硬核讲解：“Android虚拟机”的前世今生

前言

我进入 Androird 行业也有一段时间，目前负责项目开发方面的工作，难免会用到虚拟机实现代码运行，最近我也一直在思考，虚拟机是以哪种方式实现的，底层逻辑又是怎样的？于是在网上查阅了相关的资料，结合自身的见解，将之整合在了一起，接下来我们就来了解一下虚拟机的相关知识

虚拟机的前身

● 众所周知，Android 最开始面世时，使用的开发语言是 Java,而 Java 是运行在 Java 虚拟机上的，即 JVM；那么为什么 Google 要单独设计一套新的 Dalvik 虚拟机来执行 Android 程序呢？

● 可能是为了解决移动端设备上软件运行效率问题，可能是 JVM 虚拟机无法满足当时移动端的使用场景，也可能是为了规避与 Oracle 公司的版权纠纷问题，最终 Google 专门为 Android 平台设计了一套虚拟机来运行 Android 程序，它就是 Dalvik Virtual Machine(Dalvik 虚拟机)

● 随着 Android 发展至今，虽然目前开发 Android 程序的语言已经越来越多样性，如 Java,Kotlin,Dart,Flutter 等等，但无论使用哪种语言开发 Android，最终都需要运行在虚拟机上,本篇文章将站在 Android 虚拟机的视角来分析 Android 程序的运行原理

Dalvik 虚拟机概述及特点

Dalvik 虚拟机作为 Android 平台的核心组件，拥有如下几个特点：

● 体积小，占用内存空间小

● 专有的 DEX 可执行文件格式，体积更小，执行效率更快

● 常量池采用 32 位索引值，寻址类方法名、字段名、常量更快

● 基于寄存器架构，并拥有一套完整的的指令系统

● 提供了对象生命周期管理、堆栈管理、线程管理、安全和异常管理以及垃圾回收等重要功能

所有的 Android 程序都运行在 Android 系统进程里，每个进程对应着一个 Dalvik 虚拟机实例

Java 虚拟机概述及特点

JVM 是 Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，是 JRE 的一部分；它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM 有自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统；Java 虚拟机 JVM 是属于 JRE 的，而现在我们安装 JDK 时也附带安装了 JRE (当然也可以单独安装JRE)

JVM 拥有如下几个特点：

● JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行

● Java虚拟机实例负责运行一个Java程序，当启动一个Java程序时，一个虚拟机实例就诞生了。当程序结束，这个虚拟机实例也就消亡。在 Java虚拟机规范中，一个虚拟机实例的行为是分别按照子系统、内存区、数据类型和指令来描述的，这些组成部分一起展示了抽象的虚拟机的内部体系结构

● 作为一种编程语言的虚拟机，实际上不只是专用于Java语言，只要生成的编译文件匹配JVM对载入编译文件格式要求，任何语言都可以由JVM编译运行

Java虚拟机与Java语言并没有必然的联系，他只与特定的二进制文件格式—Class文件格式所关联，Class文件中包含了Java虚拟机指令集(或者称为字节码，Bytecodes)和符号表,还有一些其他辅助信息

Dalvik 虚拟机与 Java 虚拟机的区别

从 Dalvik 虚拟机的特点我们可以看出 Dalvik VM 和 JVM 还是有许多的不同点的，两者并不兼容，他们显著的不同点主要有以下几个方面：

● Java 虚拟机运行的是 Java 字节码，Dalvik 虚拟机运行的是 Dalvik 字节码; 传统的 Java 程序经过编译，生成 Java 字节码保存在 .class 文件中，Java 虚拟机通过解码 .class 文件中的内容来运行程序

● 而 Dalvik 虚拟机运行的是 Dalvik 字节码，所有的 Dalvik 字节码由 Java 字节码转换而来，并被打包到一个 DEX(Dalvik Executable) 的执行的文件中，Dalvik 虚拟机通过解释 DEX 文件来执行这些字节码

总结

本质上，Dalvik也是一个Java虚拟机；但它特别之处在于没有使用JVM规范；大多数Java虚拟机都是基于栈的结构，而Dalvik虚拟机则是基于寄存器。基于栈的指令很紧凑

例如，Java虚拟机使用的指令只占一个字节，因而称为字节码；基于寄存器的指令由于需要指定源地址和目标地址，因此需要占用更多的指令空间

Dalvik虚拟机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劣；一般而言，执行同样的功能，前者需要更多的指令（主要是load和store指令），而后者需要更多的指令空间；需要更多指令意味着要多占用CPU时间，而需要更多指令空间意味着数据缓冲（d-cache）更易失效

Android架构师之路还很漫长，与君共勉