1.前言
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Android的虚拟机经过演变，从Android5.0前的Dalvik虚拟机在Android5.0后全面变成了ART虚拟机，这两个虚拟机都是基于寄存器的，而我们的JVM是基于栈的。
那为什么安卓的虚拟机是基于寄存器，跟JVM基于栈有所不同呢？最大的原因肯定是因为移动端的硬件环境进行了针对性相关优化，比如安卓里面字节码文件是.dex而不class，那正是谷歌对移动端进行了相关针对性的优化，那这个时候就要将JVM基于栈的模式与基于寄存器的模式进行一个对比，我们才能了解为什么安卓虚拟机会基于寄存器。
2.栈与寄存器的区别
在介绍JVM之前，我们先了解栈与寄存器的区别是什么？
先上结论！！！
所以为什么Android平台基于寄存器的设计？
- 指令条数少，所以执行的效率更快！
- 数据移动次数少、临时结果存放次数少，所以更省内存和执行效率更快！
- 映射真实机器的寄存器，所以执行效率更快！
2.1.栈
栈的特点是：FILO（先进后出，Fist In Last Out）
栈的出入口只有一个，那就意味着先进的元素会在栈底，而后进的元素会在栈底，先进的元素不能直接出栈，需要栈顶的元素出栈后，才能出栈，所以栈是一个单向队列的数据结构，我们先上图来描述一下栈。
我们可以看出，A元素是首先进入栈的，这个时候会被处于栈顶，随着B元素的进入，A元素被压入栈底，而B元素处于栈顶，最后C元素压入栈中，成为了栈顶，这个时候A、B元素出栈都意味着C元素必须要出栈。
Ok，栈的概念还是比较容易明白的，接下来我们看看寄存器的概念。
2.2.寄存器
寄存器相当于CPU里面的内存，它本身是有固定的内存地址的，这意味着数据在寄存器中的操作/IO是非常快速的。
寄存器的指令一般较长，在Android里面每个指令占2个字节，但是指令条数会大幅减少，而JVM虚拟站中指令占一个字符，但是指令条数会大幅增加，能快速执行。
那么简单介绍完栈与寄存器的概念之后，我们就进入下一章，JVM是怎么通过虚拟栈来执行指定的？
3.JVM是如何通过虚拟栈执行字节码文件的？
3.1 了解JVM运行时的数据区组成
首先我们要了解JVM运行时的数据区，看一幅图：
我们可以由上图看出，ClassLoader将.class文件加载至运行时数据区，运行时数据区其实就是字节码被加载到内存后在内存的一个状态，我们可以看出有以下几部分。
- 堆
存放着实例的区域，而GC主要也是针对该区域。
- 方法区
存放着从字节码中加载出来的类信息。
- 线程独立区域
- 程序计数器
保存程序字节码执行的顺序 - 虚拟机栈
描述java方法执行的内存模型 - 本地方法栈
本地方法栈则为Native 方法服务
- 程序计数器
简单了解了运行时数据区的构造后，接下来我们将深入到JVM中的线程是如何基于虚拟机栈来执行字节码的。
3.2 了解栈帧
我们知道虚拟机栈是负责描述java方法执行的内存模型，并且记录线程内方法的执行状态的，而栈中的元素，也会被称为栈帧，比如我们现在执行一个main方法，main方法中再执行一个foo方法，那么虚拟机栈中就会存在两个栈帧，如图：
那如果此时我们的虚拟机栈中的foo方法含有相关逻辑，虚拟机栈又是如何执行这些逻辑的呢？
首先，我们的虚拟机栈是如何执行以上字节码的呢？首先我们了解一下栈帧的组成
我们可以看出一个栈帧里面含有
- 局部变量表
局部变量表存放着方法中的局部变量+this实例
- 操作数栈
用于字节码执行时，暂存其中间状态的一个内存区域，每个操作数栈的容量是有限的，在编译期会推断其容量大小并且记录在字节码文件中，而JVM说的基于栈，其实就是基于该操作数栈。
- 方法出口
记录该方法的出口，需要返回什么，返回给谁。
- 程序计数器
记录着程序的执行顺序。
3.3 了解栈是如何执行逻辑的
接下来我们定义一个foo方法，并且编译成class文件，然后我们解析一下虚拟机栈是怎么执行字节码程序的。
public void foo() {
int a = 1;
int b = 2;
int c = (a + b)*9;
}
然后我们将其解析成字节码后是这样的
| 顺序 | 字节码 | 助记符 |
|---|---|---|
| 0 | 0x04 | iconst_1 |
| 1 | 0x3b | istore_0 |
| 2 | 0x05 | iconst_2 |
| 3 | 0x3c | istore_1 |
| 4 | 0x1a | iload_0 |
| 5 | 0x1b | uload_1 |
| 6 | 0x60 | iadd |
| 7 | 0x10 0x09 | bipush9 |
| 9 | 0x67 | imul |
| a | 0x3d | istore_2 |
| b | 0xb1 | return |
那么栈帧中是如何执行上面的字节码的？
我们以图解的形式解析全过程，首先是一个栈帧的初始化状态，局部变量表与操作数栈的状态如下：
我们可以看出局部变量表中初始化了a，b，c三个变量，而操作数栈中目前容量为2，那么我们开始执行每一步字节码。
至于最后一行字节码，其实从助记符中可以明显的判断出，方法返回结束了~就不特意贴图了
（从第八张图开始，因为换了分辨率去制图，所以字体变小了，将就看。。）
看完整个执行过程最直观的我们能看出以下几点：
- 字节码大部分时候占1位
- 局部变量表中暂存数据，字节码中不负责保存
- 操作基本都是基于操作数栈进行操作
既然我们要作对比，基于栈和基于寄存器的区别是什么？那么接下来就来讲讲寄存器执行逻辑的过程，然后再作一个对比~
4.ART是如何基于虚拟寄存器执行字节码文件的？
4.1 结构变化
对比基于栈，基于寄存器的虚拟机栈帧构成如下：
我们可以看出：
- 没有了操作数栈、被虚拟寄存器代替了、
- 也没有了变量表
- 保留了程序计数器
乍一看好像做了不少减法，直观的感受到执行时占用内存的减少。
ok，了解栈帧中的变化，那么接着看我们基于寄存器的字节码有哪些变化。
4.2 字节码变化
我们可以直观的看出指令数减少了，但是每个字节码从占用一个字节升级到两个字节，接着我们看看寄存器是怎么执行逻辑的~
4.3 解寄存器是如何执行逻辑的？
最后一步也不贴了，就是return方法~
那么我们可以清晰的感知到，因为栈帧结构变化，没有了局部变量表，所以字节码中不需要再执行将数据保存到变量表相关的操作，大大的减少了流程，但是我们看最后一张图，有没有发现少了什么？
方法中 var a的值不见了！
不要慌，这其实是编译优化，我们以最少的寄存器为前提，不改变语意，优化掉无用的代码。
ok，了解了他们的栈帧构造、字节码区别、执行逻辑后，我们进入对比环节！
5.对比环节
直接总结好~上图表！
| 对比项 | 基于栈 | 基于寄存器 |
|---|---|---|
| 字节码单元长度 | 8位（1字节） | 16位（2字节） |
| 单条指令长度 | 短 | 几乎翻倍 |
| 同样逻辑指令条数 | 多 | 少 |
| 同样逻辑数据移动次数 | 多 | 尽可能少 |
| 同样逻辑临时结果存储次数 | 多 | 尽可能少 |
所以为什么Android平台基于寄存器的设计？
- 指令条数少，所以执行的效率更快！
- 数据移动次数少、临时结果存放次数少，所以更省内存和执行效率更快！
- 映射真实机器的寄存器，所以执行效率更快！
以上就是《为什么Android平台虚拟机基于寄存器的设计？》的全部内容，觉得本片文章有用的童鞋们记得点赞！关注！收藏！，不要吝啬你们的称赞啦啦啦啦啦
