面试必问的安卓虚拟机，你真的掌握了么（——安卓虚拟机基础知识回顾）面试必问的安卓虚拟机，你真

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前言 21世纪，安卓虚拟机正在一步步的走入我们的生活，小到个人部分朋友在电脑上使用安卓虚拟机玩手游，大到安卓从业人员在虚拟机上面跑程序。不得不承认，对于每一位Androider 而言，安卓虚拟机是我们日常开发中不可或缺的一环，但是关于安卓虚拟机的一些知识点和小细节你真的完全掌握了么？本文将就主要包括 dex file, oat file, mirror::Class, ArtField, ArtMethod, DexCache, ClassTable，这一块内容进行一个简单的概述和讨论，希望新手们多多学习，老手们温故而知新。
在这里，欢迎大家在评论区留下您的高见或者是提出疑问、异议，欢迎各位朋友前来讨论，互相交流，最后，如果觉得本文写的不错的朋友可以点个关注，咱们每日更新高质量Android进阶知识，欢迎指正。
dex2oat 触发场景 dex2oat 的作用：对 dex 文件进行编译，根据参数，生成 oat vdex art 文件。

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各种文件 .dex
主要看下 class_def，class_def 代表的是类的基本信息，关键内容：

class_idx/superclass_idx：string_id 的索引，类名字符串
interfaces_off：数组，对应的是实现的接口类型 id
- type_list -> type_item -> type_idx
class_data_off：所有成员变量和成员函数信息
- 定义、继承和实现的函数
- 除了 direct_methods 以外的
- static, private, constructor
- direct_methods
- virtual_methods
- class_data_item
code_item 是什么？
- code_item 存储的是 dex 中的字节码，用解释器来执行

DexFile：

DexFile(const uint8_t* base, size_t size, const uint8_t* data_begin, size_t data_size, const std::string& location, uint32_t location_checksum, const OatDexFile* oat_dex_file, std::unique_ptr container, bool is_compact_dex); const Header* const header_; const dex::StringId* const string_ids_; const dex::TypeId* const type_ids_; const dex::FieldId* const field_ids_; const dex::MethodId* const method_ids_; const dex::ProtoId* const proto_ids_; const dex::ClassDef* const class_defs_; // If this dex file was loaded from an oat file, oat_dex_file_ contains a // pointer to the OatDexFile it was loaded from. Otherwise oat_dex_file_ is // null. mutable const OatDexFile* oat_dex_file_; };

【面试必问的安卓虚拟机，你真的掌握了么（——安卓虚拟机基础知识回顾）】如果该 dex 是从一个 oat 文件里获取的，DexFile 中还包括一个 oat_dex_file 的指针，指向对于的 oat file。后面 loadClass 时会用到这个指针。
Dex 文件里保存的是符号引用，需要经过一次解析才能拿到最终信息，比如获取类的名称，需要通过 string_id 去 string_data 里找一下才知道。
DexCache 的存在就是为了避免重复解析。
.odex
DVM 上使用。

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.odex 在 dex 文件前增加了 header 信息，后面增加了其他 dex 的依赖和一些辅助信息。
.oat
ART 上使用。
Oat 文件是一种特殊的 ELF 文件格式，它包含 dex 文件编译得到的机器指令，在 8.0 以下包括原始的 dex 内容，8.0 之后 raw dex 在 quicken 化之后是在 .vdex 里。

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oat data section 对应的是 dex 文件相关信息（8.0 之后在 .vdex 文件中）
oat exec section 对应的是 dex 编译生成的机器指令

.vdex

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VerifierDeps 用于快速校验 dex 里 method 合法性
8.0 增加，目的是减少 dex2oat 时间

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dex2oat::Setup()：

// No need to verify the dex file when we have a vdex file, which means it was already // verified. const bool verify = (input_vdex_file_ == nullptr) && !compiler_options_->AssumeDexFilesAreVerified(); if (!oat_writers_[i]->WriteAndOpenDexFiles( vdex_files_[i].get(), verify, update_input_vdex_, copy_dex_files_, &opened_dex_files_map, &opened_dex_files)) { return dex2oat::ReturnCode::kOther; }

如果之前做过 dex2oat，有 vdex 文件，下次执行 dex2oat 时（比如系统 OTA）就可以省去重新 verify dex 的过程。
类信息 mirror::Class

// C++ mirror of java.lang.Class class MANAGED Class final : public Object { // Defining class loader, or null for the "bootstrap" system loader. HeapReference class_loader_; // 数组元素的类型 // (for String[][][], this will be String[][]). null for non-array classes. HeapReference component_type_; // 这个类对应的 DexCache 对象，虚拟机直接创建的类没有这个值（数组、基本类型） HeapReference dex_cache_; //接口表，包括自己实现的和继承的 HeapReference iftable_; // 类名，"java.lang.Class" or "[C" HeapReference name_; HeapReference super_class_; //虚函数表，invoke-virtual 调用的函数，包括父类的和当前类的 HeapReference vtable_; //本类定义的非静态成员，不包括父类的。 uint64_t ifields_; /* [0,virtual_methods_offset_):本类的direct函数 [virtual_methods_offset_,copied_methods_offset_):本类的virtual函数 [copied_methods_offset_, ...) 诸如miranda函数等*/ uint64_t methods_; // Static fields length-prefixed array. uint64_t sfields_; uint32_t access_flags_; uint32_t class_flags_; // Total size of the Class instance; used when allocating storage on gc heap uint32_t class_size_; // Tid used to check for recursive invocation. pid_t clinit_thread_id_; static_assert(sizeof(pid_t) == sizeof(int32_t), "java.lang.Class.clinitThreadId size check"); // ClassDef index in dex file, -1 if no class definition such as an array. int32_t dex_class_def_idx_; // Type index in dex file. int32_t dex_type_idx_; };

Class 成员变量比较多，重点关注这几个：

iftable_:
- 接口类所对应的 Class 对象
- 该接口类中的方法。
- 保存该类直接实现或间接实现（继承）的接口信息
- 接口信息包含两个部分
vtable_:
- 保存该类直接定义或间接定义的 virtual 方法
- 比如Object类中的wait、notify、toString 等方法
methods_:
- 只包含本类直接定义的 direct、virtual 方法和 Miranda 方法
- 一般 vtable_ 包含内容会多于 methods_
sfields_ 静态变量
ifields_ 实例变量
- ClassLinker::LoadClass 阶段分配内存和设置数据

ArtField

class ArtField { GcRoot declaring_class_; uint32_t access_flags_ = 0; // 在 dex 中 field_ids 数组中的索引 uint32_t field_dex_idx_ = 0； //成员变量的offset uint32_t offset_ = 0; }

一个 ArtField 对象代表类中的一个成员变量。
offset_ 含义：

如果是静态成员变量，offset_ 代表变量的存储空间在 Class 对象的内存布局里的起始位置
如果是非静态成员变量，offset_ 代表在 Object 对象的内存布局里的起始位置

ArtMethod

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ArtMethod 代表一个运行在 Android Runtime 中的 Java 侧的方法，主要结构：

class ArtMethod { protected: GcRoot declaring_class_; std::atomic access_flags_; //在 dex file 中的位置 // Offset to the CodeItem. uint32_t dex_code_item_offset_; //在 dex 中 method_id 的 index，通过它获取名称等信息 uint32_t dex_method_index_; /* End of dex file fields. */// static/direct method -> declaringClass.directMethods // virtual method -> vtable // interface method -> ifTable uint16_t method_index_; // 调用一次加一，超过阈值可能会被编译成本地方法 uint16_t hotness_count_; // Fake padding field gets inserted here.// Must be the last fields in the method. struct PtrSizedFields { //方法入口地址 void* entry_point_from_quick_compiled_code_; } ptr_sized_fields_; }

这个 entry_point 是在 ClassLinker#LinkCode 时设置的入口，后面执行这个方法时，不论是解释执行还是以本地机器指令执行，都通过 ArtMethod 的 GetEntryPointFromCompiledCode 获取入口点。
缓存 ClassTable

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每个 ClassLoader 有一个 class_table_，它的成员主要是一个 ClassSet vector：

ClassTable: // Lock to guard inserting and removing. mutable ReaderWriterMutex lock_; // We have a vector to help prevent dirty pages after the zygote forks by calling FreezeSnapshot. std::vector classes_ GUARDED_BY(lock_); // Hash set that hashes class descriptor, and compares descriptors and class loaders. Results // should be compared for a matching class descriptor and class loader. typedef HashSet> ClassSet;

通过 ClassLinker::InsertClass 插入到 ClassTable 中

ClassLinker::InsertClassTableForClassLoader
- ClassLinker::RegisterClassLoader 创建 ClassTable

void ClassLinker::RegisterClassLoader(ObjPtr class_loader) { CHECK(class_loader->GetAllocator() == nullptr); CHECK(class_loader->GetClassTable() == nullptr); Thread* const self = Thread::Current(); ClassLoaderData data; data.weak_root = self->GetJniEnv()->GetVm()->AddWeakGlobalRef(self, class_loader); // Create and set the class table. data.class_table = new ClassTable; class_loader->SetClassTable(data.class_table); // Create and set the linear allocator. data.allocator = Runtime::Current()->CreateLinearAlloc(); class_loader->SetAllocator(data.allocator); // Add to the list so that we know to free the data later. class_loaders_.push_back(data); }

调用处：

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FindClass 时会调用 LookupClass 查询：

ObjPtr ClassLinker::LookupClass(Thread* self, const char* descriptor, size_t hash, ObjPtr class_loader) { ReaderMutexLock mu(self, *Locks::classlinker_classes_lock_); ClassTable* const class_table = ClassTableForClassLoader(class_loader); if (class_table != nullptr) { ObjPtr result = class_table->Lookup(descriptor, hash); if (result != nullptr) { return result; } } return nullptr; }

DexCache
DexCache 保存的是一个 Dex 里解析后的成员变量、方法、类型、字符串信息。

// C++ mirror of java.lang.DexCache. class MANAGED DexCache final : public Object { HeapReference class_loader_; // 对应的 dex 文件路径 HeapReference location_; uint64_t dex_file_; // const DexFile* uint64_t preresolved_strings_; // GcRoot arrayuint64_t resolved_call_sites_; // GcRoot* array//field_idx uint64_t resolved_fields_; // std::atomic* uint64_t resolved_method_types_; // std::atomic* uint64_t resolved_methods_; // ArtMethod*, uint64_t resolved_types_; // TypeDexCacheType* uint64_t strings_; // std::atomic*uint32_t num_preresolved_strings_; uint32_t num_resolved_call_sites_; uint32_t num_resolved_fields_; uint32_t num_resolved_method_types_; uint32_t num_resolved_methods_; uint32_t num_resolved_types_; uint32_t num_strings_; }

什么时候创建和读取呢？

在 ART 中每当一个类被加载时，ART 运行时都会检查该类所属的 DEX 文件是否已经关联有一个 Dex Cache。如果还没有关联，那么就会创建一个 Dex Cache，并且建立好关联关系。

DefineClass:

ObjPtr dex_cache = RegisterDexFile(*new_dex_file, class_loader.Get()); if (dex_cache == nullptr) { self->AssertPendingException(); return sdc.Finish(nullptr); } klass->SetDexCache(dex_cache);

结尾好了，今天有关安卓虚拟机的内容就到此为止了，感谢各位看官，喜欢的朋友可以点赞，收藏，评论，当然，如果能给我个关注那就最好不过了，这样的话就不会错过我的日更投稿哦，你的支持就是我最大的动力，感谢各位，那么我们明天见。