Android學習之Android系統運行庫層

當使用Android應用框架時，android系統會通過一些C/C++庫來支持我們使用的各個組件，使其能更好地為我們服務。 
*  Bionic系統 C 庫：C語言標准庫，系統最底層的庫，C庫通過Linux系統來調用。 
* 多媒體庫（MediaFramework）：android系統多媒體庫，基於 PacketVideo OpenCORE，該庫支持多種常見格式的音頻、視頻的回放和錄制，以及圖片，比如MPEG4、MP3、AAC、AMR、JPG、PNG等。
*  SGL：2D圖形引擎庫。 
* SSL：位於TCP/IP協議與各種應用層協議之間，為數據通信提供支持。 
* OpenGL ES 1.0：3D效果的支持。 
*  SQLite：關系數據庫。 
*  Webkit：Web浏覽器引擎。 
* FreeType：位圖（bitmap）及矢量（vector）。 

每個Java程序都運行在Dalvik虛擬機之上。與PC一樣，每個android應用程序都有自己的進程，Dalvik虛擬機只執行.dex的可執行文件。當Java程序通過編譯，最後還需要通過SDK中的dx工具轉化成.dex格式才能正常在虛擬機上執行。 

Google於2007年底正式發布了Android SDK, 作為 Android系統的重要特性，Dalvik虛擬機也第一次進入了人們的視野。它對內存的高效使用，以及在低速CPU上表現出的高性能，確實令人刮目相看。android系統可以簡單地完成進程隔離和線程管理。每一個android應用在底層都會對應一個獨立的Dalvik虛擬機實例，其代碼在虛擬機的解釋下得以執行。 

很多人認為Dalvik虛擬機是一個Java虛擬機，因為Android的編程語言恰恰就是Java語言。但是這種說法並不准確，因為Dalvik虛擬機並不是按照Java虛擬機的規范來實現的，兩者並不兼容。它們有兩個明顯的不同：Java虛擬機運行的是Java字節碼，而Dalvik虛擬機運行的則是其專有的文件格式為dex（Dalvik Executable）的文件。在Java SE程序中的Java類會被編譯成一個或者多個字節碼文件（.class）然後打包到jar文件，而後Java虛擬機會從相應的class文件和jar文件中獲取相應的字節碼；android應用雖然也是使用Java語言進行編程，但是在編譯成class文件後，還會通過一個工具（dx）將應用所有的class文件轉換成一個dex文件，而後Dalvik虛擬機會從其中讀取指令和數據。 

Dalvik虛擬機非常適合在移動終端上使用，相對於在桌面系統和服務器系統運行的虛擬機而言，它不需要很快的CPU計算速度和大量的內存空間。根據Google的測算，64MB的內存已經能夠讓系統正常運轉了。其中24MB被用於底層系統的初始化和啟動，另外20MB被用於啟動高層服務。當然，隨著系統服務的增多和應用功能的擴展，其所消耗的內存也勢必越來越大。歸納起來，Dalvik虛擬機有如下幾個主要特征：

（1）專有的dex文件格式。dex是Dalvik虛擬機專用的文件格式，而為什麼棄用已有的字節碼文件（.class文件）而采用新的格式呢？原因如下： 
*  每個應用中會定義很多類，編譯完成後即會有很多相應的class文件，class文件中會有大量冗余信息，而dex文件格式會把所有的class文件內容整合到一個文件中。這樣，除了減少整體的文件尺寸和I/O操作外，也提高了類的查找速度。 
*  增加了對新的操作碼的支持。 
*  文件結構盡量簡潔，使用等長的指令，借以提高解析速度。 
*  盡量擴大只讀結構的大小，借以提高跨進程的數據共享。 
（2）dex的優化。dex文件的結構是緊湊的，但是如果還想運行時的性能有進一步提高，就需要對dex文件進一步優化。優化主要針對以下幾個方面： 
*  調整所有字段的字節序（LITTLE_ENDIAN）和對齊結構中的每一個域。 
*  驗證DEX文件中的所有類。 
*  對一些特定的類和方法裡的操作碼進行優化。 
（3）基於寄存器。相對於基於堆棧實現的虛擬機，基於寄存器實現的虛擬機雖然在硬件、通用性上要差一些，但是它在代碼的執行效率上卻更勝一籌。 
（4）一個應用，一個虛擬機實例，一個進程。每一個Android應用都運行在一個Dalvik虛擬機實例中，而每一個虛擬機實例都是一個獨立的進程空間。虛擬機的線程機制、內存分配和管理、Mutex等的實現都依賴底層操作系統。所有android應用的線程都對應一個Linux線程，虛擬機因而可以更多地依賴操作系統的線程調度和管理機制。不同的應用在不同的進程空間裡運行，對不同來源的應用都使用不同的Linux用戶來運行，可以最大程度地保護應用的安全和獨立運行。