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안드로이드 런타임(ART), Dalvik, Dex 컴파일러란?

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By Kez
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안드로이드 런타임(ART), Dalvik, Dex 컴파일러란?

ART 란?

Android RunTime 은 안드로이드 설치 시 중에 바이트코드를 기계어로 변환 런타임 시 JIT 컴파일의 필요성을 없애 앱 시작시간 단축 및 실행 중 CPU 사용량 개선

ART 주요 특징

1. 개선된 성능

ART는 앱 성능을 개선할 수 있는 AOT 컴파일을 도입함 설치 시 ART는 기기의 dex2oat 도구를 사용하여 앱을 컴파일 함 이 유틸리티는 DEX 파일을 받아서 대상 기기에서 실행할 수 있는 컴파일된 앱을 생성

최적화된 기계 코드를 생성하여 런타임 오버헤드를 줄임

2. 가비지 컬렉션 개선

가비지 컬렉션(GC)은 리소스 집약적이므로 앱 성능을 저하시켜 화면 끊김, UI 응답성 부족 등의 문제를 유발할 수 있음 따라서 ART에서는 다음과 같은 여러 가지 방법으로 가비지 컬렉션을 개선했음

  • 단일 GC 일시중지가 있는 동시 실행 설계
  • 백그라운드 메모리 사용량 및 조각화를 줄이기 위한 동시 복사
  • 힙 크기와 무관한 GC 일시중지 길이
  • 최근 할당된 단기 객체를 정리하는 특별한 경우 총 GC 시간이 짧아지는 컬렉터
  • 동시 가비지 컬렉션이 더욱 적절한 때에 실행되기 때문에 일반적인 사용 사례에서 GC_FOR_ALLOC 이벤트가 거의 발생하지 않도록 하는 개선된 가비지 컬렉션 에르고노믹스

3. 디버깅 및 프로파일링 지원

프로파일링

ART 이전까지 Android 개발자는 앱 실행 트레이싱을 위한 Traceview 도구를 프로파일러로 사용했었음 Traceview는 유용한 정보를 제공하지만 Dalvik상의 결과가 메서드 호출당 오버헤드에 의해 왜곡되며 Traceview를 사용하면 런타임 성능에 큰 영향을 미친다는 단점이 있음

따라서 ART에는 이러한 제한사항이 없는 전용 샘플링 프로파일러에 관한 지원이 추가됨
이렇게 하면 속도를 크게 떨어뜨리지 않으면서 앱 실행을 더욱 정확하게 확인할 수 있음

디버깅 기능 추가 지원

ART는 특히 모니터 및 가비지 컬렉션 관련 기능에서 새로운 디버깅 옵션을 다수 지원

[예시]

  1. 스택 트레이스에 어떤 잠금이 있는지 확인한 다음 잠금이 있는 스레드로 이동
  2. 특정 클래스에 라이브 인스턴스가 얼마나 있는지 묻고 인스턴스 확인을 요청한 뒤 객체를 유지하는 참조를 확인
  3. 특정 인스턴스와 관련하여 중단점 등의 이벤트를 필터링
  4. ‘method-exit’ 이벤트를 사용하여 종료 시 메서드가 반환한 값을 확인
  5. 특정 필드가 액세스 또는 수정될 때 프로그램 실행을 정지하도록 필드 watchpoint를 설정
예외 및 비정상 종료 보고서의 진단 세부정보 개선

ART는 런타임 예외가 발생할 때 최대한 많은 컨텍스트와 세부정보를 제공

ART는 java.lang.ClassCastException, java.lang.ClassNotFoundException, java.lang.NullPointerException과 관련하여 확장된 예외 세부정보를 제공

Dalvik의 이후 버전에서는 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 및 java.lang.ArrayStoreException과 관련하여 확장된 예외 세부정보가 제공되었으며 현재는 배열의 크기와 범위를 벗어난 오프셋이 포함됨.

예를 들어 java.lang.NullPointerException은 이제 앱에서 작성하려고 했던 필드 또는 앱에서 호출하려고 했던 메서드 등 앱이 null 포인터로 실행하려고 했던 작업에 관한 정보를 표시

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java.lang.NullPointerException: Attempt to write to field 'int
android.accessibilityservice.AccessibilityServiceInfo.flags' on a null object
reference


java.lang.NullPointerException: Attempt to invoke virtual method
'java.lang.String java.lang.Object.toString()' on a null object reference

또한 ART는 앱 네이티브 비정상 종료 보고서에 Java 및 네이티브 스택 정보를 모두 포함시키기 때문에 더 풍부한 컨텍스트 정보를 제공

Dalvik

Dalvik은 ART 이전에 안드로이드에서 사용된 런타임으로 가상 머신 환경에서 애플리케이션을 실행하도록 설계되었으며 제한된 메모리와 처리 능력을 위해 최적화되었음. 하지만 Dalvik의 느린 앱 시작 시간과 높은 CPU 사용량과 같은 한계로 인해 최신 안드로이드 버전에서는 ART로 대체

Dalvik 특징

주요 특징

Dalvik은 Just‑in‑Time (JIT)58 컴파일을 사용하여 런타임에 바이트코드를 기계 코드로 변환 이 접근 방식은 앱 설치에 필요한 시간을 줄이지만, 즉석 컴파일로 인해 런타임 오버헤드가 증가하는 문제가 발생

컴팩트한 바이트코드

Dalvik은 낮은 메모리 사용량과 빠른 실행을 위해 최적화된 .dex (Dalvik Executable) 파일을 사용

레지스터 기반 VM

Dalvik은 스택 기반(Java Virtual Machine과 같음)이 아닌 레지스터 기반이므로 명령어 효율성이 향상

Dex 컴파일러

Dex 컴파일러는 Java/Kotlin 컴파일러에서 생성된 Java 바이트코드를 .dex (Dalvik Executable) 파일로 변환 이러한 .dex 파일은 컴팩트하며 Dalvik 및 ART 런타임 환경에 최적화되어 있습니다.

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ART Dalvik Dex
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