虚拟机之Jvm、dalvik、art联系和区别

一、了解JVM

JVM: java virtual machine，缩写JVM,一种能够执行java bytecode的虚拟机器，本质上是一种软件实现，也可以理解成以一条运行java bytecode的底层程序。Java虚拟机有自己完善的硬体架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。

实际上，并不是仅有java源代码，能编译生成.class文件，也就是我们所说的字节码文件，下面是引用一张维基百科的图：

同样，python源码程序，也能最终编译成.class/.jar文件。

二、Jvm、dalvik虚拟机

先看一下JVM和Android虚拟机的区别：

JVM执行的是.class文件、Dalvik和ART执行的.dex文件。
class文件有很多冗余信息，dex文件会做去冗余信息的优化。
JVM是基于堆栈，Dalvik虚拟机是基于寄存器。

JVM是基于堆栈，Dalvik虚拟机是基于寄存器：

JVM是基于栈的指令会很紧凑，比如一个方法体的执行，需要经过一连串的指令来完成,JVM指令集是没有任何变量的，执行过程中，结合局部变量表，完成方法体指令的执行，过程中实际上需要和内存空间进行不断交互，这也是为什么一个java程序跑起来后，会占用很大的内存的原因。

JVM使用的指令只占一个字节，因而称为字节码。

Dalvik是基于寄存器的指令集(arm指令)，需要指定源地址和目标地址(理解为变量声明)，因此需要更多的指令空间。Dalvik的某些指令需要占用两个字节。

基于栈和基于寄存器的指令集，各有优势，一般来说，执行同样的功能，基于栈需要更多的指令(主要是load和store)，而基于寄存器需要更多的指令空间。

下面是一段简单代码的jvm指令集：（紧凑、局部变量区内存交互占用1个字节）

对应dalvik虚拟机的arm指令集：（指令比jvm指令少、占用不多于4个字节）

为什么Android没有直接使用Jvm虚拟机，而是使用Dalvik虚拟机，单从内存优化角度，就有非常必要的意义。

另外，Dalvik充分的利用了Linux进程的管理的特性，Android手机上，每启动一个应用就独立对应一个虚拟机，多个应用同时运行，就有多个虚拟机，都是独立的进程互不影响。

三、Dalvik和Art虚拟机

dalvik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（即“Dalvik Executable”）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。

JIT(just in time)编译器，dalvik虚拟机使用JIT编译，每次apk应用运行时实时将一部分dex编译成机器码，然后被执行。

特点上：消耗更少的内存，占用更少的物理存储空间，类似于每次运行apk程序代码过程，都要从压缩包提取，虽然内存占用少了，物理存储空间少了，CPU的消耗就相对多了。

ART虚拟机：

ART，是Android Runtime的缩写，是一种在Android操作系统上的运行环境，在Android 5.0及后续Android版本中作为正式的运行时库取代了以往的Dalvik虚拟机。ART能够把应用程序的(dex)字节码转换为机器码，是Android所使用的一种新的虚拟机。

ART和Dalvik的主要区别是：

Dalvik采用的JIT编译技术，ART采用的AOT编译技术，AOT(Ahead of time)，ART同时也改善了性能、垃圾回收、应用程序出错以及性能分析。

在apk程序启动过程中：

若Dalvik虚拟机，JIT通过连续不断的性能分析来优化程序代码的执行，在程序运行的过程中，Dalvik虚拟机需要不断将dex字节码编译成机器码。

若ART虚拟机，ART引入了AOT预编译技术，在应用程序安装的过程中，AOT就将所有的dex字节码编译成了机器码，应用程序运行过程中，不需要实时的做编译工作，直接调用即可。

因此，ART极大的提升了应用程序的运行效率，同时也减少了手机的电量消耗，提供了移动设备的续航能力，在垃圾回收机制上，也有很大的提升。

为了保证向下兼容，ART使用了相同的Dalvik字节码文件（dex），即在应用程序目录下保留了dex文件供旧程序调用，然而.odex文件则替换成了可执行与可链接格式（ELF）可执行文件。一旦一个程序被ART的dex2oat命令编译，那么这个程序将会只通过ELF可执行文件来运行。因此，相对于Dalvik虚拟机模式，ART模式下Android应用程序的安装需要消耗更多的时间，同时也会占用更大的内部储存空间，用于储存编译后的代码，但节省了很多Dalvik虚拟机用于实时编译的时间，即运行的时候，效率会更高。

ART这种预编译模式，会造成安装耗时，在Android N实现了一个使用AOT、解释、JIT混合模式的运行环境。