什麼是Dalvik虛擬機？Google於2007年底正式發佈了Android SDK, 作爲 Android系統的重要特性，Dalvik虛擬機也第一次進入了人們的視野。它對內存的高效使用，和在低速CPU上表現出的高性能，確實令人刮目相看。依賴於底層Posix兼容的操作系統，它可以簡單的完成進程隔離和線程管理。每一個Android應用在底層都會對應一個獨立的Dalvik虛擬機實例，其代碼在虛擬機的解釋下得以執行。
很多人認爲Dalvik虛擬機是一個Java虛擬機，因爲Android的編程語言恰恰就是Java語言。但是這種說法並不準確，因爲Dalvik虛擬機並不是按照Java虛擬機的規範來實現的，兩者並不兼容；同時還要兩個明顯的不同：
Java虛擬機運行的是Java字節碼，而Dalvik虛擬機運行的則是其專有的文件格式DEX（Dalvik Executable）。
在Java SE程序中的Java類會被編譯成一個或者多個字節碼文件（.class）然後打包到JAR文件，而後Java虛擬機會從相應的CLASS文件和JAR文件中獲取相應的字節碼；Android應用雖然也是使用Java語言進行編程，但是在編譯成CLASS文件後，還會通過一個工具（dx）將應用所有的CLASS文件轉換成一個DEX文件，而後Dalvik虛擬機會從其中讀取指令和數據。 Dalvik和Android系統Android作爲新一代的基於Linux的開源手機操作系統，其系統架構由下而上可以分爲以下幾部分：
Linux內核 本地庫 Android運行庫 應用框架
應用
如圖所示，Android運行庫包括兩部分：核心庫和Dalvik虛擬機。核心庫包括了最基本的類庫，如data structure, network, Utilities, File system等的，很多實現代碼都是來自Apache Harmony項目，主要目的是保證虛擬機的類庫能夠和Java SE的類庫最大可能的兼容，從而降低應用開發者從Java SE陣營轉移到Android開發陣營的難度，增加其可用性。Dalvik虛擬機主要是完成對象生命週期的管理，堆棧的管理，線程管理，安全和異常的管理，以及垃圾回收等等重要功能。
Dalvik虛擬機的主要特徵Dalvik虛擬機非常適合在移動終端上使用，相對於在桌面系統和服務器系統運行的虛擬機而言，它不需要很快的CPU速度和大量的內存空間。根據Google的測算，64M的RAM已經能夠令系統正常運轉了。其中24M被用於底層系統的初始化和啓動，另外20M被用於高層啓動高層服務。當然，隨着系統服務的增多和應用功能的擴展，其所消耗的內存也勢必越來越大。
歸納起來，Dalvik虛擬機有如下幾個主要特徵:
專有的DEX文件格式
DEX是Dalvik虛擬機專用的文件格式，而問什麼棄用已有的字節碼文件（CLASS文件）而採用新的格式呢?
1.一個應用中會定義很多類，編譯完成後即會有很多相應的CLASS文件，CLASS文件間會有不少冗餘的信息；而DEX文件格式會把所有的CLASS文件內容整合到一個文件中。這樣，除了減少整體的文件尺寸，I/O操作，也提高了類的查找速度。
原來每個類文件中的常量池，在DEX文件中由一個常量池來管理，具體方式如下圖：
很多人認爲Dalvik虛擬機是一個Java虛擬機，因爲Android的編程語言恰恰就是Java語言。但是這種說法並不準確，因爲Dalvik虛擬機並不是按照Java虛擬機的規範來實現的，兩者並不兼容；同時還要兩個明顯的不同：
Java虛擬機運行的是Java字節碼，而Dalvik虛擬機運行的則是其專有的文件格式DEX（Dalvik Executable）。
在Java SE程序中的Java類會被編譯成一個或者多個字節碼文件（.class）然後打包到JAR文件，而後Java虛擬機會從相應的CLASS文件和JAR文件中獲取相應的字節碼；Android應用雖然也是使用Java語言進行編程，但是在編譯成CLASS文件後，還會通過一個工具（dx）將應用所有的CLASS文件轉換成一個DEX文件，而後Dalvik虛擬機會從其中讀取指令和數據。 Dalvik和Android系統Android作爲新一代的基於Linux的開源手機操作系統，其系統架構由下而上可以分爲以下幾部分：
Linux內核 本地庫 Android運行庫 應用框架
應用
如圖所示，Android運行庫包括兩部分：核心庫和Dalvik虛擬機。核心庫包括了最基本的類庫，如data structure, network, Utilities, File system等的，很多實現代碼都是來自Apache Harmony項目，主要目的是保證虛擬機的類庫能夠和Java SE的類庫最大可能的兼容，從而降低應用開發者從Java SE陣營轉移到Android開發陣營的難度，增加其可用性。Dalvik虛擬機主要是完成對象生命週期的管理，堆棧的管理，線程管理，安全和異常的管理，以及垃圾回收等等重要功能。
Dalvik虛擬機的主要特徵Dalvik虛擬機非常適合在移動終端上使用，相對於在桌面系統和服務器系統運行的虛擬機而言，它不需要很快的CPU速度和大量的內存空間。根據Google的測算，64M的RAM已經能夠令系統正常運轉了。其中24M被用於底層系統的初始化和啓動，另外20M被用於高層啓動高層服務。當然，隨着系統服務的增多和應用功能的擴展，其所消耗的內存也勢必越來越大。
歸納起來，Dalvik虛擬機有如下幾個主要特徵:
專有的DEX文件格式
DEX是Dalvik虛擬機專用的文件格式，而問什麼棄用已有的字節碼文件（CLASS文件）而採用新的格式呢?
1.一個應用中會定義很多類，編譯完成後即會有很多相應的CLASS文件，CLASS文件間會有不少冗餘的信息；而DEX文件格式會把所有的CLASS文件內容整合到一個文件中。這樣，除了減少整體的文件尺寸，I/O操作，也提高了類的查找速度。
原來每個類文件中的常量池，在DEX文件中由一個常量池來管理，具體方式如下圖：
2.增加了新的操作碼的支持
3.文件結構儘量簡潔，使用等長的指令，藉以提高解析速度
4. 儘量擴大隻讀結構的大小，藉以提高跨進程的數據共享
如何生成DEX文件呢？Android系統和Dalvik虛擬機提供了工具（DX）,在把Java源代碼編譯成CLASS文件後，使用DX工具。
3.文件結構儘量簡潔，使用等長的指令，藉以提高解析速度
4. 儘量擴大隻讀結構的大小，藉以提高跨進程的數據共享
如何生成DEX文件呢？Android系統和Dalvik虛擬機提供了工具（DX）,在把Java源代碼編譯成CLASS文件後，使用DX工具。
DEX的優化 DEX文件的結構是緊湊的，然是如果我們還想要求運行時的性能有進一步提高，我們就仍然需要對DEX文件進行進一步優化。優化主要是針對以下幾個方面：
調整所有字段的字節序（LITTLE_ENDIAN）和對齊結構中的沒一個域 驗證DEX文件中的所有類
對一些特定的類進行優化，對方法裏的操作碼進行優化 優化後的文件大小會有所增加，應該是原DEX文件的1-4倍。
優化發生的時機有兩個：對於預置應用，可以在系統編譯後，生成優化文件，以ODEX結尾。這樣在發佈時除APK文件（不包含DEX）以外，還有一個相應的ODEX文件；對於非預置應用，包含在APK文件裏的DEX文件會在運行時被優化，優化後的文件將被保存在緩存中。
基於寄存器相對於基於堆棧的虛擬機實現，基於寄存器的虛擬機實現雖然在硬件通用性上要差一些，但是它在代碼的執行效率上卻更勝一籌。一般來講，虛擬機中指令的解釋執行時間主要花在以下三個方面：
分發指令 訪問運算數
執行運算其中“分發指令”這個環節對性能的影響最大。在基於寄存器的虛擬機裏，可以更爲有效的減少冗餘指令的分發和減少內存的讀寫訪問，如：
雖然Dalvik虛擬機並沒有使用目前流行的虛擬機技術，如JIT，但是根據Google的報告，這個功能的缺失並沒有另Dalvik虛擬機在性能上有所損失。我們也同時相信，Dalvik虛擬機的性能還有進一步提高的空間。
一個應用，一個虛擬機實例，一個進程每一個Android應用都運行在一個Dalvik虛擬機實例裏，而每一個虛擬機實例都是一個獨立的進程空間。虛擬機的線程機制，內存分配和管理，Mutex等等都是依賴底層操作系統而實現的。所有Android應用的線程都對應一個Linux線程，虛擬機因而可以更多的依賴操作系統的線程調度和管理機制。
不同的應用在不同的進程空間裏運行，加之對不同來源的應用都使用不同的Linux用戶來運行，可以最大程度的保護應用的安全和獨立運行。
Zygote是一個虛擬機進程，同時也是一個虛擬機實例的孵化器，每當系統要求執行一個Android應用程序，Zygote就會FORK出一個子進程來執行該應用程序。這樣做的好處顯而易見：Zygote進程是在系統啓動時產生的，它會完成虛擬機的初始化，庫的加載，預置類庫的加載和初始化等等操作，而在系統需要一個新的虛擬機實例時，Zygote通過複製自身，最快速的提供個系統。另外，對於一些只讀的系統庫，所有虛擬機實例都和Zygote共享一塊內存區域，大大節省了內存開銷。
應用程序包（APK）被髮布到手機上後，運行前會對其中的DEX文件進行優化，優化後的文件被保存到緩存區域（優化後的格式被稱爲DEY），虛擬機會直接執行該文件。如果應用包文件不發生變化，DEY文件不會被重新生成。
調整所有字段的字節序（LITTLE_ENDIAN）和對齊結構中的沒一個域 驗證DEX文件中的所有類
對一些特定的類進行優化，對方法裏的操作碼進行優化 優化後的文件大小會有所增加，應該是原DEX文件的1-4倍。
優化發生的時機有兩個：對於預置應用，可以在系統編譯後，生成優化文件，以ODEX結尾。這樣在發佈時除APK文件（不包含DEX）以外，還有一個相應的ODEX文件；對於非預置應用，包含在APK文件裏的DEX文件會在運行時被優化，優化後的文件將被保存在緩存中。
基於寄存器相對於基於堆棧的虛擬機實現，基於寄存器的虛擬機實現雖然在硬件通用性上要差一些，但是它在代碼的執行效率上卻更勝一籌。一般來講，虛擬機中指令的解釋執行時間主要花在以下三個方面：
分發指令 訪問運算數
執行運算其中“分發指令”這個環節對性能的影響最大。在基於寄存器的虛擬機裏，可以更爲有效的減少冗餘指令的分發和減少內存的讀寫訪問，如：
雖然Dalvik虛擬機並沒有使用目前流行的虛擬機技術，如JIT，但是根據Google的報告，這個功能的缺失並沒有另Dalvik虛擬機在性能上有所損失。我們也同時相信，Dalvik虛擬機的性能還有進一步提高的空間。
一個應用，一個虛擬機實例，一個進程每一個Android應用都運行在一個Dalvik虛擬機實例裏，而每一個虛擬機實例都是一個獨立的進程空間。虛擬機的線程機制，內存分配和管理，Mutex等等都是依賴底層操作系統而實現的。所有Android應用的線程都對應一個Linux線程，虛擬機因而可以更多的依賴操作系統的線程調度和管理機制。
不同的應用在不同的進程空間裏運行，加之對不同來源的應用都使用不同的Linux用戶來運行，可以最大程度的保護應用的安全和獨立運行。
Zygote是一個虛擬機進程，同時也是一個虛擬機實例的孵化器，每當系統要求執行一個Android應用程序，Zygote就會FORK出一個子進程來執行該應用程序。這樣做的好處顯而易見：Zygote進程是在系統啓動時產生的，它會完成虛擬機的初始化，庫的加載，預置類庫的加載和初始化等等操作，而在系統需要一個新的虛擬機實例時，Zygote通過複製自身，最快速的提供個系統。另外，對於一些只讀的系統庫，所有虛擬機實例都和Zygote共享一塊內存區域，大大節省了內存開銷。
應用程序包（APK）被髮布到手機上後，運行前會對其中的DEX文件進行優化，優化後的文件被保存到緩存區域（優化後的格式被稱爲DEY），虛擬機會直接執行該文件。如果應用包文件不發生變化，DEY文件不會被重新生成。
Android應用開發和Dalvik虛擬機Android應用所使用的編程語言是Java語言，和Java SE一樣，編譯時使用Sun JDK將Java源程序編程成標準的Java字節碼文件（.class文件），而後通過工具軟件DX把所有的字節碼文件轉成DEX文件（classes.dex）。最後使用Android打包工具（aapt）將DEX文件，資源文件以及AndroidManifest.xml文件（二進制格式）組合成一個應用程序包（APK）。應用程序包可以被髮布到手機上運行。