Android虚拟机与类加载机制

2022-05-25 本文已影响0人搬砖小老弟

作者：木水Code
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JVM和Dalvik/ART

Android应用程序运行在Dalvik/ART虚拟机，并且每一个应用程序对应有一个单独的Dalvik虚拟机实例。Dalvik虚拟机实则也算是一个Java虚拟机，只不过它执行的不是class文件，而是dex文件。Dalvik虚拟机与Java虚拟机共享有差不多的特性，差别在于两者执行的指令集是不一样的，前者的指令集是基本寄存器的，而后者的指令集是基于堆栈的。

基于栈的虚拟机

对于基于栈的虚拟机来说，每一个运行时的线程，都有一个独立的栈。栈中记录了方法调用的历史，每有一次方法调用，栈中便会多一个栈桢。最顶部的栈桢称作当前栈桢，其代表着当前执行的方法。基于栈的虚拟机通过操作数栈进行所有操作。

public class Demo {
    public static void test() {
        int a = 1;
        int b = 2;
        int c = a + b;
    }
}

使用javap -c xxx.class进行反编译，查看字节码指令：

iconst_1：将int类型常量a压入操作数栈
istore_0：将int类型常量a存入局部变量0
iadd：执行int类型的加法操作

执行过程如下：

基于寄存器的虚拟机

寄存器是CPU的组成部分。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。

基于寄存器的虚拟机中没有操作数栈，但是有很多虚拟寄存器。其实和操作数栈相同，这些寄存器也存放在运行时栈中，本质上就是一个数组。与JVM相似，在Dalvik VM中每个线程都有自己的PC和调用栈，方法调用的活动记录以帧为单位保存在调用栈上。

与JVM版相比，可以发现Dalvik版程序的指令数明显减少了，数据移动次数也明显减少了。

ART和Dalvik

Dalvik虚拟机执行的是dex字节码，解释执行。 从Android 2.2版本开始，支持JIT即时编译（Just In Time）在程序运行的过程中进行选择热点代码（经常执行的代码）进行编译或者优化。而ART（Android Runtime）是在 Android 4.4 中引入的一个开发者选项，也是 Android 5.0 及更高版本的默认 Android 运行时。ART虚拟机执行的是本地机器码。 Android的运行时从Dalvik虚拟机替换成ART虚拟机，并不要求开发者将自己的应用直接编译成目标机器码，APK仍然是一个包含dex字节码的文件。

dex2aot

Dalvik下应用在安装的过程，会执行一次优化，将dex字节码进行优化生成odex文件。而Art下将应用的dex字节码翻译成本地机器码的最恰当AOT时机也就发生在应用安装的时候。ART 引入了预先编译机制**（Ahead Of Time），在安装时，ART 使用设备自带的 dex2oat 工具来编译应用，dex中的字节码将被编译成本地机器码。

Android N(7.0)的运作方式

ART 使用预先 (AOT) 编译，并且从 Android N混合使用AOT编译，解释和JIT。

1、最初安装应用时不进行任何 AOT 编译（安装又快了），运行过程中解释执行，对经常执行的方法进行JIT，经过 JIT 编译的方法将会记录到Profile配置文件中。

2、当设备闲置和充电时，编译守护进程会运行，根据Profile文件对常用代码进行 AOT 编译。待下次运行时直接使用。

类加载机制

双亲委派机制

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
            //检查类是否已经被加载过
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                //没被加载过，就去加载该类
                try {
                    if (parent != null) {
                        //parent不为null，则调用parent的loadClass去加载
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        //parent为null，则调用BootClassLoader去加载类(从Framework中找)
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    //如果还是找不到，就调用findClass自己去找(从app中找)
                    c = findClass(name);
                }
            }
            return c;
    }

某个类加载器在加载类时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务或者没有父类加载器时，才自己去加载。

好处：

1、避免重复加载，当父加载器已经加载了该类的时候，就没有必要子ClassLoader再加载一次。

2、安全性考虑，防止核心API库被随意篡改。

类加载过程