K.I.S.S

栈虚拟机实现了我们之前说过的一个VM应该实现的功能，只不过存储操作数的内存结构是一个栈。操作过程一般都是先从栈中弹出数据、处理数据最后再压栈回去的LIFO(Last In First Out)模式。在栈虚拟机中，两数求和的过程一般都是这样（其中20、7、result都是操作数）：

POP 20
POP 7
ADD 20, 7, result
PUSH result

由于需要PUSH和POP操作，加法操作总共需要四条指令。栈模型的优点在于操作数都是被栈指针隐式的指定的（图中的SP）。虚拟机是不需要显式指定操作数的位置的，因为通过SP（POP操作）就可以获得下一个操作数。在栈虚拟机中，所有的代数、逻辑运算都是通过PUSH和POP栈中的操作数和结果来实现的。

这种虚拟机的操作数都是存储在CPU的寄存器中的。不再需要PUSH、POP的操作，但是你需要指定运算的操作数的位置（具体是在哪个寄存器里）。就是说，操作数的位置都是需要在指令中显式的指定的。不像栈虚拟机，反正下一个操作数就是SP所指的地方。比如，上面的加法操作在寄存器虚拟机里会是这样：

ADD R1, R2, R3 ;        # Add contents of R1 and R2, store result in R3

上面我说了，不许要POP和PUSH操作，所以加法只需要一行指令。但是比起栈的方法，我们就需要指明三个操作数的位置分别在R1、R2、R3寄存器上。优点就是没有出栈、压栈的多余损耗了，所以调用指令上就更快。

另一个优势就是它允许一些栈虚拟机中无法实现的优化技巧。一个例子就是如果代码中有很多相同的减法操作，寄存器VM就可以只计算一次，然后把结果保存在一个寄存器里，等将来又出现相同代码的时候就可以直接取出来这个结果，就省下来重新计算一遍的时间。

缺点就是寄存器VM的指令比栈VM的指令长一点，因为需要指定操作数位置。栈VM因为有SP默认指定位置，指令就可以更短点，寄存器VM的指令需要包括操作数的位置、存储结果的位置，指令相比就要长一点。

我读过的一篇文章（链接 ），包括了解释和一个简单的c实现的寄存器VM。如果你对实现VM和解释器比较感兴趣，可以去看一下ANTLR创始人写的书，《Language Implementation Patterns: Create your own domain-specific and general programming languages》。

它是Google为Android写的，用来作为Android设备的Java解释器²。底层的Linux内核都是每个进程创建一个VM，所以是进程VM。每个进程都通过一个独立的DALVIK虚拟机运行。可以减少因为一个VM崩溃造成多个应用都退出的概率。Dalvik是个寄存器虚拟机，而且不同于标准Java bytecode（在栈实现的JVM上使用8bit的栈指令），它用的是16bit的指令集。Dalvik的寄存器都是需要4bit来指定的位置的。

要是我们深入一点，看以下每个进程都获得一个VM是如何实现的，我们就得从头开始…从Linux内核启动的那一刻开始。

系统启动时候，bootloader会将内核载入内存，初始化系统的参数。之后：

1. 内核启动init程序，这也是所有系统中进程的父进程。
2. init程序会开始启动各种系统的守护进程，还有十分重要的‘Zygote’服务。
3. Zygote进程会创建一个Dalvik实例，作为所有其他Dalvik虚拟机的父进程。
4. 之后Zygote会打开一个socket端口，监听任何请求。
5. 一旦收到任何请求，Zygote会fork一个新的进程，然后传给请求的应用。

这也就是DalvikVM如何在Android中创建和使用的。

回到VM的主题，Dalvik和JVM不同点在于他运行的是Dalvik bytecode，而不是传统的Java bytecode。在Java编译器和Dalvik之间会有一个中间过程，将Java的bytecode翻译成为Dalvik的bytecode。实现这个过程的是DEX编译器。具体不同可见下图：

DEX将java的.class文件翻译成为.dex文件，dex文件体积更小，也正对Dalvik进行了优化。

具体两种VM孰优孰劣尚无定论。目前争议较多，也是一个有意思的研究领域。有一篇很有意思的论文 ，作者将JVM换成了寄存器实现，获得了很明显的性能提升。希望我在这里解释清楚了栈虚拟机和寄存器虚拟机的区别，以及Dalvik VM的一些细节。欢迎各位读者针对文中内容的反馈和提问。