Android Dalvik과 ART에 대해서

Dalvik 이란?

Android에서 Java 애플리케이션을 구동하는 가상머신(Virtual Machine)이다.

Java의 라이센스 문제(오라클, 이 문제로 10년간 소송)와 최적화 등의 이유로 인해, 구글은 JVM을 사용하지 않고, 자체적으로 DVM(Dalvik Virtual Machine)을 개발하였다.

JIT(Just-In-Time)
- Android 2.2(2011)이전에는 JIT 컴파일이 없어, 앱이 실행 될 때마다 컴파일을 하여 메모리 효율이 나빴고 앱 구동 성능이 좋지 않았다.
- Android 2.2(2011)부터 JIT 컴파일이 도입되었다.
- 자주 사용되는 코드는 캐싱하여 재 사용하기 때문에 전반적으로 성능이 향상되었다.
.dex(Dalvik Executable, Dalvik Bytecode)
- 앱 빌드 시 .class 파일을 .dex 파일로 변환한다.
- .dex 파일을 Dalvik에서 실행한다.
CMS(Concurrent Mark Sweep) Garbage Collector 사용
- Java Garbage Collection
- GC동작 시 스레드가 멈추는 시간이 다른 알고리즘들 보다 짧다.
메모리 효율 향상
- 레지스터 기반으로 스택 기반인 JVM보다 메모리를 적게 사용한다.
- JVM은 연산 수행 시 피연산자를 스택을 사용하여 처리한다.
- 반면 DVM은 레지스터를 사용하여 처리한다.
- 레지스터 머신의 속도가 스택 머신보다 32% 더 빠르다는 연구 결과도 있다. Virtual Machine Showdown: Stack Versus Registers

Android 기기의 보급이 늘어나기 시작했던 2010년 즈음에는 메모리의 용량이 요즘 나오는 고성능 기기의 1/10 수준(512MB 이하)으로 매우 작았다.

이러한 상황에서 메모리 사용을 최적화하고자, Dalvik은 JIT(Just-In-Time) 컴파일 형식을 사용하여 앱이 실행되고 있을 때 필요한 부분만 컴파일한다.

필요한 것만 처리하기 때문에 메모리 절약이 가능한 것이다.

그러나, 실행 중에 컴파일을 하기 때문에 앱의 성능에 영향을 미칠 수 밖에 없는 단점이 있었다.

시간이 흐르면서 애플리케이션의 규모가 커져감과 동시에 하드웨어의 성능이 향상되어갔고 Dalvik을 대체할 ART가 도입되었다.

Android 4.4에서 처음 도입된 Runtime

Dalvik과 달리 AOT 방식을 사용한다.

앱을 설치할 때 바이트 코드인 .dex파일들을 기계어로 컴파일하여 .oat파일들로 저장한 후 앱 실행 시 .oat파일을 불러와서 실행한다.

AOT(Ahead-Of-Time)
.oat(Optimized Ahead-of-Time)
- ART에서 사용하는 파일
- dex2oat도구를 통해 .dex를 .odex로 변환한 후 다시 .oat로 변환한다.
.odex(Optimized Dalvik Executable)
- Dalvik에서 사용하는 파일
- dexopt도구를 통해 .dex 파일을 .odex 파일로 변환한다.
- 앱 실행 시 이 파일을 기계어로 변환한다.
Garbage Collector에서 상당한 개선
- Dalvik보다 처리가 2배 빠르다.

간단히 각각의 장단점을 정리하면 다음과 같다.

서로 장단점이 반대이다.

그래서 시간이 지나면서 런타임에 여러 번 변경이 있었다.

Android 7.0(2016)에서 다시 JIT를 사용하는 Profile Guided Compilation 방식이 도입되었다.

JIT와 AOT를 혼합하여 컴파일을 수행