1 概论

1.1 JVM概念

       JVM是Java Virtual Machine的简称，本质上就是一个软件，是计算机硬件的一层软件抽象，在这之上才能够运行Java程序，JAVA在编译后会生成类似于汇编语言的JVM字节码，与C语言编译后产生的汇编语言不同的是，C编译成的汇编语言会直接在硬件上跑，但JAVA编译后生成的字节码是在JVM上跑，需要由JVM把字节码翻译成机器指令，才能使JAVA程序跑起来。
       JVM运行在操作系统上，屏蔽了底层实现的差异，从而有了JAVA吹嘘的平台独立性和Write Once Run Anywhere。根据JVM规范实现的具体虚拟机有几十种，主流的JVM包括Hotspot、Jikes RVM等，都是用C/C++和汇编编写的，每个JRE编译的时候针对每个平台编译，因此下载JRE（JVM、Java核心类库和支持文件）的时候是分平台的，JVM的作用是把平台无关的.class里面的字节码翻译成平台相关的机器码，来实现跨平台。

1.2 DVM概念

       DVM是Dalvik Virtual Machine的缩写，是Android4.4及以前使用的虚拟机，所有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。JVM和DVM都提供了对象生命周期管理，堆栈管理，线程管理，安全和异常管理及垃圾回收等重要功能，各自拥有一套完整的指令系统。
       APK在打包的过程中会先将java等源码通过javac编译成.class文件，然后通过android的dx工具将.class文件转换成Dalvik虚拟机能够执行的.dex文件。Dalvik虚拟机在应用程序启动时，会将.dex文件转换成快速运行的机器码进行执行。

1.3 ART概念

       在android5.0及后续版本中，Google采用了ART正式取代了以往的Dalvik虚拟机，ART虚拟机会将.dex文件转化为可直接运行的.oat文件。

1.3.1 JIT

       JIT是Just In Time缩写，称为及时编译技术。以JVM为例，javac将源程序编译成java字节码，JVM通过逐条解释将字节码翻译成对应的机器指令，逐条读入，逐条解释翻译，执行速度必然比c/c++编译后的可执行二进制字节码程序慢，为了提高执行速度，就引入了JIT技术，JIT会在运行时分析应用程序代码，识别哪些方法可以归类为热方法，这些方法会被JIT编译器编译成对应的汇编代码，然后存储到代码缓存中，以后调用这些方法时就不用解释执行了，可以直接使用代码缓存中已编译好的汇编代码，这能显著提升应用程序的执行效率。Dalvik虚拟机在android2..2中增加了JIT。

1.3.2 AOT

AOT指的是预编译技术，其全称为Ahead Of Time。AOT就是在我们安装APK时就将dex文件直接处理成可直接供ART虚拟机使用的机器码。

1.4 APK的执行流程

引用一张Google的图来看一下Android对apk的执行流程（图片从上往下阅读)：

图1.1 apk执行过程

       Java文件通过javac编译成.class文件，然后通过SDK中的dx工具将.class文件转换成Dalvik虚拟机能够执行的.dex文件，然后与Native code(JNI)和资源文件一起打包成apk，apk安装到手机后解压出.dex文件，Dalvik虚拟机会通过dexopt工具将.dex文件优化，形成Odex文件，ART则会将.dex文件通过dex2oat工具编译得到一个ELF文件，这是一个可执行文件。

2 虚拟机特性对比

2.1 JVM与DVM对比

• Java虚拟机运行的是java字节码，Dalvik虚拟机运行的是Dalvik字节码
         java程序经过编译，生成java字节码保存在.class文件中，JVM通过解码.class文件中的内容来运行程序。而DVM运行的是Dalvik字节码，所有的Dalvik字节码都是由Java字节码转换而来，并打包到.dex（Dalvik Executable）可执行文件中，DVM通过解释.dex文件来执行这些字节码。
   
• Dalvik可执行文件体积更小
         android SDK中有个dx工具，该工具负责将Java字节码转换为Dalvik字节码，dx工具对Java类文件重新排列，将所有Java类文件中的常量池分解，消除其中冗余信息，重新组合形成一个常量池，所有的类文件共享同一个常量池，使得相同的字符串、常量在DEX文件中只出现一次，从而减少了文件的体积。
• JVM基于栈，DVM基于寄存器
  关于栈式虚拟机：

1. 代码必须使用这些指令来移动变量(即push和pop)
2. 代码尺寸小和解码效率会更高些
3. 堆栈虚拟机指令有隐含的操作数。

关于寄存器式虚拟机：

1. 使用堆栈来分配激活记录器
2. 基于寄存器代码免去了使用push和pop命令的麻烦，减少了每个函数的指令总数。
3. 代码尺寸和解码效率不如基于栈虚拟机，因为它包含操作数，所以指令大于基于堆栈的指令。但是基于寄存器产生更少的代码，所以总的代码数不会增加。
4. 寄存器虚拟机必须从操作指令中解码操作数，需要额外的解码操作。

因而，笼统说可以有以下结论：

• 要追求尽量实现简单：选择基于栈
• 传输代码的大小尽量小：选择基于栈
• 纯解释执行的解释器的速度：选择基于寄存器
• 带有JIT编译器的执行引擎的速度：随便，两者一样；对简易JIT编译器而言基于栈的指令集可能反而更便于生成更快的代码，而对比较优化的JIT编译器而言输入是基于栈还是基于寄存器都无所谓，经过parse之后就变得完全一样了。

2.2 DVM与ART对比

• ART采用AOT技术替代了JIT
         ART在应用程序安装时，就已经将所有的字节码编译成机器码，运行的时候直接运行的是机器码。而Dalvik则是在应用程序运行时，实时地将字节码编译成机器码。因此，ART与Dalvik相比，省去了运行时将字节码编译成机器码的过程，极大地提升了应用程序的运行效率。
         虽然运行效率得到提升，但同时带来了其它缺点：

• 安装时需要将字节码转换成机器码，因此ART需要更大的存储空间
• 安装时需要更多的时间

• 提高了垃圾回收效率
         Dalvik虚拟机在GC时，会挂起虚拟机内部的所有线程，然后GC查找所有可回收的对象进行回收，回收后恢复所有挂起的线程。GC与应用程序的运行并不是并发执行的，如果GC频繁或者GC时间过长都会导致应用程序运行卡顿。
         ART对GC做了一定的改善，Dalvik的GC操作与应用程序是同步执行的（非并发），而ART则将原来的非并发过程改成部分并发，缩短了GC时间，提升了垃圾回收效率。

• 提高了内存使用率、减少了内存碎片化
         Dalvik虚拟机垃圾回收采用了Mark and Sweep算法，即“标记-清除”算法，这种算法先对需要回收的内存区域进行标记，然后再统一清除，它是一种比较高效的算法，但是带来的弊端是会造成可用内存块的不连续，碎片化严重。虚拟机多次gc之后，本来连续的内存区域变得千疮百孔，以后为对象分配内存寻址会越来越难。
         而ART在内存分配上做了优化，比如它开辟了一块名为Large Object Space的内存区域，专门用来存放大对象，同时还引入了一个名为moving collector的技术，专门用来将gc后不连续的物理内存块对齐，解决了Dalvik上内存碎片化严重的问题。

参考文章

https://blog.csdn.net/qq_27688259/article/details/82252855
https://www.jianshu.com/p/5c00dd2bece6
https://www.jianshu.com/p/1f779586efdc
https://blog.csdn.net/k1457047898/article/details/53471951