Java方法在art虚拟机中的执行

前言

ART 虚拟机执行 Java 方法主要有两种模式：quick code 模式和 Interpreter 模式

• quick code 模式：执行 arm 汇编指令
• Interpreter 模式：由解释器解释执行 Dalvik 字节码

在之前的文章 ART 虚拟机 — Interpreter 模式 中详细介绍了 Interpreter 模式，因此本篇文章将代入一些例子，来帮助大家更好的理解 quick code 模式和 Interpreter 模式

一、art 虚拟机

在介绍这两种模式之前，我们先大体介绍一下 art 虚拟机

1.1 什么是虚拟机？

Virtual Machine：

• Run program like a physical machine
• Implemented by software

Functional classification：

• Run an Operate System (VirtualBox, VMWare)
• Only support for single process execution

根据上面的定义和分类，我们可以确定 art 虚拟机和 Jvm 虚拟机类似，都属于第二种，仅支持单一进程的运行；对于 single process 可以这样理解，在 Android 中，每个 Java 进程都有自己的虚拟机实例，换言之，每个虚拟机实例上面只运行着一个 Java 进程

1.2 与 Jvm 虚拟机的区别

每个 Java 类经过 javac 的编译都会生成对应的 class 文件，这些 class 文件便可以在 Jvm 虚拟机上运行；但是在 Android 中同一个 apk 的 class 文件会被 dx 工具打包为一个 dex 文件（某些情况下可能是多个），dex 文件经过 dex2oat 会生成对应的 oat 文件，art 虚拟机运行的就是这些 oat 文件

1.3 与 dalvik 虚拟机的区别

这张图应该是开发者文档中的一张图，很好的表现出了 art 虚拟机和 dalvik 虚拟机的区别，可以看到它们最主要的区别是对 Dex File 所作的处理不同：

• dalvik 虚拟机会通过 dexopt 处理 Dex File 生成 Odex 文件
• art 虚拟机会通过 dex2oat 处理 Dex File 生成 Oat 文件，图中的 ELF 是 Linux 上可执行文件的一种格式，Oat 文件也是一种 ELF 文件；dex2oat 会将 dex 字节码编译为机器可以直接运行的汇编指令，除此之外，Oat 文件当中还会包含原来的 Dex 文件

1.4 启动时机

（本篇文章暂时不对 Zygote 和 Zygote64 作区分）
我们知道 Zygote 进程是第一个 Java 进程，其是 init 通过加载 init.rc 来启动的，图片里第一个框中的内容是 init.zygote64_32.rc 中的， 表示定义一个名为 zygote 的 service，它的启动入口是 /system/bin/app_process64，后面是传入的一些参数。在 app_process/app_main.cpp 中，系统会去启动 runtime，runtime 启动时会启动虚拟机并且调用 ZygoteInit 类的 static void main(String[] args) 方法，这也是被调用的第一个 Java 方法

二、ArtMethod

(基于 Android 8.1)
想要理解 Java 方法在虚拟机中的执行，肯定绕不开 art::ArtMethod 这个类，在 Android 中，每个 Java 方法（包括 native 方法）都对应一个 art::ArtMethod 对象，一个 art::ArtMethod 对象描述一个 Java 方法，art::ArtMethod 的结构如下所示：

(gdb) ptype 'art::ArtMethod'
type = class art::ArtMethod {
  public:
    static const bool kCheckDeclaringClassState;
    static const uint32_t kRuntimeMethodDexMethodIndex;
  protected:
    art::GcRoot<art::mirror::Class> declaring_class_;
    std::__1::atomic<unsigned int> access_flags_;
    uint32_t dex_code_item_offset_;
    uint32_t dex_method_index_;
    uint16_t method_index_;
    uint16_t hotness_count_;
    art::ArtMethod::PtrSizedFields ptr_sized_fields_;
}

(gdb) ptype 'art::ArtMethod::PtrSizedFields'
type = struct art::ArtMethod::PtrSizedFields {
    art::mirror::MethodDexCacheType *dex_cache_resolved_methods_;
    void *data_;
    void *entry_point_from_quick_compiled_code_;
}

class art::ArtMethod 各个字段分别的含义：