理解Android虚拟机体系结构，Android布局优化之include、merge、ViewStub的使用

现在新技术层出不穷，如果每次出新的技术，我们都深入的研究的话，很容易分散精力。新的技术可能很久之后我们才会在工作中用得上，当学的新技术无法学以致用，很容易被我们遗忘，到最后真的需要使用的时候，又要从头来过（虽然上手会更快）。我觉得身为技术人，针对新技术应该是持拥抱态度的，入了这一行你就应该知道这是一个活到老学到老的行业，所以面对新技术，不要抵触，拥抱变化就好了。Flutter 明显是一种全新的技术

2401_84023787

1204人浏览 · 2024-04-02 12:00:21

2401_84023787 · 2024-04-02 12:00:21 发布

总的来说，Dalvik虚拟机具有以下特点：

使用dex格式的字节码，不兼容Java字节码格式
代码密度小，运行效率高，节省资源
常量池只使用32位的索引
有内存限制
默认栈大小是12KB（3个页，每页4KB）
堆默认启动大小为2MB，默认最大值为16MB
堆支持的最小启动大小为1MB，支持的最大值为1024MB
堆和栈参数可以通过-Xms和-Xmx修改

4 Dalvik系统结构

实际上，Dalvik是基于Apache Harmony（Apache软件基金会的Java SE项目）的部分实现，提供了自己的一套库，即上层Java应用程序编写所使用的API

3图.png

Apache Harmony大体上分为三个层：操作系统、Java虚拟机、Java类库。它的特点在于虚拟机和类库内部被高度模块化，每一个模块都有一定的接口定义。操作系统层与虚拟机层之间的接口由Portability Layer定义，它封装了不同操作系统的差异，为虚拟机和类库的本地代码提供了一套统一的API访问底层系统调用。虚拟机与类库之间的接口除了Java规范定义的JNI、JVMITI外，还加入了一层虚拟机接口，由内核类和本地代码组成。实现了虚拟机接口的虚拟机都可以使用Harmony的类库实现，并且可以被Harmony提供的同一个Java启动程序启动

下面是Dalvik虚拟机的结构图：

5图.png

一个应用首先经过DX工具将class文件转换成Dalvik虚拟机可以执行的dex文件，然后由类加载器加载原生类和Java类，接着由解释器根据指令集对Dalvik字节码进行解释、执行。最后，根据dvm_arch参数选择编译的目标机体系结构。

4.1 dex文件结构

dex文件结构和class文件结构差异的地方很多，但从携带的信息上看，dex和class文件是一致的。
6图.png

header：存储了各个数据类型的起始地址、偏移量等信息。
proto_ids：描述函数原型信息，包括返回值，参数信息。比如“test:()V”
methods_ids：函数信息，包括所属类及对应的proto信息。

优化主要针对以下几个方面：

调整所有字段的字节序和对齐结构中的每一个域
验证dex文件中的所有类
对一些特定的类进行优化，对方法里的操作码进行优化

dex文件经过优化后文件大小会膨胀，大约增加到原来的1~4倍。对于内置应用，一般在系统编译后，便会生成优化文件（odex: Optimized dex）。一个Android应用程序，需要经过以下过程才可以在Dalvik虚拟机上运行：

把Java源文件编译成class文件
使用DX工具把class文件转换成dex文件
使用aapt工具把dex文件、资源文件以及AndroidManifest.xml文件（二进制格式）组合成APK
将APK安装到Android设备运行

7图.png

4.2 Dalvik类加载器

一个dex文件需要类加载器加载原生类和Java类，然后通过解释器根据指令集对Dalvik字节码进行解释和执行。Dalvik类加载器使用mmap函数，将dex文件映射到内存中，通过普通的内存读取操作即可访问dex文件，然后解析dex文件内容并加载其中的类到哈希表中。

4.2.1 解析dex

总的来说，dex文件可以抽象为三个部分：头部、索引、数据。通过头部可以知道索引的位置和数目，以及数据区的起始位置。将dex文件映射到内存后，Dalvik会调用dexFileParse函数对其进行分析，分析的结果放到DexFile数据结构中。DexFile中的baseAddr指向映射区的起始位置，pClassDefs指向class索引的起始位置。为了加快class的查找速度，还创建一个哈希表，对class名字进行哈希并生成索引。

4.2.2 加载class

解析工作完成后就进行class的加载，加载的类需要用ClassObject数据结构来存储。

typedef struct Object {
ClassObject* clazz; // 类型对象
Lock lock; // 锁对象
} Object;

其中clazz指向ClassObject对象，还包含一个Lock对象。如果其它线程想要获取它的锁，只有等这个线程释放。Dalvik每加载一个class都会对应一个ClassObject对象，加载过程会在内存中分配几个区域，分别存放directMethod, virtualMethod, sfield, ifield。这些信息从dex文件的数据区中读取。字段Field的定义如下：

struct Field {
ClassObject* clazz; //所属类型
const char* name; // 变量名称
const char* signature; // 如“Landroid/os/Debug;”
u4 accessFlags; // 访问标记

#ifdef PROFILE_FIELD_ACCESS
u4 gets;
u4 puts;
#endif
};

待得到class索引后，实际的加载由loadClassFromDex来完成。首先它会读取class的具体数据，分别加载directMethod, virtualMethod, ifield和sfield，然后为ClassObject数据结构分配内存，并读取dex文件的相关信息。加载完成后，将加载的class通过dvmAddClassToHash函数放入哈希表，以方便下次查找；最后，通过dvmLinkClass查找该类的超类，如果有接口类则加载相应的接口类。

4.3 Dalvik解释器

对于任何虚拟机来说，解释器无疑是核心的部分，所有的Java字节码都经过解释器解释执行。由于Dalvik解释器的效率很重要，Android分别实现了C语言版和各种汇编语言版的解释器。解释器通常是循环执行，需要一个入口函数调用处理程序执行第一条指令，而后每条指令执行时引出下一条指令，通过函数指针调用处理程序。

4.4 内存管理

垃圾收集是Dalvik虚拟机内存管理的核心。此处只介绍Dalvik虚拟机的垃圾收集功能。垃圾收集的性能在很大程度上影响了一个Java程序内存使用的效率。Dalvik虚拟机使用常用的Mark-Sweep算法，该算法分Mark阶段（标记出活动对象）、Sweep阶段（回收垃圾内存）和可选的Compact阶段（减少堆中的碎片）

垃圾收集的第一步是标记出活动对象，因为没有办法识别那些不可访问的对象，这样所有未被标记的对象就是可以回收的垃圾。当进行垃圾收集时，需要停止Dalvik虚拟机的运行（除垃圾收集外），因此垃圾收集又被称作STW（stop-the-world）。Dalvik虚拟机在运行过程中要维护一些状态信息，这些信息包括：每个线程所保存的寄存器、Java类中的静态字段、局部和全局的JNI引用，JVM中的所有函数调用会对应一个相应C的栈帧。每一个栈帧里可能包含对对象的引用，比如包含对象引用的局部变量和参数。所有这些引用信息被加入到一个根集合中，然后从根集合开始，递归查找可以从根集合出发访问的对象。因此，Mark过程又叫做追踪，追踪所有可被访问的对象。

垃圾收集的第二步就是回收内存。在Mark阶段通过markBits位图可以得到所有可访问的对象集合，而liveBits位图表示所有已经分配的对象集合。通过比较liveBits位图和markBits位图的差异就是所有可回收的对象集合。Sweep阶段调用free来释放这些内存给堆。

在底层内存实现上，Android系统使用的是msspace，这是一个轻量级的malloc实现。除了创建和初始化用于存储普通Java对象的内存堆，Android还创建三个额外的内存堆：

自我介绍一下，小编13年上海交大毕业，曾经在小公司待过，也去过华为、OPPO等大厂，18年进入阿里一直到现在。

深知大多数Android工程师，想要提升技能，往往是自己摸索成长或者是报班学习，但对于培训机构动则几千的学费，着实压力不小。自己不成体系的自学效果低效又漫长，而且极易碰到天花板技术停滞不前！

因此收集整理了一份《2024年Android移动开发全套学习资料》，初衷也很简单，就是希望能够帮助到想自学提升又不知道该从何学起的朋友，同时减轻大家的负担。