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谷歌安卓开发指南 谷歌安卓的系统架构
来源:互联网   发布日期:2016-01-19 11:13:32   浏览:5355次  

导读:安卓操作系统最初由AndyRubin开发,最初主要支持手机。2005年由Google收购注资,并组建开放手机联盟开发改良,逐渐扩展到平板 电脑及其他领域上。安卓的主要竞争对手是苹果公司的iOS以及RIM的BlackberryOS。201 ...

安卓操作系统最初由Andy Rubin开发,最初主要支持手机。2005年由Google收购注资,并组建开放手机联盟开发改良,逐渐扩展到平板 电脑及其他领域上。安卓的主要竞争对手是苹果公司的iOS以及RIM的Blackberry OS。2011年第一季度,安卓在全球的市场份额首次超过塞 班系统,跃居全球第一。 2012年2月数据,安卓占据全球智能手机操作系统市场52.5%的份额,中国市场占有率为68.4%。

安卓用甜点作为它们系统版本的代号的命名方法开始于 安卓 1.5 发布的时候。作为每个版本代表的甜点的尺寸越变越大,然后按照26个字母数序: 纸杯蛋糕,甜甜圈,松饼,冻酸奶,姜饼,蜂巢,冰激凌三明治,根据最新消息新一代安卓版本将命名为果冻豆(Jelly Bean)。

架构

谷歌安卓的系统架构和其它操作系统一样,采用了分层的架构。从架构图看,谷歌安卓分为四个层,从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统 运行库层和linux核心层。

谷歌安卓是以Linux为核心的手机操作平台,作为一款开放式的操作系统,随着谷歌安卓的快速发展,如今已允许开发者使用多种编程语言来开发谷歌安 卓应用程序,而不再是以前只能使用Java开发谷歌安卓应用程序的单一局面,因而受到众多开发者的欢迎,成为真正意义上的开放式操作系统。

在谷歌安卓中,开发者可以使用Java作为编程语言来开发应用程序,也可以通过NDK使用C/C++作为编程语言来开发应用程序,也可使用SL4A 来使用其他各种脚本语言进行编程(如:python、lua、tcl、php等等),还有其他诸如:Qt(qt for 谷歌安卓)、 Mono(mono for 谷歌安卓)等一些著名编程框架也开始支持谷歌安卓编程,甚至通过MonoDroid,开发者还可以使用C#作为编程语言来开 发应用程序。另外,谷歌还在2009年特别发布了针对初学者的谷歌安卓 Simple语言,该语言类似Basic语言。而在网页编程语言方 面,JavaScript,ajax,HTML5,jquery、sencha、dojo、mobl、PhoneGap等等都已经支持谷歌安卓开发。

而在谷歌安卓系统底层方面,谷歌安卓使用C/C++作为开发语言。

应用程序(部分)

早期的谷歌安卓应用程序开发,通常通过谷歌安卓 SDK(谷歌安卓软件开发包)下使用Java作为编程语言来开发应用程序,但通过不同的软件开发 包,则使用的编程语言也不同。

例如开发者可以通过谷歌安卓 NDK(谷歌安卓 Native开发包)使用C语言或者C++语言来作为编程语言开发应用程序。同时谷歌还推出了适合 初学者编程使用的Simple语言,该语言类似微软公司的Visual Basic语言。此外,谷歌公司还推出了Google App Inventor 开发工具,该开发工具可以快速地构建应用程序,方便新手开发者。

Java开发方面

谷歌安卓支持使用Java作为编程语言来开发应用程序,而谷歌安卓的Java开发方面从接口到功能,都有层出不穷的变化。考虑到Java虚拟机的效 率和资源占用,谷歌重新设计了谷歌安卓的Java,以便能提高效率和减少资源占用,因而与J2ME等不同。 谷歌安卓结构其中Activity等同于 J2ME的MIDlet,一个 Activity 类(Class)负责创建视窗(Windows),一个活动中的Activity就是 在 foreground(前景)模式,背景运行的程序叫做Service。两者之间通过由ServiceConnection和AIDL连结,达到复数 程序同时运行效果。如果运行中的 Activity 全部画面被其他 Activity 取代时,该 Activity 便被停止(Stopped),甚 至被系统清除(Kill)。

View等同于J2ME的Displayable,程序人员可以通过 View 类与 XML layout 档将UI放置在视窗上,谷歌安 卓 1.5的版本可以利用 View 打造出所谓的 Widgets,其实Widget只是View的一种,所以可以使用xml来设计 layout,HTC的谷歌安卓 Hero手机即含有大量的widget。至于ViewGroup 是各种layout 的基础抽象类 (abstract class),ViewGroup之内还可以有ViewGroup。View的构造函数不需要再Activity中调用,但是 Displayable的是必须的,在Activity 中,要通过findViewById()来从XML 中取得View,谷歌安卓的View类的显 示很大程度上是从XML中读取的。View 与事件(event)息息相关,两者之间通过Listener 结合在一起,每一个View都可以注册一个 event listener,例如:当View要处理用户触碰(touch)的事件时,就要向谷歌安卓框架注册 View.OnClickListener。另外还有BitMap等同于J2ME的Image。

C/C++开发方面

早期的谷歌安卓开发只支持Java作为编程语言开发应用程序,因而使得其他语言开发者只能望而却步。2010年4月,谷歌正式对开发者发布了谷歌安 卓 NDK,NDK允许开发者使用C/C++作为编程语言来为谷歌安卓开发应用程序,初版的NDK使得开发者看到了C/C++在谷歌安卓开发中的希望。

但是,当前版本的NDK在功能上还有很多局限性:NDK并没有提供对应用程序生命周期的维护;NDK也不提供对谷歌安卓系统中大量系统事件的支持; 对于作为应用程序交互接口的UI API,当前版本的NDK中也没有提供。但是相对于初版的NDK,现在的NDK已经进行了许多重大的功能改进。

由此可见,NDK仍然需要完善和发展,相信未来随着NDK的发展,NDK可以做得更多更好。

中介软件

操作系统与应用程序的沟通桥梁,应用分为两层:函数层(Library)和虚拟机(Virtual Machine)。 Bionic是 谷歌安 卓 改良libc的版本。谷歌安卓 同时包含了Webkit,所谓的Webkit 就是Apple Safari 浏览器背后的引擎。 Surface flinger 是就2D或3D的内容显示到屏幕上。谷歌安卓使用工具链(Toolchain)为Google自制的 Bionic Libc。

谷歌安卓采用OpenCORE作为基础多媒体框架。OpenCORE可分7大块:PVPlayer、PVAuthor、Codec、 PacketVideo Multimedia Framework(PVMF)、 Operating System Compatibility Library(OSCL)、Common、OpenMAX。

谷歌安卓 使用skia 为核心图形引擎,搭配OpenGL/ES。skia与Linux Cairo功能相当,但相较于 Linux Cairo, skia 功能还只是雏形的。2005年Skia公司被Google收购,2007年初,Skia GL源码被公开,目前 Skia 也是Google Chrome 的图形引擎。

谷歌安卓的多媒体数据库采用SQLite数据库系统。数据库又分为共用数据库及私用数据库。用户可通过ContentResolver类 (Column)取得共用数据库。

谷歌安卓的中间层多以Java 实现,并且采用特殊的Dalvik 虚拟机(Dalvik Virtual Machine)。Dalvik虚拟机 是一种 暂存器型态 (Register Based)的Java虚拟机,变量皆存放于暂存器中,虚拟机的指令相对减少。

Dalvik虚拟机可以有多个实例(instance), 每个谷歌安卓应用程序都用一个自属的Dalvik虚拟机来运行,让系统在运行程序时可达 到优化。Dalvik 虚拟机并非运行Java字节码(Bytecode),而是运行一种称为.dex格式的文件。

硬件抽像层

谷歌安卓 的 HAL(硬件抽像层)是能以封闭源码形式提供硬件驱动模块。HAL 的目的是为了把 谷歌安 卓 framework 与 Linux kernel 隔开,让 谷歌安卓 不至过度依赖 Linux kernel,以达 成 kernel independent 的概念,也让 谷歌安卓 framework 的开发能在不考量驱动程序实现的前提下进行发展。

HAL stub 是一种代理人(proxy)的概念,stub 是以 *.so 档的形式存在。Stub 向 HAL 提供 操作函数 (operations),并由 谷歌安卓 runtime 向 HAL 取得 stub 的 operations,再 callback 这些操作函 数。HAL 里包含了许多的 stub(代理人)。Runtime 只要说明 类型 ,即 module ID,就可以取得操作函数。

内核

谷歌安卓 是运行于 Linux kernel之上,但并不是GNU/Linux。因为在一般GNU/Linux 里支持的功能,谷歌安卓 大都没 有支持,包括Cairo、X11、Alsa、FFmpeg、GTK、Pango及Glibc等都被移除掉了。谷歌安卓又以bionic 取代Glibc、 以Skia 取代Cairo、再以opencore 取代FFmpeg 等等。谷歌安卓 为了达到商业应用,必须移除被GNU GPL授权证所约束的部 份,例如谷歌安卓将驱动程序移到 userspace,使得Linux driver 与 Linux kernel彻底分开。bionic/libc /kernel/ 并非标准的kernel header files。谷歌安卓 的 kernel header 是利用工具 由 Linux kernel header 所产生的,这样做是为了保留常数、数据结构与宏。

目前谷歌安卓 的 Linux kernel控制包括安全(Security),存储器管理(Memory Management),程序管理 (Process Management),网络堆栈(Network Stack),驱动程序模型(Driver Model)等。下载谷歌安卓源码之 前,先要安装其构建工具 Repo来初始化源码。Repo 是 谷歌安卓 用来辅助Git工作的一个工具。

安全权限机制

谷歌安卓本身是一个权限分立的操作系统。在这类操作系统中,每个应用都以唯一的一个系统识别身份运行(Linux用户ID与群组ID)。系统的各部 分也分别使用各自独立的识别方式。Linux就是这样将应用与应用,应用与系统隔离开。

系统更多的安全功能通过权限机制提供。权限可以限制某个特定进程的特定操作,也可以限制每个URI权限对特定数据段的访问。

谷歌安卓安全架构的核心设计思想是,在默认设置下,所有应用都没有权限对其他应用、系统或用户进行较大影响的操作。这其中包括读写用户隐私数据(联 系人或电子邮件),读写其他应用文件,访问网络或阻止设备待机等。

安装应用时,在检查程序签名提及的权限,且经过用户确认后,软件包安装器会给予应用权限。从用户角度看,一款谷歌安卓应用通常会要求如下的权限:

拨打电话、发送短信或彩信、修改/删除SD卡上的内容、读取联系人的信息、读取日程信的息,写入日程数据、读取电话状态或识别码、精确的(基于 GPS)地理位置、模糊的(基于网络获取)地理位置、创建蓝牙连接、对互联网的完全访问、查看网络状态,查看WiFi状态、避免手机待机、修改系统全局设 置、读取同步设定、开机自启动、重启其他应用、终止运行中的应用、设定偏好应用、震动控制、拍摄图片等。

一款应用应该根据自身提供的功能,要求合理的权限。用户也可以分析一款应用所需权限,从而简单判定这款应用是否安全。如一款应用是不带广告的单机 版,也没有任何附加的内容需要下载,那么它要求访问网络的权限就比较可疑。

组件

技术内容:本系统主要由四个部分组成,即谷歌安卓四大组件,分别是:活动(Activity): 用于表现功能。服务(Service): 相当于 后台运行的Activity。广播接收器(BroadcastReceiver):用于接收广播。内容提供商(Content Provider): 支 持在多个应用中存储和读取数据,相当于数据库。

1 Activity

谷歌安卓 中,Activity 是所有程序的根本,所有程序的流程都运行在Activity 之中,Activity可以算是开发者遇到的最频 繁,也是谷歌安卓 当中最基本的模块之一。在谷歌安卓的程序当中,Activity 一般代表手机屏幕的一屏。如果把手机比作一个浏览器,那么 Acitivity就相当于一个网页。在Activity 当中可以添加一些Button、Check box 等控件。可以看到Activity 概念 和网页的概念相当类似。

一般一个谷歌安卓 应用是由多个Activity 组成的。这多个Activity 之间可以进行相互跳转,例如,按下一个Button 按钮后, 可能会跳转到其他的Activity。和网页跳转稍微有些不一样的是,Activity 之间的跳转有可能返回值,例如,从Activity A 跳转到 Activity B,那么当Activity B 运行结束的时候,有可能会给Activity A 一个返回值。这样做在很多时候是相当方便的。

当打开一个新的屏幕时,之前一个屏幕会被置为暂停状态,并且压入历史堆栈中。用户可以通过回退操作返回到以前打开过的屏幕。我们可以选择性的移除一 些没有必要保留的屏幕,因为谷歌安卓 会把每个应用的开始到当前的每一个屏幕保存在堆栈中。Activity 是由谷歌安卓 系统进行维护的,它也有自己 的生命周期,即它的一个产生、运行、销毁的一个周期,对于Activity,关键是其生命周期的把握,其次就是状态的保存和恢复 (onSaveInstanceState onRestoreInstanceState),以及Activity 之间的跳转和数据传输 (intent)。

2 Service

Service 是谷歌安卓 系统中的一种组件,它跟Activity 的级别差不多,但是他不能自己运行,只能后台运行,并且可以和其他组件进行 交互。Service 是没有界面的长生命周期的代码。Service 是一种程序,它可以运行很长时间,但是它却没有用户界面。这么说有点枯燥,我们来 看个例子。打开一个音乐播放器的程序,这个时候若想上网了,那么,我们打开谷歌安卓 浏览器,这个时候虽然我们已经进入了浏览器这个程序,但是,歌曲播放 并没有停止,而是在后台继续一首接着一首的播放。其实这个播放就是由播放音乐的Service进行控制。当然这个播放音乐的Service也可以停止,例 如,当播放列表里边的歌曲都结束,或者用户按下了停止音乐播放的快捷键等。service 可以在和多场合的应用中使用,比如播放多媒体的时候用户启动了 其他Activity这个时候程序要在后台继续播放,比如检测SD 卡上文件的变化,再或者在后台记录你地理信息位置的改变等等,总之服务嘛,总是藏在后 头的。开启service有两种方式:

(1) Context.startService():Service会经历onCreate -> onStart(如果Service 还没有运行,则谷歌安卓先调用onCreate()然后调用onStart();如果Service已经运行,则只调用onStart(),所以一个 Service的onStart方法可能会重复调用多次 );stopService的时候直接onDestroy,如果是调用者自己直接退出而没有调用 stopService的话,Service会一直在后台运行。该Service的调用者再启动起来后可以通过stopService关闭 Service。 注意,多次调用Context.startservice()不会嵌套(即使会有相应的onStart()方法被调用),所以无论同一 个服务被启动了多少次,一旦调用Context.stopService()或者stopSelf(),他都会被停止。补充说明:传递给 startService()的Intent对象会传递给onStart()方法。调用顺序为:onCreate --> onStart(可多次 调用) --> onDestroy。

(2) Context.bindService():Service会经历onCreate() -> onBind(),onBind将 返回给客户端一个IBind接口实例,IBind允许客户端回调服务的方法,比如得到Service运行的状态或其他操作。这个时候把调用者 (Context,例如Activity)会和Service绑定在一起,Context退出了,Srevice就会调用 onUnbind -> onDestroyed相应退出,所谓绑定在一起就共存亡了 。

3 BroadcastReceiver

在谷歌安卓 中,Broadcast 是一种广泛运用的在应用程序之间传输信息的机制。而BroadcastReceiver 是对发送出来的 Broadcast进行过滤接受并响应的一类组件。可以使用BroadcastReceiver 来让应用对一个外部的事件做出响应。这是非常有意思的, 例如,当电话呼入这个外部事件到来的时候,可以利用BroadcastReceiver 进行处理。例如,当下载一个程序成功完成的时候,仍然可以利用 BroadcastReceiver 进行处理。BroadcastReceiver不能生成UI,也就是说对于用户来说不是透明的,用户是看不到的。 BroadcastReceiver通过NotificationManager 来通知用户这些事情发生了。BroadcastReceiver 既可 以在谷歌安卓Manifest.xml 中注册,也可以在运行时的代码中使用Context.registerReceiver()进行注册。只要是注册 了,当事件来临的时候,即使程序没有启动,系统也在需要的时候启动程序。各种应用还可以通过使用Context.sendBroadcast () 将它 们自己的intent broadcasts广播给其他应用程序。注册BroadcastReceiver有两种方式:

(1)在谷歌安卓Manifest.xml进行注册

这种方法有一个特点即使你的应用程序已经关闭了,但这个BroadcastReceiver依然会接受广播出来的对象,也就是说无论你这个应用程序 时开还是关都属于活动状态都可以接受到广播的事件

(2)在代码中注册广播

//实例化广播接收器对象

BroadcastReceiver bcr = new BroadcastReceiver(){

public void onReceive(Context context, Intent intent) {

Log.d("test", "^-^, Have received Massage!");

}

};

IntentFilter filter=new IntentFilter();

filter.addAction( XXX );

this.registerReceiver(bcr, filter);

第一种俗称静态注册,第二种俗称动态注册,这两种注册BroadcastReceiver的区别:

动态注册较静态注册灵活。实验证明:当静态注册一个BroadcastReceiver时,不论应用程序是启动与否。都可以接受对应的广播。

动态注册的时候,如果不执行unregisterReceiver();方法取消注册,跟静态是一样的。但是如果执行该方法,当执行过以后,就不能 接受广播了。

4 Content Provider

Content Provider,听着就和数据相关,没错,这就是谷歌安卓提供的第三方应用数据的访问方案。在谷歌安卓中,对数据的保护是很严密 的,除了放在SD卡中的数据,一个应用所持有的数据库、文件、等等内容,都是不允许其他直接访问的,但有时候,沟通是必要的,不仅对第三方很重要,对应用 自己也很重要。

Andorid当然不会真的把每个应用都做成一座孤岛,它为所有应用都准备了一扇窗,这就是Content Provider。应用想对外提供的数 据,可以通过派生ContentProvider类, 封装成一枚Content Provider,每个Content Provider都用一个 uri作为独立的标识,形如:content://com.xxxxx。所有东西看着像REST的样子,但实际上,它比REST 更为灵活。和REST类 似,uri也可以有两种类型,一种是带id的,另一种是列表的,但实现者不需要按照这个模式来做,给你id的uri你也可以返回列表类型的数据,只要调用 者明白,就无妨,不用苛求所谓的REST。

另外,Content Provider不和REST一样只有uri可用,还可以接受Projection,Selection,OrderBy等 参数,这样,就可以像数据库那样进行投影,选择和排序。查询到的结果,以Cursor(参见:reference/android/database /Cursor.html )的形式进行返回,调用者可以移动Cursor来访问各列的数据。

Content Provider屏蔽了内部数据的存储细节,向外提供了上述统一的接口模型,这样的抽象层次,大大简化了上层应用的书写,也对数据 的整合提供了更方便的途径。Content Provider内部,常用数据库来实现,谷歌安卓提供了强大的Sqlite支持,但很多时候,你也可以封装 文件或其他混合的数据。

在谷歌安卓中,ContentResolver是用来发起Content Provider的定位和访问的。不过它仅提供了同步访问的 Content Provider的接口。但通常,Content Provider需要访问的可能是数据库等大数据源,效率上不足够快,会导致调用线程 的拥塞。因此谷歌安卓提供了一个AsyncQueryHandler(参见:reference/android/content /AsyncQueryHandler.html),帮助进行异步访问Content Provider。

在各大组件中,Service和Content Provider都是那种需要持续访问的。Service如果是一个耗时的场景,往往会提供异步访 问的接口,而Content Provider不论效率如何,都提供的是约定的同步访问接口。我想这遵循的就是场景导向设计的原则,因为 Content Provider仅是提供数据访问的,它不能确信具体的使用场景如何,会怎样使用它的数据;而相比之下,Service包含的逻辑更复杂 更完整,可以抉择大部分时候使用某接口的场景,从而确定最贴切的接口是同步还是异步,简化了上层调用的逻辑。

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