揭秘 Android 的虚拟机之旅：从 Dalvik 到 ART，再到混合编译

Android 虚拟机：移动应用程序运行的心脏

Android 虚拟机（AVM）是 Android 系统的基石，它掌管着执行所有 Android 应用程序的重任。作为一种虚拟化技术，AVM 为应用程序提供了一个独立的运行环境，使它们能够与操作系统隔离开来，同时享有访问系统资源的权限。从其诞生之初到不断演进的历程，让我们深入探索 AVM 的历史、基本原理和优化方法。

历史演变

AVM 的故事始于 2007 年，当时 Google 收购了 Android 公司，其创始人 Andy Rubin 和 Rich Miner 创造了 AVM 作为 Android 系统的核心。它的第一个版本是 Dalvik 虚拟机，借鉴了 Java 虚拟机 (JVM)，但对其进行了修改，使其适用于移动设备的限制条件。Dalvik 使用字节码解释执行，这意味着它在运行时解析应用程序代码。

2014 年，Google 推出了 ART 虚拟机，对 Dalvik 进行了重大升级。ART 引入了提前编译（AOT），即在安装时将应用程序字节码编译成机器码，从而大幅提升了性能。然而，ART 也有其缺点，如较长的应用程序安装时间和更大的内存占用。

为了兼顾两者的优点，Android N 引入了混合编译技术。它结合了 Dalvik 的解释执行和 ART 的 AOT 编译，在安装时使用前者，在运行时使用后者。这种折中方案减少了安装时间和内存消耗，同时提高了应用程序性能。

基本原理和与 JVM 的区别

AVM 建立在 JVM 的基础之上，但为了满足移动设备的需求而进行了定制。其主要区别在于：

• 执行方式： AVM 使用字节码解释执行，而 JVM 采用字节码编译执行。解释执行需要在运行时将字节码转换为机器指令，而编译执行则预先进行此转换，带来更快的速度。
• 内存管理： AVM 使用分代垃圾回收机制，根据对象的生存期将内存划分为不同的区域。JVM 则采用标记清除垃圾回收，遍历整个内存堆查找并清除未使用的对象。
• 多线程： AVM 和 JVM 都支持多线程，允许应用程序同时执行多个任务。

性能优化

优化 AVM 的性能至关重要，可以显著提升 Android 应用程序的用户体验。以下是一些有效的方法：

• 切换到 ART 虚拟机： ART 的 AOT 编译方式带来了更好的性能。
• 启用混合编译： 混合编译技术的平衡方法可以在安装时间、内存占用和性能之间取得最佳折衷。
• 减小应用程序体积： 精简应用程序代码、移除不必要的功能和资源可以减少安装时间和内存消耗。
• 改进应用程序逻辑： 优化算法、减少循环嵌套和避免冗余操作可以提高应用程序性能。

结语

AVM 是 Android 系统的命脉，从 Dalvik 到 ART 再到混合编译，其持续演进见证了 Google 对移动计算创新的不懈追求。优化 AVM 性能是一项持续的挑战，通过采用最佳实践，开发人员可以打造出流畅、高效的 Android 应用程序。

常见问题解答

1. AVM 的主要优点是什么？

   • 隔离应用程序以提高安全性
   • 提供访问系统资源的权限
   • 优化移动设备上的应用程序性能

2. ART 和 Dalvik 虚拟机的区别是什么？

   • ART 采用提前编译，而 Dalvik 使用解释执行。
   • ART 性能更高，但安装时间更长、内存占用更大。
   • Dalvik 安装时间更短、内存占用更小，但性能较低。

3. 混合编译技术的优势是什么？

   • 在安装时采用 Dalvik 的解释执行，减少安装时间和内存消耗。
   • 在运行时采用 ART 的 AOT 编译，提高应用程序性能。

4. 优化 AVM 性能的最佳实践有哪些？

   • 切换到 ART 虚拟机
   • 启用混合编译
   • 减小应用程序体积
   • 改进应用程序逻辑

5. AVM 的未来发展方向是什么？

   • 进一步优化性能和效率
   • 探索新的虚拟化技术和内存管理策略
   • 为不断增长的移动计算需求提供支持