Android：ART 优化配置（Mstar-6A648）

1．Android预优化的原理

　先来回顾一下Android的发展史，在2014年的Google I/O大会上，Google隆重的发布了Android 4.4操作系统，其中有一个环节着重介绍了ART（Android runtime），也就是虚拟机，也就是运行APP的环境，也就是运行Java代码的虚拟机。虽然Android 4.4版本默认仍然用DVM（Dalvik VM），但到Android 5.0时ART就变成了默认模式，自此，DVM时代一去不再复返。
　DVM和ART和Android的预优化有什么关系？先了解Java的几种虚拟机基本的工作机制：

　　（1）JVM：JVM虚拟机运行的是java字节码。Java文件到JVM的过程是：java -> java bytecode(class) -> java bytecode(jar)。
　　（2）DVM：DVM虚拟机解析执行的dex字节码。Java文件到DVM的过程是：java -> java bytecode(class) -> dalvik bytecode(dex)。
　　（3）ART：ART虚拟机执行本地机器码。Java文件到ART的过程是：java -> java bytecode(class) -> dalvik bytecode(dex) -> optimized android runtime machine code(oat)。
　在Android 4.4（包括）之前用的是DVM，Android 4.4之后用的是ART，从java文件到虚拟机执行代码，ART比DVM多了oat的过程，ART所使用的AOT（Ahead-Of-Time）编译，在应用首次安装时，字节码预编译成机器码存在本地，而DVM是典型的JIT（Just-In-Time），在此模式下，应用每次运行的时候，字节码都需要即时编译器转换为机器码再执行，ART模式相对于DVM省去了解析字节码的过程，占用内存也相应减少，进而提高APP的运行效率，所以Andorid 5.0发布时，Google号称Android系统可以跑在512 M的内存的机器上，ART发挥了举足轻重的作用。

2. ART 的运作方式

　　ART 使用预先 (AOT) 编译，并且从 Android 7.0（代号 Nougat，简称 N）开始结合使用 AOT、即时 (JIT) 编译和配置文件引导型编译。所有这些编译模式的组合均可配置，我们将在本部分中对此进行介绍。例如，Pixel 设备配置了以下编译流程：

　　最初安装应用时不进行任何 AOT 编译。应用前几次运行时，系统会对其进行解译，并对经常执行的方法进行 JIT 编译。
　　当设备闲置和充电时，编译守护进程会运行，以便根据在应用前几次运行期间生成的配置文件对常用代码进行 AOT 编译。
　　下一次重新启动应用时将会使用配置文件引导型代码，并避免在运行时对已经过编译的方法进行 JIT 编译。在应用后续运行期间进行了 JIT 编译的方法将会被添加到配置文件中，然后编译守护进程将会对这些方法进行 AOT 编译。
　　ART 包括一个编译器（dex2oat 工具）和一个为启动 Zygote 而加载的运行时 (libart.so)。dex2oat 工具接受一个 APK 文件，并生成一个或多个编译工件文件，然后运行时将会加载这些文件。文件的个数、扩展名和名称会因版本而异，但在 Android O 版本中，将会生成以下文件：

　　　　.vdex：其中包含 APK 的未压缩 DEX 代码，另外还有一些旨在加快验证速度的元数据。
　　　　.odex：其中包含 APK 中已经过 AOT 编译的方法代码。
　　　　.art (optional)：其中包含 APK 中列出的某些字符串和类的 ART 内部表示，用于加快应用启动速度。

　　详细参考：https://source.android.google.cn/devices/tech/dalvik/configure?hl=zh-cn

3．Android 优化的过程
　　Zygote进程在启动的过程中，创建ART虚拟机。在ART中，打包在APK里面的Dex字节码是通过LLVM翻译成本地机器指令的。LLVM是一个用来快速开发自己的编译器的框架系统，在Dalvik运行时中，APK在安装的时候，安装服务PackageManagerService会通过守护进程installd调用一个工具 dexopt对打包在APK里面包含有Dex字节码的classes.dex进行优化，优化得到的文件保存在/data/dalvik-cache目录 中，并且以.odex为后缀名，表示这是一个优化过的Dex文件。在ART运行时中，APK在安装的时候，同样安装服务 PackageManager Service会通过守护进程installd调用另外一个工具dex2oat对打包在APK里面包含有Dex字节码进翻译。翻译后得到的是一个ELF格式的oat文件，这个oat文件同样是以.odex后缀结束，并且也是保存在/data/dalvik-cache目录中。

　　Android在首次启动和首次安装应用时，需要将字节码翻译成机器码，这样Android系统的启动速度将会大大减慢，如果没有预优化，APP的运行速度也会加上翻译所需要的时间。所以，这个翻译的工作需要转移到编译上面来，也就是所，在编译APK文件时，将会预先对APK进行翻译的优化，然后再打包到系统里面去，这样Android系统在首次启动时，就不再需要花费大量的时间去翻译APK的字节码。

4. Mstar 648 平台配置ART优化

（1）device/mstar/almond/BoardConfig.mk 中配置：

WITH_DEXPREOPT := true

　　看一下 WITH_DEXPREOPT 控制流程：build/core/dex_preopt_odex_install.mk

# Setting LOCAL_DEX_PREOPT based on WITH_DEXPREOPT, LOCAL_DEX_PREOPT, etc
LOCAL_DEX_PREOPT := $(strip $(LOCAL_DEX_PREOPT))
ifneq (true,$(WITH_DEXPREOPT))
  LOCAL_DEX_PREOPT :=
else # WITH_DEXPREOPT=true
  ifeq (,$(TARGET_BUILD_APPS)) # TARGET_BUILD_APPS empty
    ifndef LOCAL_DEX_PREOPT # LOCAL_DEX_PREOPT undefined
      ifneq ($(filter $(TARGET_OUT)/%,$(my_module_path)),) # Installed to system.img.
        ifeq (,$(LOCAL_APK_LIBRARIES)) # LOCAL_APK_LIBRARIES empty
          # If we have product-specific config for this module?
          ifeq (disable,$(DEXPREOPT.$(TARGET_PRODUCT).$(LOCAL_MODULE).CONFIG))
            LOCAL_DEX_PREOPT := false
          else
            LOCAL_DEX_PREOPT := $(DEX_PREOPT_DEFAULT)
          endif
        else # LOCAL_APK_LIBRARIES not empty
          LOCAL_DEX_PREOPT := nostripping
        endif # LOCAL_APK_LIBRARIES not empty
      endif # Installed to system.img.
    endif # LOCAL_DEX_PREOPT undefined
  endif # TARGET_BUILD_APPS empty
endif # WITH_DEXPREOPT=true

　　以上逻辑过滤各种条件，会执行LOCAL_DEX_PREOPT := $(DEX_PREOPT_DEFAULT)语句。

　　其中 LOCAL_DEX_PREOPT 的赋值 ：nostripping - 优化但不剥离apk中的classes.dex       true - 优化并剥离APK中的classes.dex      false - 不进行优化。

（2）DEX_PREOPT_DEFAULT的定义在 device/mstar/almond/BoardConfigCommon.mk 中：

DEX_PREOPT_DEFAULT := true

　　  LOCAL_DEX_PREOPT为true时将会按照build/core/dex_preopt.mk文件相应的规则优化APK文件。

####################################
# dexpreopt support - typically used on user builds to run dexopt (for Dalvik) or dex2oat (for ART) ahead of time
#
####################################

# list of boot classpath jars for dexpreopt
DEXPREOPT_BOOT_JARS := $(subst $(space),:,$(PRODUCT_BOOT_JARS))
DEXPREOPT_BOOT_JARS_MODULES := $(PRODUCT_BOOT_JARS)
PRODUCT_BOOTCLASSPATH := $(subst $(space),:,$(foreach m,$(DEXPREOPT_BOOT_JARS_MODULES),/system/framework/$(m).jar))

PRODUCT_SYSTEM_SERVER_CLASSPATH := $(subst $(space),:,$(foreach m,$(PRODUCT_SYSTEM_SERVER_JARS),/system/framework/$(m).jar))

DEXPREOPT_BUILD_DIR := $(OUT_DIR)
DEXPREOPT_PRODUCT_DIR_FULL_PATH := $(PRODUCT_OUT)/dex_bootjars
DEXPREOPT_PRODUCT_DIR := $(patsubst $(DEXPREOPT_BUILD_DIR)/%,%,$(DEXPREOPT_PRODUCT_DIR_FULL_PATH))
DEXPREOPT_BOOT_JAR_DIR := system/framework
DEXPREOPT_BOOT_JAR_DIR_FULL_PATH := $(DEXPREOPT_PRODUCT_DIR_FULL_PATH)/$(DEXPREOPT_BOOT_JAR_DIR)

# The default value for LOCAL_DEX_PREOPT
DEX_PREOPT_DEFAULT ?= true   #如果之前没有被赋值则=true

# $(1): the .jar or .apk to remove classes.dex
define dexpreopt-remove-classes.dex
$(hide) zip --quiet --delete $(1) classes.dex; \
dex_index=2; \
while zip --quiet --delete $(1) classes$${dex_index}.dex > /dev/null; do \
  let dex_index=dex_index+1; \
done
endef

...

（3）如果想跳过指定的APK不进行优化，则在 build/core/dex_preopt_odex_install.mk 修改规则，如跳过 QuickApp.apk 不进行优化：

# Skip QuickPic DEOEX avoid "Didn't find class "com.alensw.PicFolder.QuickApp"
ifeq ($(LOCAL_MODULE),QuickPic)
LOCAL_DEX_PREOPT:=
endif

　(4) 如果编译jar包不想进行优化，可以修改 build/core/java_library.mk 中 LOCAL_DEX_PREOPT := false ，全部重新编译后就可以mm单独编译jar包进行调试。

　(5) 如果发现 LOCAL_DEX_PREOPT:=true时 apk中的.dex无法剔除出来，需要关注另一个参数 LOCAL_CERTIFICATE，作用是指定用于哪个key签名，未指定的默认用testkey：

LOCAL_CERTIFICATE := testkey　　　　 #普通APK，默认情况下使用。
LOCAL_CERTIFICATE := platform　 　　 #该APK完成一些系统的核心功能，经过对系统中存在的文件夹的访问测试，这种方式编译出来的APK所在进程的UID为system。
LOCAL_CERTIFICATE := shared　　 　　 #该APK需要和home/contacts进程共享数据。
LOCAL_CERTIFICATE := media　　　　　  #该APK是media/download系统中的一环。
LOCAL_CERTIFICATE := PRESIGNED 　　  #表示apk已经签过名了，系统不需要再次签名，为了保持第三方的签名有效，不会剥离.dex文件。

5．项目中执行的效果

　　优化前：

　　

　　优化后：

　　

　　对比可发现，没有预优化的apk文件有个classes.dex文件，而预优化的没有这个文件了，java代码（classes.dex）到了oat子目录中。因此，在user环境下编译，生成的apk文件是不能直接上传到服务器的，因为这个apk已经没有java的代码了。所以在编译apk时，把mk文件中添加LOCAL_DEX_PREOPT := false把预编译关闭。

　　如果在user下编译的apk，push到daily的系统中，apk依然能够运行，不是没有classes.dex文件了吗？java代码都没有了，为什么还能运行？在第三节可知道，在android系统启动是会优化系统的app，所以daily中的APK的java代码被缓存到手机本地了，push user下编译的apk运行时依然运行的是daily版中apk缓存下来的code。