硬核讲解：“Android 虚拟机”的前世今生

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硬核讲解：“Android 虚拟机”的前世今生

安卓和ios最本质的区别是什么？

学习Android 开发，有什么书籍值得推荐

android auto不能创建虚拟机

一、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

Google 于 2007 年底正式发布了 Android SDK, Dalvik 虚拟机也正式进入我们的视野，而 Dalvik 命名的由来是取至其作者 丹·伯恩斯坦（Dan Bornstein） 曾居住过一个名叫 Dalvik 的小渔村

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

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一、安卓和ios最本质的区别是什么？

优先级别不同：iOS最先响应屏幕
　　当使用iOS或者是Android手机时，第一步就是滑屏解锁找到相应程序点击进入。而这个时候往往是所有操控开始的第一步骤，iOS系统产品就表现出来了流畅的一面，但Android产品却给人一种卡顿的现象，更别说后续深入玩游戏或者进行其它操控了。这是为什么?
　　其实这与两个系统的优先级有关，iOS对屏幕反应的优先级是最高的，它的响应顺序依次为Touch–Media–Service–Core架构，换句话说当用户只要触摸接触了屏幕之后，系统就会最优先去处理屏幕显示也就是Touch这个层级，然后才是媒体(Media)，服务(Service)以及Core架构。而Android系统的优先级响应层级则是Application–Framework–Library–Kernal架构，和显示相关的图形图像处理这一部分属于Library，可以看到到第三位才是它，当触摸屏幕之后Android系统首先会激活应用，框架然后才是屏幕最后是核心架构。

　　iOS系统优先处理Touch层级(图片来自网络)
　　可以看到优先级的不同导致了iOS产品以及Android手机在操控过程中的表现差异，当滑动屏幕进行操控的时候，iOS系统会优先处理Touch层级，而Android系统则是第三个才响应Library层级，这是造成它们流畅度不同的因素之一。不过优先级对系统流畅性有有影响不假，但并不是最绝对的，造成两系统之间流畅性不一的现象还有其它因素，可以接着往下看。
　　硬件工作配置不同：iOS基于GPU加速
　　目前智能手机硬件装备竞赛当中，其实处理器等配置已经达到了一个瓶颈期，各大旗舰产品在硬件比拼当中基本上没有太大的区别，而这时候GPU就成为了一个凸显差异的重要因素。一些大型软件像是3D游戏对GPU性能要求都会比较高，苹果iPhone产品采用的Power VR SGX系列GPU在当下来说非常的主流，跑分测试数据证明了它并不会比一些旗舰级别的Android产品差劲。

　　A6处理器集成了Power VR SGX543显示芯片(图片来自网络)
　　而iOS系统对图形的各种特效处理基本上正好都是基于GPU硬件进行加速的，它可以不用完全借助CPU或者程序本身，而是通过GPU进行渲染以达到更流畅的操控表现。但是Android系统产品则并非如此，因为Android需要适应不同的手机硬件，需要满足各种差异配置，所以很多图形特效大多都要靠程序本身进行加速和渲染，并严重依赖CPU运算的操作自然会加大处理器的负荷，从而出现卡顿的问题。虽然Android 4.0以及4.1等更高版本中进行了改进将硬件加速设为默认开启，但依旧无法做到所有特效全部都靠GPU进行加速。在很多Android手机里面都自带有“是否开启GPU渲染”这个功能选项，不过开启之后的改善也是微乎其微。

　　iOS图形特效基于GPU加速渲染
　　屏幕最先响应的优先级关系，再加上iSO本身GPU加速程序的特性，使得大家在操控过程中感觉iOS手机拥有着不错的流畅性。因为它本身的整个流程都是在为最大化的流畅做服务，不管是第一印象的滑动接触屏幕，还是进一步使用程序之后的更深层操作都是如此。而GPU加速这点特性，应该是它优于Android系统流畅性的又一个因素。
　　开发机制不同：安卓机制效率低
　　Android的编程语言是JAVA，而iOS的则为Objective-C，不过要是说Android系统之所以有些卡顿是因为JAVA开发语言的关系，或者是拿它和Objective-C对比肯定会有人提出质疑。Objective-C的优势是效率高但比较“唯一”，而JAVA的优势则是跨平台不过运行效率相对偏低，其实这两个编程语言所带来的机制不同，就已经造成了各自系统之间的流畅性差异化。

　　Android系统架构(图片来自网络)
　　iOS的Objective-C，编译器gcc，而这个gcc编译出来的代码又被苹果专为iOS架构优化到了极致，运行过程中也不需要虚拟机在中间插手，执行效率自然很高–引自网络。这一段话应该是iOS系统本身运行程序的执行过程，而Android是通过JAVA虚拟机来执行，并且系统需要占用大量内存来换取执行速度，再加上不定期的内存自动回收机制，从而直接导致了卡顿现象的出现。

　　iOS系统架构有着不错的运行效率
　　Android的JAVA编程本身运行效率比Objective-C低一些，而且再加上内存自动回收的机制，所以造成了一些卡顿不流畅的现象出现。但根据技术人员讲解，现代的JAVA虚拟机效率已经不再是最大的瓶颈，Android 4.0系统版本之后的卡顿现象明显得到了改善，所以这也是有用户并没有发现自己新买的Android手机出现太多卡顿现象的原因。看来编程语言和机制已经被Android进行了改善，这同样也不是造成它与iOS流畅性偏差的唯一因素，不过影响却是实实在在存在着。

二、学习Android 开发，有什么书籍值得推荐

一、《深入理解Android内核设计思想（第2版）（上下册）》
本书既适合Android系统工程师，也适合于应用开发工程师来阅读，从而提升Android开发能力。读者可以在本书潜移默化的学习过程中更深刻地理解Android系统，并将所学知识自然地应用到实际开发难题的解决中。
二、《Android Studio应用开发实战详解》
本书适合Android初级读者、Android应用开发人员、Android爱好者、Android Studio开发人员、Android智能家居、Android可穿戴设备研发人员学习，也可以作为相关培训学校和大专院校相关专业的教学用书。
三、《深入解析Android 虚拟机》
本书几乎涵盖了Dalvik VM系统的所有主要内容，并且讲解方法通俗易懂，特别有利于读者学习并消化。
四、《Android传感器开发与智能设备案例实战》
本书几乎涵盖了Android传感器和外设开发所需的所有主要内容，讲解方法通俗易懂。
五、《构建安全的Android App》
本书介绍了主流的Android安全技术开发的方法，并把此方法应用在整个Android应用开发的代码里。
六、《Android 应用测试指南》
《Android应用测试指南》是一本移动测试实用工具书。本书针对当前流行的技术、框架和工程质量改进工具进行了介绍，一步一步清晰地指导大家如何去写应用程序的测试用例，利用各种测试手段来保证Android项目质量。
七、《精通Android网络开发》
本书几乎涵盖了Android网络应用中的所有主要内容，讲解方法通俗易懂。

三、android auto不能创建虚拟机

是的。
Android模拟器创建不了通常是因为SDK无法更新导致，由于国内网络问题，无法访问google，ADT 及SDK都无法更新，所以无法创建模拟器。
《深入解析 Android 虚拟机》，Android 系统从诞生到现在的短短几年时间里，凭借其易用性和开发的简洁性，赢得了广大开发 者的支持。在整个 Android 系统中，Dalvik VM 一直是贯穿从底层内核到高层应用开发的核心。本书循序渐进地讲解了 Android 虚拟机系统的基本知识，并剖析了其整个内存系统的进程和运作流程，并对虚拟机系统优化和异常处理的知识进行了详细讲解。本书几乎涵盖了 Dalvik VM 系统的所有主要内容，并且讲解方法通俗易懂，特别有利于读者学习并消化。