?1.Android系統(tǒng)概述

Andaid(讀[安卓)由Coosle公司和開放手機(jī)聯(lián)盟共同開發(fā)，它是基于Lmx內(nèi)核的開源操作系統(tǒng)。Andtoid主要用于移動(dòng)設(shè)備，如智能手機(jī)和平板計(jì)算機(jī)。2008年發(fā)布了第一部Andtoid智能手機(jī)，以后Android逐漸擴(kuò)展到平板計(jì)算機(jī)、電視、數(shù)碼相機(jī)、游戲機(jī)等領(lǐng)域。2016年全球智能手機(jī)總銷量為14.7億臺(tái)，Android平臺(tái)手機(jī)全球市場(chǎng)份額達(dá)到了73%

?2.Android系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Android系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分為四層，分別是應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層和Linux內(nèi)核層。

1)應(yīng)用程序?qū)?/h4>

應(yīng)用程序?qū)佑蛇\(yùn)行在Android設(shè)備上的所有應(yīng)用(App)共同構(gòu)成，它不僅包括通話、短信、聯(lián)系人等系統(tǒng)應(yīng)用(隨Android系統(tǒng)一起預(yù)裝在移動(dòng)設(shè)備中),還包括其他后續(xù)安裝到設(shè)備中的第三方應(yīng)用程序，如瀏覽器、微信、導(dǎo)航地圖等。

Android應(yīng)用程序都采用Java語(yǔ)言開發(fā)。但一些應(yīng)用(如游戲)中，需要進(jìn)行大規(guī)模運(yùn)算和圖形處理，以及使用開源C/C++類庫(kù)。如果通過(guò)Java實(shí)現(xiàn)，可能會(huì)有執(zhí)行效率過(guò)低和移植成本過(guò)高等問(wèn)題。因此在Android開發(fā)中，開發(fā)者可以使用C/C++來(lái)實(shí)現(xiàn)底層模塊，并通過(guò)JNI(Java Native Interface)接口與上層Java實(shí)現(xiàn)交互，然后利用Android提供的交叉編譯工具生成類庫(kù)并添加到應(yīng)用程序中。但是，開發(fā)者只能使用C/C++編寫功能類庫(kù)，而不是整個(gè)應(yīng)用程序。因?yàn)锳ndroid的界面顯示、進(jìn)程調(diào)度等核心機(jī)制都是通過(guò)Java來(lái)實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用程序只有按規(guī)定模式編寫Java模塊和配置信息，才能夠被識(shí)別和執(zhí)行。

2)應(yīng)用程序框架層

Android應(yīng)用程序框架包括：活動(dòng)用于前臺(tái)運(yùn)行的進(jìn)程(功能服務(wù));服務(wù)指后臺(tái)運(yùn)行的進(jìn)程，不提供用戶界面；廣播接收器用于接收廣播信息；內(nèi)容提供器支持在多個(gè)應(yīng)用中存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)，相當(dāng)于數(shù)據(jù)庫(kù)。應(yīng)用程序框架的功能是簡(jiǎn)化程序組件的調(diào)用，任何應(yīng)用程序都可以調(diào)用這些功能模塊，這種程序重用機(jī)制使用戶可以方便地替換程序組件。
(1)活動(dòng)管理器(Activity)。在Android中，活動(dòng)通常是一個(gè)手機(jī)屏幕，它可以不顯示一些控件(如按鈕、對(duì)話框等),也可以監(jiān)聽和處理用戶事件。一個(gè)Android應(yīng)用由多個(gè)活動(dòng)組成。多個(gè)活動(dòng)之間可以相互跳轉(zhuǎn)，例如，按下一個(gè)按鈕后，可能會(huì)跳轉(zhuǎn)到其他的活動(dòng)。當(dāng)打開一個(gè)新屏幕時(shí)，之前的屏幕會(huì)設(shè)置為暫停狀態(tài)，并且壓入歷史堆棧中。用戶可以通過(guò)回退操作返回到以前打開屏幕。
(2)服務(wù)管理器(Service)只能在后臺(tái)運(yùn)行，但是可以和其他組件進(jìn)行交互。服務(wù)也是一種進(jìn)程，它可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，但是沒有用戶界面。例如，用戶運(yùn)行音樂播放器時(shí)，如果這時(shí)打開瀏覽器上網(wǎng)，雖然已經(jīng)啟動(dòng)了瀏覽器程序，但是音樂播放并沒有停止，而是在后臺(tái)繼續(xù)播放。這個(gè)播放進(jìn)程由播放音樂的服務(wù)進(jìn)行控制。
(3)廣播接收器(Broadcast Receiver)是應(yīng)用程序之間傳輸消息的機(jī)制。例如，當(dāng)電話呼入這個(gè)外部事件到來(lái)時(shí)，可用廣播進(jìn)行處理；下載文件完成時(shí)，也可以利用廣播進(jìn)行處理。廣播并不生成用戶界面，它通過(guò)通知管理子系統(tǒng)告訴用戶有些事情發(fā)生了。
(4)內(nèi)容提供器(Content Provider)的作用是對(duì)外共享數(shù)據(jù)。在Android中，對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)很嚴(yán)密，除了存放在SD卡中的數(shù)據(jù)，一個(gè)應(yīng)用程序所具有的數(shù)據(jù)、文件等內(nèi)容，都不允許其他應(yīng)用程序直接訪問(wèn)。

3)系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層

系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)是操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序溝通的橋梁，它分為兩層；庫(kù)函數(shù)層(Library)和Dalvik虛擬機(jī)。Android包含了一些C/C++庫(kù)，這些庫(kù)能被Android系統(tǒng)中不同的組件使用。它們通過(guò)Android應(yīng)用程序框架為開發(fā)者提供服務(wù)。
(1)Surface用于顯示子系統(tǒng)管理，為應(yīng)用程序提供2D/3D圖形顯示到物理設(shè)備。

(2)Media是基礎(chǔ)多媒體庫(kù)，它支持多種常用的音頻、視頻格式回放和錄制，同時(shí)支持靜態(tài)圖像文件。編碼格式包括MPEG-4、H.264、MP3、JPG等。
(3)SQLite是輕量級(jí)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)又分為共用數(shù)據(jù)庫(kù)和私用數(shù)據(jù)庫(kù)。
(4)OpenGL/ES是3D圖形的專業(yè)圖形函數(shù)庫(kù)。

(5)FreeType是字體引擎，它提供點(diǎn)陣字體和矢量字體的渲染。

(6)Webkit是Web瀏覽器引擎，支持Android瀏覽器和一個(gè)可嵌入的Web視圖。

(7)SGL是底層2D圖形函數(shù)庫(kù)，它包含字形、坐標(biāo)、點(diǎn)陣圖等函數(shù)處理功能。

(8)SSL(安全套接層)提供安全通信和數(shù)據(jù)完整性檢測(cè)。

(9)Libe是從BSD繼承的標(biāo)準(zhǔn)C函數(shù)庫(kù)，它是專門為嵌入式Linux設(shè)備定制的。

(10)Android運(yùn)行時(shí)機(jī)制。和所有Java程序運(yùn)行平臺(tái)一樣，為了實(shí)現(xiàn)Java程序在運(yùn)行階段的二次編譯，Android為它們提供了運(yùn)行時(shí)(Runtime)機(jī)制。Android運(yùn)行時(shí)機(jī)制由Java核心類庫(kù)和Java虛擬機(jī)(Dalvik)共同構(gòu)成。Java核心類庫(kù)涵蓋了Android應(yīng)用程序框架層和應(yīng)用程序?qū)铀玫降幕A(chǔ)Java庫(kù)，包括Java對(duì)象庫(kù)、文件管理庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)通信庫(kù)等。

Dalvik是為Android量身打造的Java虛擬機(jī)，它負(fù)責(zé)執(zhí)行應(yīng)用程序，分配存儲(chǔ)空間，管理進(jìn)程生命周期等工作。Dalvik沒有采用基于棧的虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)，而采用了基于寄存器的虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，基于棧的虛擬機(jī)對(duì)硬件依賴程度小，生成的代碼更節(jié)約空間，可以適配更多的低端設(shè)備；而基于寄存器的虛擬機(jī)對(duì)硬件要求更高，編譯出的代碼可能會(huì)耗費(fèi)稍多的存儲(chǔ)空間，但它的執(zhí)行效率更高，更能夠發(fā)揮高端硬件(主要是CPU)的能力。
Dalvik沒有沿用Java二進(jìn)制字節(jié)碼(JavaBytecode)作為編譯的中間文件，而是采用了新的二進(jìn)制碼文件.dex。在Android應(yīng)用程序編譯過(guò)程中，編譯程序會(huì)先生成若干個(gè).class文件，然后統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成.dex文件。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，Android會(huì)對(duì)部分.class文件中的指令做轉(zhuǎn)義，使用Dalvik指令集(OpCodes)來(lái)替換原指令，以提高執(zhí)行效率。同時(shí)，dex會(huì)整合多個(gè).class文件中的重復(fù)信息，并對(duì)冗余部分做全局優(yōu)化和調(diào)整，合并重復(fù)的常量定義，以節(jié)約常量存儲(chǔ)空間。這使得.dex文件通常會(huì)比.class文件更精簡(jiǎn)。

4)Linux內(nèi)核層

Android系統(tǒng)搭建在Linux內(nèi)核之上，Android的Linux內(nèi)核包括安全管理、存儲(chǔ)器管理、程序管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧、驅(qū)動(dòng)程序模型等。從運(yùn)行角度看，它們只是運(yùn)行在Linux系統(tǒng)上的一些進(jìn)程，并不是一個(gè)完整的Linux系統(tǒng)。
硬件抽象層(HAL)不是一個(gè)獨(dú)立層，它是Android為廠商定義的一套接口標(biāo)準(zhǔn)，Android并沒有定義一個(gè)單獨(dú)的硬件抽象層(HAL),Android的硬件抽象層是以封閉源碼形式提供的硬件驅(qū)動(dòng)模塊。HAL的目的是將Android框架與Linux內(nèi)核隔離開，使Android不至過(guò)度依賴Linux內(nèi)核，以達(dá)成讓Android框架的開發(fā)能在不考慮驅(qū)動(dòng)程序的前提下進(jìn)行。

?3.Android應(yīng)用程序安裝包APK

Android應(yīng)用程序通過(guò)Android SDK編譯器，將程序編譯后打包成一個(gè)apk文件。文件后綴名為apk的文件是安卓應(yīng)用程序安裝包，它采用zip格式，并非Java字節(jié)碼文件?？梢詫pk文件下載到Android手機(jī)中，執(zhí)行apk文件即可進(jìn)行應(yīng)用程序安裝。
在Android文件系統(tǒng)中，有幾個(gè)非常重要的文件夾，一是存放系統(tǒng)文件的/system文件夾；二是存放配置文件的/dev文件夾；三是SD卡中存放程序和數(shù)據(jù)的/sdcard文件夾。

?4.Android資源消耗

Android系統(tǒng)看起來(lái)很耗內(nèi)存，因?yàn)锳ndroid上的程序采用Java語(yǔ)言開發(fā)，而Android上的每個(gè)應(yīng)用(App)都帶有獨(dú)立虛擬機(jī)，每打開一個(gè)應(yīng)用就會(huì)運(yùn)行一個(gè)獨(dú)立的虛擬機(jī)。這樣設(shè)計(jì)是為了避免虛擬機(jī)崩潰而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰，但代價(jià)是需要更多的內(nèi)存(以空間換時(shí)間)。這些設(shè)計(jì)確保了Android的穩(wěn)定性，正常情況下最多單個(gè)應(yīng)用崩潰，但整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)崩潰，也永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存不足的提示，這種設(shè)計(jì)非常適合移動(dòng)終端的需要。