浅谈 JVM 6：Android 虚拟机对比
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· 2022-03-08
Android 开发最初使用 Java 作为主要开发语言，后来由于版权等原因，Google 官方目前推荐使用 Kotlin。但无论是 Java 还是 Kotlin，都是需要编译成字节码，然后经过 Android 特有的优化，运行在 Android 虚拟机中的。JVM 主要为电脑而设计，直接在手机设备上使用会有很多问题，比如耗电等。Android 虚拟机也针对手机设备做了一些优化。
本文来简单对比一下 JVM 和 Android 虚拟机。
虚拟机在类型上分为两种。
1.系统虚拟机：一个完整的虚拟机，提供了真实硬件的模拟，比如 VirtualBox、VMware 属于此类；2.处理虚拟机：通过解析指令的方式来执行程序，主要目标是提供一个平台无关的环境。
JVM vs DVM
Java 虚拟机属于第二类，主要提供了平台无关的 Java 代码执行环境，其中一种方式就是通过解析字节码的方式运行。
JVM 工作流程可以主要参考 “浅谈 JVM 4：类加载机制” 一文，在此不再详述。
Android 系统采用 VM 来运行上层程序有两个原因：
1.安全：应用层代码运行在 VM 中，和系统其他代码完全隔离，能够保证应用和系统的安全；2.平台无关：相同的代码可以运行在不同的架构中（ARM，MIPs，x86）。
Android 的虚拟机叫做 Dalvik Virtual Machine（DVM），该虚拟机能够执行 Dalvik EXecutable 字节码，可以使用 dx/d8 工具从 Java 字节码转换而来。转换过程中做了内存、处理速度的优化。相当于从多个 .class 文件编译为 .dex 文件放在 APK 中。
栈 vs 寄存器
根据我们前几篇文章分析，JVM 是基于栈的虚拟机，而 DVM 基于寄存器。基于寄存器的虚拟机使用更少的指令集、更少的代码和更少的内存操作，所以在性能上也有更好的表现。
这两者的差异意味着 Android 虚拟机的指令集中更多的是类似于汇编语言中的 move 等指令，而非 JVM 的 push、pop。
DVM vs ART
ART 用于替代早期的 DVM，ART 为了兼容以前的程序，同样使用 dex 字节码。但是在安装时会使用 dex2oat 将 dex 字节码转换为 oat 本地码。
除此之外，ART 优化了垃圾回收机制、更快的本地方法调用、更加省电、应用程序启动更快、更好的运行时性能等。
你可以通过下图查看不同虚拟机的 apk 在安装后文件结构的差异。
JIT vs AOT
Just In Time（JIT）在 JVM 有对应机制，在 Android 2.2 添加到虚拟机中。这是一种运行时优化热点代码的机制，即当虚拟机发现某段代码运行次数够多时，会将该段代码编译为机器码，下次执行该该代码时，直接运行机器码即可。这优化了程序运行性能。
Ahead of Time（AOT）是在安装应用时，将字节码编译为本地机器码。这减少了运行时编译的时间，提高了运行性能。但增大了安装耗时和存储空间占用。
总结
我们这次简单对比了下两个虚拟机的异同。掌握了本系列文章中涉及的知识之后，其实就已经具备了自己写一个虚拟机的理论知识。如何手写一个虚拟机？我们有机会聊聊。
拓展资料
•Android 运行时[1]•dex 文件格式[2]•Dalvik 指令集[3]
References
[1] Android 运行时: https://source.android.com/devices/tech/dalvik[2] dex 文件格式: https://source.android.com/devices/tech/dalvik/dex-format[3] Dalvik 指令集: https://source.android.com/devices/tech/dalvik/dalvik-bytecode