关键概念

• Dalvik：
• Android早期使用的虚拟机（Android 5.0之前），使用JIT编译方案。
• 文件格式dex

• ART：Android runtime
• 现在普遍使用的虚拟机（Android5.0及之后），使用AOT编译方案。
• Android7.0之后，采用AOT\JIT混合的编译方案。

• JIT：Just In Time
• 程序运行时，实时将字节码编译为机器代码并执行。

• AOT：Ahead Of Time
• 在软件安装的时候就把字节码码编译成机器代码。

• DEX：
• 专为Android平台设计的一种压缩的执行格式。
• DEX文件在应用的构建过程中产生。

• OAT：
• 在ART环境中使用的编译后的执行文件格式，包含了从DEX文件预编译的本地机器代码。

两种虚拟机

Dalvik虚拟机

简介

• Android的首个版本就开始使用的虚拟机，即2008年发布的Android 1.0。

• Dalvik是专门为Android系统设计的虚拟机。

• 主要是为了优化电池续航和提升在有限内存的设备上的运行效率。

特点

• 基于寄存器：
• Dalvik虚拟机是一个基于寄存器的虚拟机。
• 相比基于栈的虚拟机（JVM），基于寄存器的设计可以减少指令的数量，从而提高执行效率。

• JIT编译：
• Dalvik在Android 2.2 (Froyo) 引入了即时编译（JIT），允许应用运行时将频繁执行的代码部分编译成本地代码，这样可以提高应用的执行速度。

Android Runtime (ART)

简介

• 引入：ART首次引入是在Android 4.4 (KitKat) 。

• 夺权：在Android 5.0 (Lollipop) 中，ART取代了Dalvik，成为了默认的运行环境。

• 回归：在Android 7.0（Nougat），JIT 编译器回归，形成 AOT/JIT 混合编译模式。

• 目的：为了进一步提升应用的性能、减少应用启动时间和系统占用。

特点

• AOT编译：
• 与Dalvik的JIT编译不同，ART采用了提前编译（AOT，Ahead-of-Time Compilation）。
• 在应用安装时，ART将全部字节码转换成机器码，这一过程增加了应用的安装时间，但显著减少了运行时的CPU负载和启动时间。

• 改进的垃圾回收：
• 大多采用并发设计，只有一次 GC 暂停（Dalvik 需要两次）。
• 并发复制，可减少后台内存使用和碎片
• GC 暂停的时间不受堆大小影响
• 在清理最近分配的短时对象这种特殊情况中，回收器的总 GC 时间更短

• 更好的内存分配和管理：
• ART使用了更加高效的内存分配策略，提高了性能并减少了内存浪费。

作用流程

• 图片引用自：https://juejin.cn/post/6844903748058218509

编译方案

JIT

• 引入原因：
• 在Android 2.2 (Froyo) 之前，Dalvik虚拟机完全依赖于解释执行字节码，这意味着每次运行程序时都需要读取并解释字节码，这会导致性能的下降。

• 特点：
• 动态编译：应用代码在运行时根据需要被编译成机器语言。
• 热点代码优化：JIT编译可以在应用运行时将经常执行的字节码部分（热点代码）编译成本地代码，从而减少解释执行的开销，以提高应用的运行速度。

AOT

• 引入原因：
• 为了提高应用的性能，尤其是在应用启动时。通过提前编译，应用可以更快地启动并运行，改善用户体验。

• 特点：
• 启动性能：由于代码已经被编译成机器语言，应用程序在启动时无需等待编译，从而减少了启动时间。
• 运行开销：运行时无需进行额外的编译，因此可以减少CPU的使用和电池消耗。
• 安装、存储开销：增加应用的安装时间和生成的可执行文件大小。

DEX和OAT

DEX文件（Dalvik Executable）

定义

• 是Android应用程序中使用的一种压缩的执行格式，专为Android平台设计。

生成时机及过程

• 时机：
• 应用的编译阶段生成的。

• 过程：
• 首先将Java源代码编译成Java字节码（即.class文件）。
• 然后使用Android SDK中的“dx”工具（或Android Studio内置的构建工具）将.class文件转换成一个或多个DEX文件。
• 将生成的DEX文件打包进APK中。

作用阶段

• 对于Dalvik虚拟机，DEX文件在应用运行时被加载，通过解释执行或JIT编译执行。

• 对于ART虚拟机，DEX文件在应用安装时被预编译成OAT格式。

OAT文件（Android Runtime Executable）

定义

• 是在ART环境中使用的编译后的执行文件格式，包含了从DEX文件预编译的本地机器代码。

• 包含的机器代码是针对设备优化过的。

生成时机及过程

• 时机：应用安装过程中生成的。

• 过程：
• 当应用安装时，ART虚拟机会在首次安装期间将DEX文件编译成OAT文件。

作用阶段

• 应用启动和运行阶段起作用。

特点

• 由于OAT文件包含预编译的本地代码，它允许ART虚拟机直接执行这些代码，无需在运行时进行任何额外编译，从而提高应用的性能和响应速度。

对比总结

虚拟机对比

编译方案对比

AOT和JIT对比

DEX和OAT对比

参考/资料

Android 运行时和 Dalvik  |  Android 开源项目  |  Android Open Source Project

Android Runtime (ART) 是 Android 上的应用和部分系统服务使用的托管式运行时。ART 及其前身 Dalvik 最初是专为 Android 项目打造的。作为运行时的 ART 可执行 Dalvik 可执行 (DEX) 文件并遵循 DEX 字节码规范。

https://source.android.com/docs/core/runtime?hl=zh-cn

Android Runtime - Yorek's Blog

An Android Developer.

https://blog.yorek.xyz/android/other/runtime/