Android（java）學習筆記99：Java虛拟機和Dalvik虛拟機的差別

Google于2007年底正式釋出了Android SDK, 作為 Android系統的重要特性，Dalvik虛拟機也第一次進入了人們的視野。它對記憶體的高效使用，和在低速CPU上表現出的高性能，确實令人刮目相看。 依賴于底層Posix相容的作業系統，它可以簡單的完成程序隔離和線程管理。每一個Android應用在底層都會對應一個獨立的Dalvik虛拟機執行個體， 其代碼在虛拟機的解釋下得以執行。 

很多人認為Dalvik虛拟機是一個Java虛拟機，因為Android的程式設計語言恰恰就是Java語言。但是這種說法并不準确，因為Dalvik虛拟機并不是按照Java虛拟機的規範來實作的，兩者并不相容；同時還要兩個明顯的不同:

Java虛拟機運作的是Java位元組碼，生成的位元組碼檔案也就是class檔案（class檔案：二進制處理過的檔案）,然後再由java虛拟機去執行編譯運作過程。而Dalvik虛拟機運作的則是其專有的檔案格式DEX（Dalvik Executable）。

在Java SE程式中的Java類會被編譯成一個或者多個位元組碼檔案（.class）然後打包到JAR檔案，而後Java虛拟機會從相應的CLASS檔案和JAR文 件中擷取相應的位元組碼；Android應用雖然也是使用Java語言進行程式設計，但是在編譯成CLASS檔案後，還會通過一個工具（dx）将應用所有的 CLASS檔案轉換成一個.dex檔案（dex檔案是壓縮成zip檔案，這樣可以減少占用空間），而後Dalvik虛拟機會從其中讀取指令和資料。

Dalvik和Android系統Android作為新一代的基于Linux的開源手機作業系統，其系統架構由下而上可以分為以下幾部分：

1）Linux核心

2）本地庫

3）Android運作庫

4）應用架構

5）應用    

Dalvik VM （Android虛拟機），它可以支援已轉換為.dex（即Dalvik Exacutable）格式的java應用程式。.dex格式是專為Dalvik設計的一種壓縮格式，适合記憶體和處理器速度有限的系統。

每一個Android應用都運作在一個Dalvik VM執行個體裡，而每一個虛拟機執行個體都是一個獨立的程序空間。虛拟機的線程機制、記憶體配置設定和管理、Mutex等都是依賴底層作業系統實作的。所有Android應用的線程都對應一個Linux線程，虛拟機因而可以更多依賴操作的線程排程和管理機制。

Java虛拟機和Dalvik虛拟機的差別：

java虛拟機

Dalvik虛拟機

java虛拟機基于棧。 基于棧的機器必須使用指令來載入和操作棧上資料，所需指令更多更多

dalvik虛拟機是基于寄存器的

java虛拟機運作的是java位元組碼。（java類會被編譯成一個或多個位元組碼.class檔案，打包到.jar檔案中，java虛拟機從相應的.class檔案和.jar檔案中擷取相應的位元組碼）

Dalvik運作的是自定義的.dex位元組碼格式。（java類被編譯成.class檔案後，會通過一個dx工具将所有的.class檔案轉換成一個.dex檔案，然後dalvik虛拟機會從其中讀取指令和資料）

常量池已被修改為隻使用32位的索引，以 簡化解釋器。dalvik的堆和棧的參數可以通過-Xms和-Xmx更改

一個應用，一個虛拟機執行個體，一個程序（所有android應用的線程都是對應一個linux線程，都運作在自己的沙盒中，不同的應用在不同的程序中運作。每個android dalvik應用程式都被賦予了一個獨立的linux PID(app_*)）

Dalvik和标準Java虛拟機（JVM）之間的首要差别之一，就是Dalvik基于寄存器，而JVM基于棧。Dalvik基于寄存器指令體大，但是指令不多。JVM指令體小，但是指令多。

Dalvik和Java之間的另外一大差別就是運作環境——Dalvik經過優化，允許在有限的記憶體中同時運作多個虛拟機的執行個體，并且每一個 Dalvik應用作為一個獨立的Linux程序執行。

（1）虛拟機很小，使用的空間也小；

（2）Dalvik沒有JIT編譯器；

（3）常量池已被修改為隻使用32位的索引，以簡化解釋器；

（4）它使用自己的位元組碼，而非Java位元組碼。

 備注：

JIT編譯器，英文寫作Just-In-Time Compiler，中文意思是即時編譯器。

JIT編譯器能夠将MSIL編譯成為各種不同的機器代碼，以适應對應的系統平台，最終使得程式在目标系統中得到順利地運作。

Dalvik虛拟機架構：

  在android源碼中,Dalvik虛拟機的實作位于“dalvik/”目錄下，其中“dalvik/vm”是虛拟機的實作部分，将會編譯成libdvm.so;而"dalvik/libdex"将會編譯成libdex.a靜态庫作為dex工具；“dalvik/dexdump”是.dex檔案的反編譯工具；虛拟機的可執行程式位于“dalvik/dalvikvm”中，将會編譯成dalvikvm可執行檔案。

  dalvik虛拟機架構：

Android應用編譯及運作流程：

Dalvik程序管理：

   dalvik程序管理是依賴于linux的程序體系結構的，如要為應用程式建立一個程序，它會使用linux的fork機制來複制一個程序（複制程序往往比建立程序效率更高）。

   Zygote是一個虛拟機程序，同時也是一個虛拟機執行個體的孵化器，它通過init程序啟動。首先會孵化出System_Server（android絕大多系統服務的守護程序，它會監聽socket等待請求指令，當有一個應用程式啟動時，就會向它送出請求，zygote就會FORK出一個新的應用程式程序）.每當系統要求執行一個android應用程式時，Zygote就會運用linux的FORK進制産生一個子程序來執行該應用程式。

   每當執行一個Android應用程式，Zygote就會孵化一個子線程去執行該應用程式（系統内部執行dvz指令完成的）。這樣做的好處是顯而易見的，Zygote程序是在系統啟動時産生的，它會完成虛拟機的初始化，庫的加載，預置類庫的加載和初始化等操作，而在系統需要一個新的虛拟機執行個體時，Zygote通過複制自身，最快速地提供一個系統。另外，對于一些隻讀的系統庫，所有虛拟機執行個體都和Zygote共享一塊記憶體區域，這樣可以大大節省記憶體開銷。

   相對于基于堆棧的虛拟機實作，基于寄存器的虛拟機實作雖然在硬體通用性上要差一些，但是它在代碼的執行效率卻更勝一籌。在基于寄存器的虛拟機中，可以更加有效地減少多餘指令的分發和減少記憶體的讀寫通路。

JVM和Dalvik程序管理：

   linux中程序間通信的方式有很多，但是dalvik使用的是信号方式來完成程序間通信。