Android 培训课件编写--- 第1章 Android应用开发概述

第1章 Android应用开发概述

随着Android系统的迅猛发展，它已经成为全球范围内具有广泛影响力的操作系统。Android系统已经不仅仅是一款手机的操作系统，它越来越广泛的被应用于平板电脑、可佩戴设备、电视、数码相机等设备上，这也造就了目前Android开发人才需求的快速增长，从大趋势上看，Android软件人才的需求将越来越大。

从2007年11月5日谷歌公司正式向外界展示了这款名为Android的操作系统至今，Android已经经历了多个版本的更新，最新的版本为2016年5月18日发布的Android 7.0 开发者预览，在Android系统的命名方式上，谷歌一直按照字母表的方式来进行，并且选用的代号名称全部都为食物，比如Android 4.4 KitKat就是用巧克力的名字来命名的，而Android 5.0 Lollipop和Android 6.0 Marshmallow则分别用棒棒糖和棉花糖来命名。而作为下一代Android系统，Android N的正式名称现在也在征集当中。

1.1 Android发展史与现状

自Android系统首次发布至今，Android经历了很多的版本更新，下表列出了Android系统的不同版本的发布时间及对应的版本号：

Android版本	发布日期	代号
Android 1.1
Android 1.5	2009年4月30日	Cupcake（纸杯蛋糕）
Android 1.6	2009年9月15日	Donut（炸面圈）
Android 2.0/2.1	2009年10月26日	Eclair（长松饼）
Android 2.2	2010年5月20日	Froyo（冻酸奶）
Android 2.3	2010年12月6日	Gingerbread（姜饼）
Android 3.0/3.1/3.2	2011年2月22日	Honeycomb（蜂巢）
Android 4.0	2011年10月19日	Ice Cream Sandwich（冰淇淋三明治）
Android 4.1	2012年6月28日	Jelly Bean（果冻豆）
Android 4.2	2012年10月8日	Jelly Bean（果冻豆）
Android5.0	2014年10月15日	Lime Pie（酸橙派）
Android6.0	2015年9月30日	Marshmallow（棉花糖）
Android7.0	待定	L待定

Android系统是基于Linux的智能操作系统，2007年11月，Google与84家硬件制造商、软件开发商及电信运营商组建开发手机联盟，共同研发改良Android系统。随后Google以Apache开源许可证的授权方式，发布了Android的源代码。也就是说Android系统是完整公开并且免费的，Android系统的快速发展，也与它的公开免费不无关系。

1.2 Android系统的架构与特性

1.2.1 Android系统架构

Android系统的底层是建立在Linux系统之上的，它采用软件叠层（Software Stack）的方式进行构建。使得层与层之间相互分离，明确各层的分工。这种分工保证了层与层之间的低苟合，当下层发生改变的时候，上层应用程序无需做任何改变。

下图为Android系统的系统架构图：

如图可知，Android系统分为四个层，从高到底分别是：应用程序层（Application）、应用程序框架层（Application Framework）、系统运行库层（Libraries）和Linux内核层（Linux Kernel）。

Android操作系统可以在四个主要层面上分为5个部分：

1. 应用程序层（Application）

Android系统包含了一系列核心应用程序，包括电子邮件、短信SMS、日历、拨号器、地图、浏览器、联系人等。这些应用程序都是用Java语言编写。本书重点讲解如何编写Android系统上运行的应用程序，在程序分层上，与系统核心应用程序平级。

2. 应用程序框架层（Application Framework）

Android应用程序框架提供了大量的API供开发人员使用，Android应用程序的开发，就是调用这些API，根据需求实现功能。

应用程序框架是应用程序的基础。为了软件的复用，任何一个应用程序都可以开发Android系统的功能模块，只要发布的时候遵循应用程序框架的规范，其它应用程序也可以使用这个功能模块。

3. 系统运行库层（Libraries）

Android系统运行库是用C/C++语言编写的，是一套被不同组件所使用的函数库组成的集合。一般来说，Android应用开发者无法直接调用这套函数库，都是通过它上层的应用程序框架提供的API来对这些函数库进行调用。

下面对一些核心库进行简单的介绍：

Libc：从BSD系统派生出来的标准C系统库，在此基础之上，为了便携式Linux系统专门进行了调整。

Medio Framework：基于PacketView的OpenCORE，这套媒体库支持播放与录制硬盘及视频格式的文件，并能查看静态图片。

Surface Manager：在执行多个应用程序的时，负责管理显示与存取操作间的互动，同时负责2D绘图与3D绘图进行显示合成。

WebKit：Web浏览器引擎，该引擎为Android浏览器提供支持。

SGL：底层的2D图像引擎。

3D libraries：基于OpenGL ES 1.0API，提供使用软硬件实现3D加速的功能。

FreeType：提供位图和向量字体的支持。

SQLite：轻量级的关系型数据库。

4. Android运行时

Android运行时由两部分完成：Android核心库和Dalvik虚拟机。其中核心库集提供了Java语言核心库所能使用的绝大部分功能，Dalvik虚拟机负责运行Android应用程序。

虽然Android应用程序通过Java语言编写，而每个Java程序都会在Java虚拟机JVM内运行，但是Android系统毕竟是运行在移动设备上的，由于硬件的限制， Android应用程序并不使用Java的虚拟机JVM来运行程序，而是使用自己独立的虚拟机Dalvik VM，它针对多个同时高效运行的虚拟机进行了优化。每个Android应用程序都运行在单独的一个Dalvik虚拟机内，因此Android系统可以方便对应用程序进行隔离。

5. Linux内核

Android系统是基于Linux2.6之上建立的操作系统，它的Linux内核为Android系统提供了安全性、内存管理、进程管理、网络协议栈、驱动模型等核心系统服务。Linux内核帮助Android系统实现了底层硬件与上层软件之间的抽象。

1.2.2 Dalvik VM和JVM的区别

JVM（Java虚拟机）是一个虚构出来的运行Java程序的运行时，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能的实现。它具有完善的硬件架构（如处理器、堆栈、寄存器等），还具有相应的指令系统，使用JVM就是使Java程序支持与操作系统无关。理论上在任何操作系统中，只要有对应的JVM，即可运行Java程序。

Dalvik VM是在Android系统上运行Android程序的虚拟机，其指令集是基于寄存器架构的，执行特有的文件格式-dex字节码来完成对象生命周期管理、堆栈管理、线程管理、安全异常管理、垃圾回收等重要功能。

由于Android应用程序的开发编程语言是Java，而Java程序运行在JVM（Java虚拟机）上的，因此有些人会把Android的虚拟机DalvikVM和JVM弄混淆，但是实际上Dalvik并未遵守JVM规范，而且两者也是互不兼容。

从Dalvik VM和JVM的编译过程分析，它们的编译过程如下：

JVM：.java→.class→.jar

Dalvik VM：.java→.class→.dex

从它们的编译过程可以看出，JVM运行的是.class文件的Java字节码，但是Dalvik VM运行的是其转换后的dex（Dalvik Executable）文件。JVM字节从.class文件或者JAR包中加载字节码然后运行，而Dalvik VM无法直接从.class文件或JAR包中加载字节码，它需要通过DX工具将应用程序所有的.class文件编译成一个.dex文件，Dalvik VM则运行这个.dex文件。

下图显示了Dalvik VM与JVM编译过程的区别：

从图中可以看出，Dalvik VM把.java文件编译成.class后，会对.class进行重构，整合的基本元素（常量池、类定义、数据段）,最后压缩写进一个.dex文件中。其中，常量池描述了所有的常量，包括引用、方法名、数值常量等；类定义包括访问标识、类名等基本信息；数据段中包含各种被VM指定的方法代码以及类和方法的相关信息和实例变量。这种把多个.class文件进行整合的方法，大大提高了Android程序的运行速度，例如：应用程序中多个类定义了字符串常量TAG，而在JVM中，会编译成多个.class文件，每个.class文件的常量池中，均包含这个TAG常量，但是Dalvik VM在编译成.dex文件之后，其常量池里只有一个TAG常量。

JVM和Dalvik VM还有一点非常重要的不同，就是基于的架构不同。JVM是基于栈的架构，而Dalvik VM是基于寄存器的架构。相对于基于栈的JVM而言，基于寄存器的Dalvik VM实现虽然牺牲了一些硬件上的通用性，但是它在代码的执行效率上要更胜一筹。一般来讲，VM中指令的解释执行的时间主要花费在以下三个方面：

分发指令；

访问运算数；

执行运算；

其中分发指令这个环节对性能的影响最大。在基于寄存器的Dalvik VM中，可以更有效的减少冗余指令的分发，减少内存的读写访问。

从JVM和Dalvik VM的区别上来说，Dalvik VM主要是针对Android这个嵌入式操作系统的特点进行了各种优化，使其更省电、更省内存、运行效率更高，但是牺牲了一些JVM的与平台无关的特性。实际上，Dalvik VM本就是为Android设计的，无需考虑其它平台的问题。这里只是介绍了JVM和Dalvik VM的两个重要的区别，毕竟本书并不是讲解Android内核的，这里只是点明Dalvik VM的特点，读者对这部分的内容了解即可。

1.2.3 Android系统平台的优势

Android系统相对于其它操作系统，有如下几点优势：

1. 开放性

首先就是Android系统的开放性，其开发平台允许任何移动终端厂商加入到Android联盟中来，降低了开发门槛，使其拥有更多的开发者，随着用户和应用的日益丰富，也将推进Android系统的成熟。同时，开放性有利于Android设备的普及以及市场竞争力，这样有利于消费者买到更低价位的Android设备。

2. 丰富的硬件选择

同样由于Android系统的开放性，众多硬件厂商可以推出各种的搭载Android系统的设备。现如今，Android系统不仅仅只是运行在手机上，越来越多的设备开始支持Android系统，如电视、可佩戴设备、数码相机等。

3. 便于开发

Google开放了Android的系统源码，提供了开发者一个自由的开发环境，不必受到各种条条框框的束缚。

4. Google服务的支持

Google公司作为一个做服务的公司，它提供了如地图、邮件、搜索等服务，Android系统可以对这些服务进行无缝的结合。

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