ART và Dalvik đây chính là tên của 2 loại máy ảo thiết yếu cho sự hoạt động của hệ điều hành Android. Nói cách khác, ART và Dalvik là 2 trình biên dịch phổ biến dùng để viết chương trình trên các thiết bị di động Android. Tuy nhiên, một thiết bị Android không thể chạy cùng lúc cả 2 trình biên dịch này.
Kể từ khi Android ra đời, nó đã sử dụng loại máy ảo Dalvik. Tuy nhiên, phiên bản Android 4.4 KitKat mới được tung ra thị trường báo hiệu một xu thế mới có thể thay đổi cả nền tảng Android: hiện giờ người dùng có thể lựa chọn áp dụng 1 trong 2 trình biên dịch, Dalvik ‘già nua’ hoặc ‘lính mới’ ART.
Ban đầu, Dalvik chỉ là một máy ảo khá đơn giản. Song, khi các thiết bị di động ngày càng trở nên phức tạp hơn, Google sẽ cần phải giải quyết các vấn đề hiệu năng, bởi hiệu năng máy ảo sẽ luôn kém cỏi hơn rất nhiều so với chạy trực tiếp như trên iOS hay Windows.
Đồng thời, do Dalvik là phần mềm chịu trách nhiệm thực thi gần như tất cả các ứng dụng Android, Google sẽ phải tìm cách giúp máy ảo Android của mình có thể bắt kịp với các tiến bộ của ngành công nghiệp phần cứng. Dần dần, Google đã trang bị cho Dalvik một bộ biên dịch JIT (Just-in-time: biên dịch mã nguồn ngay trước khi thực thi), khả năng chạy nhiều thread (chạy song song nhiều luồng) cùng vô số thay đổi nhỏ khác.
Tuy vậy, trong những năm vừa qua, tốc độ phát triển của hệ sinh thái Android đã vượt quá khả năng phát triển của Dalvik. Do đó, Google cần phải xây dựng một phần mềm runtime (phần mềm chịu trách nhiệm chạy các ứng dụng khác) hoàn toàn mới để làm cơ sở vững chắc cho tương lai. Cụ thể hơn, giải pháp phần mềm runtime mới của Google sẽ phải thích ứng với hiệu năng của cả các vi xử lý của ngày hôm nay cũng như các vi xử lý 8 nhân của những năm tới, có thể mở rộng thêm bộ nhớ và RAM của thiết bị. Từ đó, ART ra đời.
Kiến trúc của ART
Trước hết, ART được thiết kế để tương thích hoàn toàn với mô hình biên dịch bytecode của Dalvik. Do đó, khi nhìn từ góc độ nhà phát triển ứng dụng, chúng ta sẽ không cần phải viết mã nguồn riêng cho Dalvik rồi viết lại cho ART. Sự thay đổi lớn nhất về thiết kế mà ART mang tới là khả năng biên dịch code theo mô hình AOT (Ahead of Time) thay vì JIT (Just in Time) như trước đây.
Điều này có ý nghĩa là bộ runtime mới của Android không còn cần phải dịch từ bytecode sang mã máy mỗi lần chạy ứng dụng. Thay vào đó, ART sẽ chỉ biên dịch bytecode sang mã máy đúng một lần duy nhất. Quá trình thực thi ứng dụng trong các lần chạy tương lai sẽ được thực hiện từ các đoạn mã máy đã được tạo ra từ trước.
Dĩ nhiên, việc biên dịch từ bytecode sang mã máy để chạy ứng dụng bất cứ khi nào bạn muốn sẽ đòi hỏi thêm bộ nhớ. Phương pháp cài đặt ứng dụng mới (biên dịch một lần) chỉ trở nên khả thi do bộ nhớ điện thoại hiện nay đã được tăng lên rất nhiều so với trước đây. Vài năm trước, ngay cả smartphone Android cao cấp cũng chỉ có 2GB hoặc 4GB bộ nhớ.
Lợi ích của ART rất lớn so với Dalvik
Tối ưu hơn
Sự thay đổi này sẽ giúp mang tới các ứng dụng được tối ưu hơn. Đây thực sự là một bước tiến hoàn toàn nằm ngoài khả năng của Dalvik. Trên Android L, do mã nguồn sẽ được tối ưu và biên dịch sang mã máy đúng một lần duy nhất, chu trình tối ưu này sẽ cần phải được thực hiện rất tốt. Theo Google, Android giờ đã có thể đạt đến mức tối ưu tốt hơn đối với toàn bộ code-base (tất cả mã nguồn) của 1 ứng dụng. Điều này là do trình biên dịch mới giờ đã có thể nhìn vào tổng thể toàn bộ mã nguồn, trong khi trình biên dịch JIT hiện tại chỉ có thể tối ưu mã trên phạm vi method/local (trong một hàm nhất định).
- Ngắn gọn: các đoạn code sẽ có thể lược bỏ các đoạn mã có thể bị coi là thừa nhưng vẫn bắt buộc phải có nếu sử dụng kiến trúc cũ, ví dụ như check exception (kiểm tra và bắt trước các lỗi có thể xảy ra trong quá trình chạy).
- Hiệu quả: Quá trình gọi hàm hoặc gọi interface cũng sẽ nhanh hơn đáng kể. Quá trình này sẽ được thực hiện bên trong phần mềm “dex2oat” – phiên bản thay thế cho dexopt trên Dalvik. Các file odex (file dex đã được tối ưu) cũng sẽ bị thay thế bằng file ELF.
- Tiết kiệm bộ nhớ: Do ART biên dịch các file thực thi ELF, nhân của Android giờ có thể quản lý các trang của code page (tập mã hóa ký tự của 1 ngôn ngữ) một cách hiệu quả hơn. Nhờ đó mà hệ điều hành di động của Google có thể quản lý bộ nhớ tốt hơn và tốn ít RAM hơn.
- Tiết kiệm pin: Ảnh hưởng của ART tới thời lượng pin có lẽ cũng là rất đáng kể, do hệ điều hành không cần phải biên dịch mã nguồn trong quá trình chạy ứng dụng nữa. Nhờ đó, quá trình chạy ứng dụng sẽ giảm được đáng kể sức ép lên CPU, giúp tiết kiệm pin tốt hơn.
Hạn chế của ART là gì?
Điểm yếu lớn nhất của ART so với ELF là quá trình biên dịch mã sẽ tốn nhiều thời gian hơn. Do đó, quá trình khởi động điện thoại cũng như lần bật ứng dụng đầu tiên sẽ tốn nhiều thời gian hơn so với ứng dụng tương đương trên Dalvik. Người dùng thông thường sẽ chỉ phải tốn thêm thời gian chờ đợi trong lần đầu cài đặt. Trải nghiệm sử dụng sau đó sẽ trở nên mượt mà hơn rất nhiều.
Hiệu năng ứng dụng của ART(màu đỏ) tốt hơn rất nhiều so với Dalvik (màu xanh). Do đó Dalvik sẽ bị xoá sổ và thay thế bằng ART trong tương lai.
