自 2008 年 9 月 23 日對(duì)外發(fā)布第一個(gè)版本 Android 1.0 以來(lái)，在摩爾定律和安迪比爾定律的共同作用下，Android 系統(tǒng)以每年至少一次重大更新（2016 年至今每年一次）速度進(jìn)行迭代，在進(jìn)行版本迭代的過(guò)程中，Android 虛擬機(jī)的發(fā)展不可忽視。

Android 誕生之初

在 Android 系統(tǒng)初期，不同于 Java 平臺(tái)使用 JVM 加載字節(jié)碼文件(.class)，Android 系統(tǒng)由 Dalvik 擔(dān)任虛擬機(jī)的角色，每次運(yùn)行程序的時(shí)候，Dalvik 負(fù)責(zé)加載 dex/odex 文件并解析成機(jī)器碼交由系統(tǒng)調(diào)用。

Android 2.2 —— JIT 首次登場(chǎng)

為了適應(yīng)硬件速度的提升，Android 系統(tǒng)系統(tǒng)也在不斷更新，單一的 Dalvik 虛擬機(jī)已經(jīng)漸漸地滿足系統(tǒng)的要求了，2010 年 5 月 20 日，Google 發(fā)布 Android 2.2（Froyo凍酸奶），在這個(gè)版本中，Google 在 Android 虛擬中加入了 JIT 編譯器（Just-In-Time Compiler）。

和其他大多數(shù) JVM 一樣，Dalvik 使用 JIT 進(jìn)行即時(shí)編譯，借助 Java HotSpot VM，JIT 編譯器可以對(duì)執(zhí)行次數(shù)頻繁的 dex/odex 代碼進(jìn)行編譯與優(yōu)化，將 dex/odex 中的 Dalvik Code（Smali 指令集）翻譯成相當(dāng)精簡(jiǎn)的 Native Code 去執(zhí)行，JIT 的引入使得 Dalvik 的性能提升了 3~6 倍。

但是 JIT 模式的缺點(diǎn)也不容忽視：

• 每次啟動(dòng)應(yīng)用都需要重新編譯
• 運(yùn)行時(shí)比較耗電，造成電池額外的開(kāi)銷

JIT

Andorid 4.4 —— ART 和 AOT

2013 年 10 月 31 日，Google 發(fā)布 Android 4.4（奇巧Kitkat）,帶來(lái)了全新的虛擬機(jī)運(yùn)行環(huán)境 ART（Android RunTime）的預(yù)覽版和全新的編譯策略 AOT（Ahead-of-time），需要注意的是，彼時(shí) ART 是和 Dalvik 共存的，用戶可以在兩者之間進(jìn)行選擇（感覺(jué)怪怪的，用戶可是小透明啊）。

Android 5.0 —— ART 全面取代 Dalvik

2014 年 10 月 16 日，Google發(fā)布Android 5.0（棒棒糖Lollipop），ART 全面取代 Dalvik 成為 Android 虛擬機(jī)運(yùn)行環(huán)境，至此，Dalvik 退出歷史舞臺(tái)，AOT 也成為唯一的編譯模式。

AOT 和 JIT 的不同之處在于：JIT 是在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行編譯，是動(dòng)態(tài)編譯，并且每次運(yùn)行程序的時(shí)候都需要對(duì) odex 重新進(jìn)行編譯；而 AOT 是靜態(tài)編譯，應(yīng)用在安裝的時(shí)候會(huì)啟動(dòng) dex2oat 過(guò)程把 dex 預(yù)編譯成 ELF 文件，每次運(yùn)行程序的時(shí)候不用重新編譯，是真正意義上的本地應(yīng)用。

ART_Dalvik

另外，相比于 Dalvik，ART 對(duì) Garbage Collection（GC）過(guò)程的也進(jìn)行了改進(jìn)：

1. 只有一次 GC 暫停（Dalvik 需要兩次）
2. 在 GC 保持暫停狀態(tài)期間并行處理
3. 在清理最近分配的短時(shí)對(duì)象這種特殊情況中，回收器的總 GC 時(shí)間更短
4. 優(yōu)化了垃圾回收的工效，能夠更加及時(shí)地進(jìn)行并行垃圾回收，這使得 GC_FOR_ALLOC 事件在典型用例中極為罕見(jiàn)
5. 壓縮 GC 以減少后臺(tái)內(nèi)存使用和碎片

AOT 模式解決了應(yīng)用啟動(dòng)和運(yùn)行速度和耗電問(wèn)題的同時(shí)也帶來(lái)了另外兩個(gè)問(wèn)題：

• 應(yīng)用安裝和系統(tǒng)升級(jí)之后的應(yīng)用優(yōu)化比較耗時(shí)
• 優(yōu)化后的文件會(huì)占用額外的存儲(chǔ)空間

AOT

這也給 Android 系統(tǒng)后續(xù)的優(yōu)化埋下了伏筆。

Android 7.0 —— JIT 回歸

用過(guò) Android 手機(jī)的人應(yīng)該都知道，在 Android 5.x 和 6.x 的機(jī)器上，系統(tǒng)每次 OTA 升級(jí)完成重啟的時(shí)候都會(huì)有個(gè)應(yīng)用優(yōu)化的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程就是剛才所說(shuō)的 dex2oat 過(guò)程，這個(gè)過(guò)程比較耗時(shí)并且會(huì)占用額外的存儲(chǔ)空間。

2016年8月22日，Google發(fā)布Android 7.0（牛軋?zhí)荖ougat），JIT 編譯器回歸，形成 AOT/JIT 混合編譯模式，這種混合編譯模式的特點(diǎn)是：

• 應(yīng)用在安裝的時(shí)候 dex 不會(huì)被編譯
• 應(yīng)用在運(yùn)行時(shí) dex 文件先通過(guò)解析器（Interpreter）后會(huì)被直接執(zhí)行（這一步驟跟 Android 2.2 - Android 4.4之前的行為一致），與此同時(shí)，熱點(diǎn)函數(shù)（Hot Code）會(huì)被識(shí)別并被 JIT 編譯后存儲(chǔ)在 jit code cache 中并生成 profile 文件以記錄熱點(diǎn)函數(shù)的信息。
• 手機(jī)進(jìn)入 IDLE（空閑） 或者 Charging（充電） 狀態(tài)的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)掃描 App 目錄下的 profile 文件并執(zhí)行 AOT 過(guò)程進(jìn)行編譯。

可以看出，混合編譯模式綜合了 AOT 和 JIT 的各種優(yōu)點(diǎn)，使得應(yīng)用在安裝速度加快的同時(shí)，運(yùn)行速度、存儲(chǔ)空間和耗電量等指標(biāo)都得到了優(yōu)化。

AOT_JIT

總結(jié)

Android 系統(tǒng)從誕生到現(xiàn)在，經(jīng)歷了幾次重要更新，最終選擇了折衷的方案，使得系統(tǒng)的安裝和運(yùn)行的時(shí)候各項(xiàng)指標(biāo)都得到了優(yōu)化，至此，Android 虛擬機(jī)的發(fā)展進(jìn)程告一段落。但是，隨著硬件性能的不斷提升，相信谷歌的腳步不會(huì)就此停止，期待谷歌能在未來(lái)給我們不斷帶來(lái)驚喜。

參考文章/視頻

https://www.youtube.com/watch?v=TCJLFqhC1VE
https://source.android.com/devices/tech/dalvik/jit-compiler
http://www.lxweimin.com/p/9a3a4eb32a04
https://zh.wikipedia.org/wiki/Android%E7%89%88%E6%9C%AC%E5%88%97%E8%A1%A8#cite_note-42

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