配置 ART

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本页面介绍了如何配置 ART 及其编译选项。讨论的主题包括:系统映像预编译配置、dex2oat 编译选项,以及如何在 system 分区空间、data 分区空间和性能这三者之间取得平衡。

请参阅 ART 和 DalvikDalvik 可执行文件格式以及 source.android.com 上的其他页面,了解如何使用 ART。请参阅在 Android 运行时 (ART) 上验证应用行为,了解如何确保您的应用能够正常运行。

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:

  1. 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。
  2. 当设备闲置和充电时,编译守护程序会运行,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。
  3. 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经过 JIT 编译的方法将会添加到配置文件中,然后编译守护程序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、扩展名和名称因版本而异,但在 Android 8 版本中,将会生成以下文件:

  • .vdex:其中包含 APK 的未压缩 DEX 代码,以及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。

编译选项

ART 的编译选项分为以下两个类别:

  1. 系统 ROM 配置:构建系统映像时,会对哪些代码进行 AOT 编译。
  2. 运行时配置:ART 如何在设备上编译和运行应用。

用于配置这两个类别的一个核心 ART 选项是“编译过滤器”。编译过滤器可控制 ART 如何编译 DEX 代码,是一个传递给 dex2oat 工具的选项。从 Android 8 开始,有四个官方支持的过滤器:

  • verify:仅运行 DEX 代码验证。
  • quicken:(从 Android 12 开始已移除)运行 DEX 代码验证,并优化一些 DEX 指令,以获得更好的解译器性能。
  • speed:运行 DEX 代码验证,并对所有方法进行 AOT 编译。
  • speed-profile:运行 DEX 代码验证,并对配置文件中列出的方法进行 AOT 编译。

系统 ROM 配置

有许多 ART 构建选项可用于配置系统 ROM。如何配置这些选项取决于系统映像的可用存储空间以及预安装应用的数量。编译到系统 ROM 中的 JAR/APK 可以分为以下四个类别:

  • 启动类路径代码:默认使用 speed-profile 编译过滤器进行编译。
  • 系统服务器代码(请参阅本文档后面部分介绍的 PRODUCT_SYSTEM_SERVER_JARSPRODUCT_APEX_SYSTEM_SERVER_JARSPRODUCT_STANDALONE_SYSTEM_SERVER_JARSPRODUCT_APEX_STANDALONE_SYSTEM_SERVER_JARS):
    • (从 Android 14 [AOSP 实验版] 开始)默认使用 speed-profile 编译过滤器进行编译;如果未提供配置文件,则使用 speed 编译过滤器进行编译。
    • (在 Android 13 之前)默认使用 speed 编译过滤器进行编译。
    可通过 PRODUCT_SYSTEM_SERVER_COMPILER_FILTER 进行配置(请参阅本文档的后面部分)。
  • 产品专属的核心应用(请参阅本文档后面部分介绍的 PRODUCT_DEXPREOPT_SPEED_APPS):默认使用 speed 编译过滤器进行编译。
  • 所有其他应用:默认使用 speed-profile 编译过滤器进行编译;如果未提供配置文件,则使用 verify 编译过滤器进行编译。

    可通过 PRODUCT_DEX_PREOPT_DEFAULT_COMPILER_FILTER 进行配置(请参阅本文档的后面部分)。

Makefile 选项

  • WITH_DEXPREOPT
  • 是否对系统映像上安装的 DEX 代码调用 dex2oat。默认处于启用状态。

  • DONT_DEXPREOPT_PREBUILTS(从 Android 5 开始)
  • 启用 DONT_DEXPREOPT_PREBUILTS 可防止对预构建应用进行预先优化。这些都是在 Android.mk 中指定了 include $(BUILD_PREBUILT) 的应用。如果不对这些可能要通过 Google Play 更新的预构建应用进行预先优化,可以节省系统映像内的空间,但是会增加首次启动时间。请注意,此选项对 Android.bp 中定义的预构建应用没有任何影响。

  • PRODUCT_DEX_PREOPT_DEFAULT_COMPILER_FILTER(从 Android 9 开始)
  • PRODUCT_DEX_PREOPT_DEFAULT_COMPILER_FILTER 会为经过预先优化的应用指定默认编译过滤器。这些都是 Android.bp 中定义或在 Android.mk 中指定了 include $(BUILD_PREBUILT) 的应用。如果未指定,则默认值为 speed-profile;如果未指定值且未提供配置文件,则值为 verify

  • WITH_DEXPREOPT_BOOT_IMG_AND_SYSTEM_SERVER_ONLY (Android 8 MR1 中新增)
  • 如果启用 WITH_DEXPREOPT_BOOT_IMG_AND_SYSTEM_SERVER_ONLY,将只会对启动类路径和系统服务器 JAR 进行预先优化。

  • LOCAL_DEX_PREOPT
  • 通过在模块定义中指定 LOCAL_DEX_PREOPT 选项,还可以针对个别应用启用或停用预先优化功能。这有助于避免对那些可能会立即收到 Google Play 更新的应用进行预先优化,因为更新之后,对系统映像中的代码所做的预先优化都成了无用功。此外,这还有助于在进行重大版本 OTA 升级时节省空间,因为用户的 data 分区中可能已经有了更高版本的应用。

    LOCAL_DEX_PREOPT 支持分别使用值“true”和“false”来启用和停用预先优化功能。此外,如果在预先优化过程中不应将 classes.dex 文件从 APK 或 JAR 文件中剥离出来,则可以指定“nostripping”。通常情况下,此文件会被剥离出来,因为在进行预先优化之后将不再需要该文件;但若要使第三方 APK 签名仍保持有效,则必须使用最后这个选项。

  • PRODUCT_DEX_PREOPT_BOOT_FLAGS
  • 将选项传递给 dex2oat 以控制如何编译启动映像。该选项可用于指定自定义映像类列表、已编译类列表,以及编译过滤器。

  • PRODUCT_DEX_PREOPT_DEFAULT_FLAGS
  • 将选项传递给 dex2oat 以控制如何编译除启动映像之外的所有内容。

  • PRODUCT_DEX_PREOPT_MODULE_CONFIGS
  • 用于为特定模块和产品配置传递 dex2oat 选项。该选项在产品的 device.mk 文件中通过 $(call add-product-dex-preopt-module-config,<modules>,<option>) 设置,其中 <modules> 是一个 LOCAL_MODULE(表示 JAR 文件)和 LOCAL_PACKAGE(表示 APK 文件)名称的列表。

  • PRODUCT_DEXPREOPT_SPEED_APPS (New in Android 8)
  • 一个应用列表,其中的应用被确定为产品的核心应用,并且应使用 speed 编译过滤器进行编译。例如,常驻应用(如 SystemUI)只有在下次系统重新启动时才有机会使用配置文件引导型编译,因此可能最好是让产品始终对这些应用进行 AOT 编译。

  • PRODUCT_SYSTEM_SERVER_APPS (New in Android 8)
  • 系统服务器加载的应用的列表。这些应用默认使用 speed 编译过滤器进行编译。

  • PRODUCT_ART_TARGET_INCLUDE_DEBUG_BUILD(Post Android 8)
  • 是否在设备上包含 ART 的调试版本。默认情况下,系统会针对 userdebug build 和 eng build 启用此选项。可以通过将该选项明确设为 truefalse 来覆盖此行为。

    默认情况下,设备将使用非调试版本 (libart.so)。如需进行切换,请将系统属性 persist.sys.dalvik.vm.lib.2 设置为 libartd.so

  • WITH_DEXPREOPT_PIC (Removed in Android 8)
  • 在 Android 5.1.0 到 Android 6.0.1 的版本中,可以指定 WITH_DEXPREOPT_PIC 以启用位置无关代码 (PIC)。这样一来,就不必将来自映像的编译代码从 /system 迁移到 /data/dalvik-cache,因此可以节省 data 分区中的空间。不过,因为该选项会停用根据位置相关代码进行的优化,所以会对运行时产生轻微的影响。通常情况下,需要节省 /data 空间的设备应启用 PIC 编译。

    在 Android 7.0 中,PIC 编译默认处于启用状态。

  • WITH_DEXPREOPT_BOOT_IMG_ONLY(在 Android 8 MR1 中已移除)
  • 此选项已被 WITH_DEXPREOPT_BOOT_IMG_AND_SYSTEM_SERVER_ONLY 取代,后者还会预先优化系统服务器 JAR。

  • PRODUCT_SYSTEM_SERVER_COMPILER_FILTER
  • 此选项可指定系统服务器的编译过滤器。

    • (从 Android 14 [AOSP 实验版] 开始)如果未指定,则使用 speed-profile 编译过滤器;如果未提供配置文件,则使用 speed 编译过滤器。
    • (在 Android 13 之前)如果未指定,则使用 speed 编译过滤器。
    • 如果设置为 speed,则使用 speed 编译过滤器。
    • 如果设置为 speed-profile,则使用 speed-profile 编译过滤器;如果未提供配置文件,则使用 verify 编译过滤器。
    • 如果设置为 verify,则使用 verify 编译过滤器。

  • PRODUCT_SYSTEM_SERVER_JARSPRODUCT_APEX_SYSTEM_SERVER_JARSPRODUCT_STANDALONE_SYSTEM_SERVER_JARSPRODUCT_APEX_STANDALONE_SYSTEM_SERVER_JARS
  • 以下是系统服务器加载的 JAR 的列表。JAR 使用由 PRODUCT_SYSTEM_SERVER_COMPILER_FILTER 指定的编译过滤器进行编译

    • (必需)PRODUCT_SYSTEM_SERVER_JARS:平台上的系统服务器类路径 JAR 的列表(即作为 SYSTEMSERVERCLASSPATH 的一部分)。需要将系统服务器类路径 JAR 添加到此列表。如果未能将系统服务器类路径 JAR 添加到此列表,会导致这些 JAR 无法加载。
    • (必需)PRODUCT_APEX_SYSTEM_SERVER_JARS:通过 APEX 传递的系统服务器类路径 JAR 的列表(即作为 SYSTEMSERVERCLASSPATH 的一部分)。格式为 <apex name>:<jar name>。必需将 APEX 系统服务器类路径 JAR 添加到此列表。如果未能将 APEX 系统服务器类路径 JAR 添加到此列表,会导致这些 JAR 无法加载。
    • (可选,从 Android 13 开始) PRODUCT_STANDALONE_SYSTEM_SERVER_JARS:系统服务器使用单独的类加载器动态加载(通过 SystemServiceManager.startServiceFromJar)的 JAR 的列表。无需将独立系统服务器 JAR 添加到此列表,但强烈建议您这样做,原因是这会使 JAR 经过编译,因此 JAR 将具有良好的运行时性能。
    • (必需,从 Android 13 开始) PRODUCT_APEX_STANDALONE_SYSTEM_SERVER_JARS:通过 APEX 传递且系统服务器使用单独的类加载器动态加载(即通过 SystemServiceManager.startServiceFromJar 或声明为 <apex-system-service>)的 JAR 的列表。格式为 <apex name>:<jar name>。必需将独立的 APEX 系统服务器 JAR 添加到此列表。如果未能将独立的 APEX 系统服务器 JAR 添加到此列表,会导致启动失败。

    启动类路径配置

    • 预加载的类列表
    • 预加载的类列表列出了 zygote 在启动时初始化的类。利用该列表,每个应用无需单独运行这些类初始化程序,从而可以更快地启动并共享内存中的页面。预加载的类列表文件默认位于 frameworks/base/config/preloaded-classes,其中包含一个针对典型手机使用场景优化的列表。此列表可能不适用于其他设备(如穿戴式设备),必须进行相应调整。做调整时要格外小心;添加的类太多会造成加载未用到的类而浪费内存,而添加的类太少又会导致每个应用都各有一份副本,同样会造成内存浪费。

      使用示例(在产品的 device.mk 中):

      PRODUCT_COPY_FILES += <filename>:system/etc/preloaded-classes
      

      注意:如果有任何从 build/target/product/base.mk 提取默认值的产品配置 makefile,则此行必须放置在沿用任何这类 makefile 的行之前。

    运行时配置

    Jit 选项

    仅在 ART JIT 编译器可用的情况下,以下选项才会影响 Android 版本。

    • dalvik.vm.usejit:是否启用 JIT。
    • dalvik.vm.jitinitialsize(默认为 64K):代码缓存初始容量。代码缓存将定期进行垃圾回收 (GC),并将视需要增加容量。
    • dalvik.vm.jitmaxsize(默认为 64M):代码缓存最大容量。
    • dalvik.vm.jitthreshold(默认为 10000):方法的“热度”计数器必须超过该阈值,系统才会对方法进行 JIT 编译。“热度”计数器是运行时的内部指标。它的影响因素包括调用次数、后向分支及其他因素。
    • dalvik.vm.usejitprofiles:是否启用 JIT 配置文件;即使 dalvik.vm.usejit 为 false,也可以使用该选项。请注意,如果该选项为 false,编译过滤器 speed-profile 将不会对任何方法进行 AOT 编译,效果与 verify 相同。
    • dalvik.vm.jitprithreadweight(默认为 dalvik.vm.jitthreshold/20):应用界面线程的 JIT“样本”(请参阅 jitthreshold)的权重。用于加快以下方法的编译速度:当用户与应用交互时,会直接影响用户体验的方法。
    • dalvik.vm.jittransitionweight(默认为 dalvik.vm.jitthreshold/10):调用时需要在编译代码和解译器之间进行转换的方法的权重。这有助于确保对所涉及的方法进行编译以尽可能减少转换(转换需要很大开销)。

    软件包管理器选项

    从 Android 7.0 开始,系统提供了一种通用方式来指定各个阶段的编译/验证级别。编译级别通过系统属性来配置,默认值如下:

    • pm.dexopt.install=speed-profile
    • 这是通过 Google Play 安装应用时使用的编译过滤器。我们建议将安装过滤器设置为 speed-profile,以支持使用 dex 元数据文件中的配置文件。请注意,如果未提供配置文件或配置文件为空,speed-profile 的效果与 verify 相同。

    • pm.dexopt.bg-dexopt=speed-profile
    • 这是在设备闲置、充电以及充满电时使用的编译过滤器。如要充分利用配置文件引导型编译并节省存储空间,可以尝试使用 speed-profile 编译过滤器。

    • pm.dexopt.boot-after-ota=verify
    • 无线下载更新后使用的编译过滤器。对于此选项,我们强烈建议使用 verify 编译过滤器,以防启动时间过长。

    • pm.dexopt.first-boot=verify
    • 在设备初次启动时使用的编译过滤器。此时使用的过滤器只会影响出厂后的启动时间。我们建议使用 verify 过滤器,以免用户在首次使用手机时需要花很长时间等待手机启动。请注意,如果系统映像中的所有应用都已使用 verifyspeed-profilespeed 和正确的类加载器上下文进行了编译,pm.dexopt.first-boot 将不会产生任何影响。

    Dex2oat 选项

    请注意,这些选项在设备编译期间以及预先优化期间都会影响 dex2oat,但是前面讨论的大多数选项都只会影响预先优化。

    dex2oat 编译启动映像时对其进行控制:

    • dalvik.vm.image-dex2oat-Xms:初始堆大小
    • dalvik.vm.image-dex2oat-Xmx:最大堆大小
    • dalvik.vm.image-dex2oat-filter:编译过滤器选项
    • dalvik.vm.image-dex2oat-threads:要使用的线程数

    dex2oat 编译除启动映像之外的所有内容时对其进行控制:

    • dalvik.vm.dex2oat-Xms:初始堆大小
    • dalvik.vm.dex2oat-Xmx:最大堆大小
    • dalvik.vm.dex2oat-filter:编译过滤器选项

    Android 6.0 之前的版本提供了一个适用于编译除启动映像之外的所有内容的附加选项:

    • dalvik.vm.dex2oat-threads:要使用的线程数

    从 Android 6.1 开始,该选项变成了两个适用于编译除启动映像之外的所有内容的附加选项:

    • dalvik.vm.boot-dex2oat-threads:启动时要使用的线程数
    • dalvik.vm.dex2oat-threads:启动后要使用的线程数

    Android 7.1 及之后的版本提供了两个选项来控制编译除启动映像之外的所有内容时的内存使用方式:

    • dalvik.vm.dex2oat-very-large:停用 AOT 编译的最小总 dex 文件大小(以字节为单位)
    • dalvik.vm.dex2oat-swap:使用 dex2oat 交换文件(用于低内存设备)

    不应减小用于控制 dex2oat 初始堆大小和最大堆大小的选项数值,因为它们可能会限制可对哪些应用进行编译。

    从 Android 11 开始,我们提供了 3 个 CPU 亲和性选项,通过这些选项,编译器线程可以限定在特定的一组 CPU 上:

    • dalvik.vm.boot-dex2oat-cpu-set:在启动时运行 dex2oat 线程的 CPU
    • dalvik.vm.image-dex2oat-cpu-set:在编译启动映像时运行 dex2oat 的 CPU
    • dalvik.vm.dex2oat-cpu-set:在启动后运行 dex2oat 线程的 CPU

    指定 CPU 时,应采用以英文逗号分隔的 CPU ID 列表的形式。例如,如需在 CPU 0-3 上运行 dex2oat,请按如下所示进行设置:

    dalvik.vm.dex2oat-cpu-set=0,1,2,3
    

    设置 CPU 亲和性属性时,建议设定 dex2oat 线程数量的相应属性与选定的 CPU 的数量相匹配,以避免不必要的内存和 I/O 争用:

    dalvik.vm.dex2oat-cpu-set=0,1,2,3
    dalvik.vm.dex2oat-threads=4
    

    从 Android 12 开始,添加了以下选项:

    • dalvik.vm.ps-min-first-save-ms:在首次启动运行时等待运行时生成应用配置文件的时间
    • dalvik.vm.ps-min-save-period-ms:更新应用配置文件之前等待的最短时间
    • dalvik.vm.systemservercompilerfilter:设备在重新编译系统服务器时将使用的编译过滤器

    A/B 专有配置

    ROM 配置

    从 Android 7.0 开始,设备可以使用两个 system 分区来实现 A/B 系统更新。为了减小 system 分区大小,可以将经过预先优化的文件安装在未使用的第二个 system 分区中。在系统首次启动时,这些文件会被复制到 data 分区。

    使用示例(在 device-common.mk 中):

    PRODUCT_PACKAGES += \
         cppreopts.sh
    PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += \
         ro.cp_system_other_odex=1
    

    在设备的 BoardConfig.mk 中:

    BOARD_USES_SYSTEM_OTHER_ODEX := true
    

    请注意,启动类路径代码、系统服务器代码以及产品专属的核心应用始终会被编译到 system 分区中。默认情况下,所有其他应用都会被编译到未使用的第二个 system 分区中。可以使用 SYSTEM_OTHER_ODEX_FILTER 控制此行为,其值默认为:

    SYSTEM_OTHER_ODEX_FILTER ?= app/% priv-app/%
    

    后台 dexopt OTA

    在启用了 A/B 的设备上,可以在后台对应用进行编译,以更新到新的系统映像。如需在系统映像中选择性地加入编译脚本和二进制文件,请参阅在后台编译应用。可通过以下选项控制用于此类编译的编译过滤器:

    pm.dexopt.ab-ota=speed-profile
    

    我们建议使用 speed-profile,以利用配置文件引导型编译并节省存储空间。