2.6.2 DEX 文件和APK 加载

在Android 中，对编译出来的DEX 字节码和APK 文件的加载过程，也进行了尽可能的优化。

对于预置应用，Android 会在系统编译后，生成优化文件，以ODEX 后缀结尾，这样在发布时除APK 文件（不包含DEX）外，还有一个相应的ODEX 文件。

对于非预置应用，运行前，Android会优化DEX文件，在第一次启动应用时，执行文件的DEX被优化成DEY文件并放在/data/dalvik-cache目录。如果应用的APK文件不发生变化，DEX 文件不会被重新生成，加快了以后的启动速度。APK 文件的加载过程如图2-15 所示。

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图2-15 APK加载

DEX 文件由header、string_ids、type_ids、proto_ids、field_ids、method_ids、class_defs、data 等几部分构成。图2-16 显示了这几部分内容在DEX 文件中的布局。


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图2-16 DEX格式

在Java 中，每一个类会被编译成相应的CLASS 文件，一个应用会定义若干个类，这就导致同一个应用的多个CLASS 文件中会存在冗余信息，而在Android 中，“dx”工具会将同一个应用的所有CLASS文件内容整合到一个DEX文件中，这样就减小了整体的文件尺寸，I/O 操作也提高了类的查找速度。“dx”工具整合CLASS文件的过程如图2-17 所示。


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图2-17 “dx”工具整合CLASS 文件的过程

原来每个CLASS文件中的常量池，在DEX 文件中由一个常量池来统一管理，具体如图2-18 所示。


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图2-18 DEX的常量池

具体到DEX 文件，经过“dx”工具优化后的内部逻辑如图2-19 所示。


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图2-19 DEX的内部逻辑


2.6.3 虚拟机和平台实现

在虚拟机和原生库层面，Android同样进行了很多的优化。

1．虚拟机

虚拟机中指令的解释时间主要分为3 个方面：分发指令、访问运算数、执行运算。其中“分发指令”这个环节对性能的影响最大，为了加快运行速度，必须提高分发指令的速度。

与传统的Java 虚拟机基于栈不同，Dalvik是基于寄存器的。基于寄存器的虚拟机实现，虽然在硬件通用性上稍逊一筹，但是数据处理速度却有明显的改善，可以更为有效地减小冗余指令的分发和减小内存的读写访问。

Dalvik虚拟机针对移动终端所做的优化，使得其不需要很快的CPU速度和大量的内存空间。根据Google 的测算，Android的早期版本只需要64MB 的RAM 即可使系统正常运转，其中24MB被用于底层系统的初始化和启动，另外20MB被用于高层启动、高层服务。当然，随着Android版本的不断升级和应用功能的扩展，Android对内存的消耗也在逐渐增加。

另外需要注意的是，Dalvik并不是按照Java 虚拟机的规范来实现的，两者并不兼容。

Java 虚拟机运行的是Java 字节码，而Dalik 虚拟机运行的则是其专有的DEX（DalvikExecutable）字节码。

在Java SE 程序中的Java 类会被编译成一个或者多个字节码文件（.class），然后打包成JAR文件。在执行期间，Java 虚拟机会从JAR文件抽取相应的CLASS文件并从中读取指令和数据。而Android虽然也是基于Java语言进行编程的，但是在编译成CLASS文件后，Android会通过“dx”工具将应用所有的CLASS 文件转换一个DEX 文件，接着将DEX 和应用的其他如资源文件等一起打包构成APK 文件，而后Dalvik 虚拟机会从其中读取指令和数据。图2-20 显示了Android的编译过程。

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图2-20 Android的编译过程

Dalvik 虚拟机的主要特征包括：专有的DEX 字节码、支持新的操作码、文件结构非常简洁、使用等长的指令、借以提升解析速度、尽量扩大只读结构的大小、借以提高跨进程的数据共享比例。

2．平台优化

充分挖掘CPU的性能，针对armv5te进行了优化，充分利用armv5te的执行流水线来提高执行的效率。

3．C库

优化和裁剪的libc 库Bionic，具有更高的效率、低内存占用、非常快和小的线程实现、内置了对Android特有服务的支持等特点。

4．创建进程

Linux 在创建一个新进程时利用了写时拷贝（Copy-on-Write）机制，使得创建一个新的进程非常高效。Android 中每个进程都是基于虚拟机的，并且也要加载基本的库，实际上这些都是可以共享的。基于这方面的考虑，Andoid引入了写时拷贝机制，使得Android启动一个新的进程，实际上并不消耗很多的内存和CPU资源。

另外，Android在后台一直有个Zygote 虚拟机在运行，实际上是一个虚拟机实例的孵化器。如果要启动一个新的应用，Zygote就会创建出一个新的子进程来执行该应用程序，十分高效。图2-21 显示了Zygote创建子进程的过程。

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图2-21 Zygote创建子进程

Android在开机过程中，会首先启动Zygote虚拟机而不是系统服务器（System Server），也是出于利用写时拷贝机制创建进程比较高效的考虑。Zygote虚拟机在启动后会完成虚拟机的初始化、库的加载、预置类库的加载和初始化等操作。并在系统需要一个新的虚拟机对象时，Zygote可以通过写时拷贝机制高效地创建出新的虚拟机对象。

5．渲染机制

在进行渲染时，Android 会根据变化的部分进行局部更新，并不是每次都需要重绘整个屏幕。首先计算需要重绘的区域（mInvalidRegion），如果DisplayHardware:: UPDATE_ON_DEMAND ，则通过设定需要重绘的区域的边界来进行局部重绘。