浅析dalvik虚拟机JIT技术的实现

一、 说明

据说Android 2.2的虚拟机dalvik使用了JIT技术，使其运行速度快了5倍。dalvik解释并执行程序，JIT技术主要是对多次运行的代码进行编译，当再次调用时使用编译之后的机器码，而不是每次都解释，以节约时间。5倍是测试程序测出的值，并不是说程序运行速度也能达到5倍，这是因为测试程序有很多的重复调用和循环，而一般程序主要是顺序执行的，而且它是一边运行，一边编译，一开始的时候提速不多，所以真正运行程序速度提高不是特别明显。

二、 JAVA虚拟机主要的优化技术

1. JIT（Just
In Time）

最开始指在执行前编译，但是到现在已经发展成为，一开始解释执行，只有被多次调用的程序段才被编译，编译后存放在内存中，下次直接执行编译后的机器码

1) method方式：以函数或方法为单位进行编译

2) trace方式：以trace为单位进行编译（可以把循环中的内容作为单位编译），此方法也包含method

2. AOT（Ahead
Of Time）

在程序下载到本地时就编译成机器码，并存储在本地存在硬盘上，以加快运行程度，用此种方式，可执行的程序会变大四五倍

三、 dalvik中JIT的实现

每启动一个应用程序，都会相应地启动一个dalvik虚拟机，启动时会建立JIT线程，一直在后台运行。当某段代码被调用时，虚拟机会判断它是否需要编译成机器码，如果需要，就做一个标记，JIT线程不断判断此标记，如果发现被设定就把它编译成机器码，并将其机器码地址及相关信息放入entry
table中，下次执行到此就跳到机器码段执行，而不再解释执行，从而提高速度。

四、 dalvik
JIT部分代码分析

android 2.2代码还未发布，而2.1代码中已经加入JIT部分，只是默认未打开，以2.1代码为例对其原理进行分析，源码位置：$ANDROID_SRC/dalvik/vm/

1. 核心文件

1) vm/interp/Jit.c

供外界调用的入口

2) vm/compiler/compiler.c

核心函数的实现

3) vm/compiler/Frontend.c

编译method和trace的实现

2. 全局变量

1) gDvmJit

所有与JIT相关的数据及结构都存储于此，各个程序通过它访问JIT资源

3. 开关

1) dvmCompilerStartup() (vm/compiler/Compiler.c) 在虚拟机启动时调用

2) dvmCompilerShutdown() (vm/compiler/Compiler.c) 在虚拟机关闭时调用

4. 线程

1) compilerThreadStart() (vm/compiler/Compiler.c)

被dvmCompilerStartup() 调用，在虚拟机运行过程中一直生存的线程，while循环判断是否有代码需要编译，如果有，则调用dvmCompilerDoWork()对其进行编译

5. 编译成字节码

doCompilerdoWork()又分method和trace两种情况进行编译

1) dvmCompilerMethod() (vm/compiler/Frongend.c)

2) dvmCompilerTrace() (vm/compiler/Frongend.c)

其中的：dvmCompilerMIR2LIR()，dvmCompilerAssembleLIR()（MIR和LIR都是解释层的中间表示）逐层翻译成机器码

6. 编译后字节码的存储

1) dvmcompilerSetupCodeCache()
(vm/compiler/Compiler.c)

gDvmJit.codeCache：使用mmap分配（1024x1024），用于存在编译后的代码

gDvmJit.codeCacheByteUsed：codeCache的使用情况

gDvmJit.codeCacheFull：codeCache是否已写满

gDvmJit.pJitEntryTable：entry表，每个trace对应一个entry

7. 其它线程对JIT资源的访问

以下是一个示例，说明从主函数到JIT的调用关系如下：

AndroidRuntime::Start()->startVm()->_JNIEnv::CallStaticVoidMethod()->Check_CallStaticVoidMethodV()->CallStaticVoidMethodV()->dvmCallMethodV()->dvmInterpret()->dvmMterpStd()->dalvik_mterp()->Dalvik_java_lang_reflect_Method_invokeNative()->dvmInvokeMethod()->dvmInterpret()->dvmJitCheckTraceRequest()->dvmjitLookupAndAdd()

主要函数解释如下：

1) dvmJitLookupAndAdd()

判断是否有相对某段程序的字节码可用，如果有则返回其地址，如果没有，则做标记，以通知编译线程对其进行编译

2) dvmCheckJit()

此函数被define成CHECK_JIT()，它来判断什么条件时认为需要编译