件格式Dex。 　　

     4、dex文件格式可以减少整体文件尺寸，提高I/O操作的类查找速度。 　　

     5、odex是为了在运行过程中进一步提高性能，对dex文件的进一步优化。 　　

     6、每一个Android应用都运行在一个Dalvik虚拟机实例里，而每一个虚拟机实例都是一个独立的进程空间。虚拟机的线程机制，内存分配和管理，Mutex等等都是依赖底层操作系统而实现的。所有Android应用的线程都对应一个Linux线程，虚拟机因而可以更多的依赖操作系统的线程调度和管理机制 　　

     7、有一个特殊的虚拟机进程Zygote，他是虚拟机实例的孵化器。每当系统要求执行一个Android应用程序，Zygote就会FORK出一个子进程来执行该应用程序。它在系统启动的时候就会产生，它会完成虚拟机的初始化、库的加载、预置类库和初始化的操作。如果系统需要一个新的虚拟机实例，它会迅速复制自身，以最快的速度提供给系统。对于一些只读的系统库，所有虚拟机实例都和Zygote共享一块内存区域。

打包成apk的过程：
Android应用所使用的编程语言是Java语言，和Java SE一样，编译时使用SunJDK将Java源程序编程成标准的Java字节码文件（.class文件），而后通过工具软件DX把所有的字节码文件转成DEX文件（classes.dex）。最后使用Android打包工具（aapt）将DEX文件、资源文件以及AndroidManifest.xml文件（二进制格式）组合成一个应用程序包（APK）。