Android 和 Java 之間不得不說的事

最近整個Java陣營都陷於一場討論Oracle和Google之間關於android平台的專利訴訟官司的混戰中。我已經在很多地方都發表過我的觀點，但這確實是個 重大的話題，需要在所有地方反復重申這個觀點 … 所以，這篇文章就是要再次的完全的揭露事實真相。

第八大千禧年問題： android = Java?

前幾天，有研究者宣稱找到了P != NP的證據,這在編程界引起了不小的興趣——至少為此狂熱了好幾天，直到開始有評論家指出證據中有很多的缺陷。我在做計算機科學系學生時研究過這個題目，但說實話，我的高等數學的水平還達不到看懂這些證據的水平(P = NP? 是克雷數學研究所提出的七個千禧年數學問題中的一個。)所以，還是讓我們來討論一個稍微簡單點的問題：android是否相當於Java?請注意，我並沒有說相等，我說的是相當，就像P = NP裡的那樣。

相當的類/字節碼格式

在很多層面上，Android和Java都有明顯的相當。Android應用程序是用Java(TM)語言寫成的，使用JDK的javac(或等效工具，例如ECJ)來編譯。這個過程產生標准的Java字節碼(.class文件)。這些文件再轉化成android的.dex文件，從使用的角度來看，它就是一種不同格式的Java class文件。不錯，這是一種更優秀的格式;對Sun自從1994年以來的設計有了很大的改進。但就如你可以把一個GIF格式的圖片轉換成更高級的完美的完全等效的PNG格式，盡管它們的字節流完全的不同。

等效的文件格式在細節的實現上非常的不同，主要是為了優化。就好比，如果我們簡單的滿足於低效率的視頻數據流，沒有采用高端的、跨不同框架的壓縮技術，那我們就可以避免跟MPEGLA視頻解碼專利做斗爭的麻煩了。

android特異的classfile設計有好幾種動機;而為了避免和Sun的知識產權保護沖突顯然是一個主要的因素。不管怎樣，Google並沒有走的離Java足夠遠。兩種文件格式非常的類似。它們在特定的底層數據結構上有區別，但這些結構體在語法上一致的，存儲完全相同的信息。我相信在 JavaSE或JavaME VM裡可以輕易的在它們的系統classloader裡添加一個.dex分析器來加載”android classes”。

android SDK 依賴於.Java -> .class -> .dex 轉換的事實情況既微不足道也毫無損失。“毫無損失”的事實很重要：當GIF = PNG 時，跟受損的JPG文件就不等了 —— 它解碼不出完全相同的信息。如果JVM和Dalvik都各自獨立，你很難寫出一個相對簡單的工具將一種編譯過的代碼轉換成另一種 ——

而且不做任何妥協：不丟失信息，不使用冗余來補償某種特征在一種VM中是first-class而在另一種中卻不是的情況，不需要額外的runtime層上在一種VM中實現另一種VM的核心API。

(我知道dx轉換器有多麼的復雜。我看過它的源代碼。那個字節碼轉換器是一個巨大的，全功能的反編譯/重編譯器，通過SSA構造完成。但是這個轉換器在概念上仍然是無足輕重的;從Java字節碼到Dalvik字節碼的映射在設計上是很平滑的。堆棧相對於寄存器架構中細節上進行了優化;而重要的東西，例如VM層的類型系統是完全一致的。)

VM相當

這Dalvik 和 JVM 的相當也是很容易看清楚的。並不只是源代碼或字節碼格式上的問題：它們的runtime對等物上也一樣。一但一個”android class”被加載到Dalvik VM裡，它就會像Java class一樣運行，像Java class一樣工作。如果你懂得Java編程(深入到高級的，底層的細節)，你也就懂得android編程。你只需要學一些新的API和框架概念。他們是對等的系統。

是否記得微軟的.NET? 當.NET剛出世時，Java陣營迅速的反擊指責.NET是對Java的剽竊。我也是其中的一份子，但今天我看問題更清楚了。是的，它過去是個嚴重的剽竊產品;C# 1.0 就是一個… 區分一種語言和另一種語言最簡單的方法就是看它們的慣用風格 —— 例如toString() 相對於 ToString()。但在最重要的VM規范裡，微軟做了很大的功課。它的CLR,CLI,和核心框架，都非常的不同於Java，所以我們不能說JVM = CLR這個等式。你不可能使用一個簡單的文件格式轉換工具把你編譯好的Java class轉換成能在.Net runtime上運行的代碼。

要證據嗎?你只需看一看IKVM就知道了。這是一個非常有趣的項目，它能夠使Java和.NET跨平台兼容，於是，你的Java代碼可以在不做修改的情況下在CLR(或者是等效的.NET runtime，比如Mono)上運行… 但IKVM並不是一個簡單的、類dx的文件格式轉換器。對Java class的轉化、對Java核心API的適配，都是十分的復雜，即使對一個簡單的HelloWorld程序也是這樣。各個平台的內部機制，如反射，安全，並行，異常處理，字節碼驗證，I/O，以及其它核心API，特征上大致相同，但是在細節上完全不同，一些死胡同的情況會迫使IKVM不得不鑽越一個又一個的火圈來讓Java代碼運行到了.Net VM上。它需要依賴於一個巨大的額外的runtime層，來適配從OpenJDK源代碼裡來的完整JavaSE API。我大致的關注IKVM的開發已經有數年了 ——

我閱讀這精彩的IKVM 博客 ? 所以我完全清楚他們為了讓Java程序和JavaSE應用適配到.Net上所做的巨大的努力。(這項工作仍然沒有完工;而且很多部分都需要以喪失某些性能為代價。)

(老的Visual J++ Visual J# 也不是一個簡單的 Java-to-.Net 轉換器。我不想討論它，但我們完全可以說Visual J# 對Java的兼容並不比最早期的IKVM強多少。)

我把P = NP引進來了討論;有些人把圖靈等效(Turing-equivalence)理論引進來，說任何圖靈完備的平台/語言/VM都是相互等價的。這也沒錯，但與本論題無關。圖靈模型這種方式太泛化了;使用這種表面價值來考量會把更個軟件專利系統摧毀(盡管這不是個壞事!)。我們需要在地上為JVM等效畫條線，一條更接近實用需求而遠離圖靈等效的線。按我的觀點，這微不足道的二進制格式轉換，窮盡的高層源代碼和runtime的兼容，使android明顯的處於Java等效的這條線內。

APIs 和 Runtime 相當

android使用了一個相當大的JavaSE APIs子集。這些APIs (來自於Harmony項目)都是全新的實現，但它們是以JavaSE為模子。如果不是因為TCK許可證問題，Harmony完全可以取得JavaSE認證。但這並沒有改變這樣的一個事實：Harmony 和 JavaSE APIs是 完全的等效的 —— 這是特意的，不是偶然的。就像Charles Nutter——有名的JRuby人物——最近寫道:

android支持一個不完整的(但相當大的)Java 1.5 類庫子集。這個子集大到一個復雜的JRuby項目幾乎不經任何修改就能在android上運行，很少有限制情況。

看起來Dalvik對JVM是如此的接近，它不得不完全兼容大部分的JVM規范，包括完全詳細的JMM (就像android支持Java風格的線程和並發，已經深入到了高級的java.util.concurrent包裡了)。可為什麼有如此多的”Dalvik是個新VM“或”Dalvik不能運行Java類“的說法呢(90%的討論這場訴訟的論壇和博客都持這種觀點)。

最後的思考

這篇博客並不是關於Oracle和Google訴訟官司的法律依據的。我將會忽略(我會刪除掉)那些跑題的評論(跟Android = Java不相關的話)。我只是討厭那些”android跟Java完全沒關系“的胡說八道;Google和 android的擁護者必須要找一個更有意義的論據。

(我將拭目以待這場官司的進展，帶著我所有的預見，直到所有細節和最終結果都出來。除非你有內部消息(我沒有)，不要太天真。 保持冷靜。我們並不知道Oracle的 —— 或 Google的 ——

真正的全部動機和計劃。我們並不知道這熒幕背後的故事，自從2007年Google首次宣告android的誕生(這導致了JavaME生態環境的崩潰), Sun就痛恨不已，但最後還是不得不夾著尾巴行事。我不相信任何一個有10億美金的股東控股公司會有利他主義的動機：Google不會，Oracle不會，即使我喜愛的老的Sun公司也不會。我們等著看吧。)

我不相信Google沒有能力創造出一種既不背離Java太遠，又以Java風格為基礎的平台(就像.NET做的那樣)。 Dalvik，以及android框架，它們可能是在權衡了與大量的現有的Java程序，類庫，Java天才，和Java工具鏈高度兼容的願望的最後結果。微軟在一咬牙一跺腳後放棄了現成移植Java帶來的好處，創造了全新的.Net。Google沒有這樣做。

這個Android = Java等式顯然並不是包括所有的東西(不是一一對應的)。每種平台都有自己一些獨特的API，當然，Android是一個完整的操作系統，包括一個 Linux-based的內核，圖形系統和電信堆棧，等等。很顯然，我只是談論其中最常用的部分：Java為中心的用戶使用區/依賴於Java源代碼、 Java classes(切不管什麼格式)、Java APIs(包括成千上萬的常用JavaSE APIs)和出色的類Java的虛擬機的應用框架。對於Android和其它的Java平台之間的關系有個准確的說法，就是使用版本的概念。我曾記得有個博客說過這樣的話”Android裡沒有’J’“。那麼，我現在說也不晚：我建議把android改名為Java GE(Java Google Edition)。這樣一來就再也不會導致混淆了。