一步一步揭開Android應用程序的神秘面紗

android應用程序是用Java語言寫的，通過aapt工具把應用程序所需要的任何數據、資源文件打包成apk文件，這個文件是一個將應用安裝到手機上的一個載體。

有很多方式，每個android應用程序存在於不同的世界：

（1）默認的，每個應用在他自己的Linux進程中運行，當應用中的任何代碼需要執行時android就啟動相應的進程，當不需要執行時並且系統資源被其他應用請求時android就關閉相應的進程。

（2）每個進程都有他自己的虛擬機對象（VM），所以應用程序代碼與其他的應用運行是彼此隔離的。

（3）默認的，每個應用被分配一個唯一的Linux user ID，都被設置權限以便應用程序的文件只對用戶可見或者只對應用自己可見。

安排兩個應用程序共享一個user ID是可能的，這種情況下他們彼此之間是可以看見對方的文件的，為了保護系統資源，擁有相同ID的應用也能被安排運行在一個相同的Linux進程中，共享相同的VM。

1、應用組件（Application Components）

android一個核心的特點就是一個應用能使用另一個應用的元素（如果另一個應用允許的話），你的應用不需要包含你用到的另一個應用的代碼也不需要你連接這些代碼，相反的，只是當應用需要這些代碼時，就啟動另一個應用相應的代碼（不是讓另一個應用全部啟動）

為了這個能工作，當一個應用的任何部分被需要時系統必須能啟動這個應用進程，並且將這個部分實例化成Java對象，因此，和其他大多數系統不同的是，android應用程序沒有一個單獨的程序入口（例如：沒有main（）函數），相反的，android應用有必要的組件以便當需要時系統能實例化並運行它，android中有四種組件：

（1）Activity

一個Activity是一個可見的用戶可以使用的用戶界面，如果一個應用中有多個Activity，雖然彼此結合形成一個應用在一起工作，但是每個Activity是彼此獨立的，每個都是Activity的一個子類。

一個應用程序可能由一個或多個Activity組成，這些Activity這麼樣顯示，需要多少個Activity，依賴於這個應用的設計者，一般的，有一個Activity應該被標記成當這個應用啟動時第一個呈現出來給用戶的。

每個Activity默認的被給予一個窗口來繪制，一般的，這個窗口占滿整個屏幕，但是他可以比屏幕小並且浮在另一個窗口的上面。

一個窗口中的可見的內容是由一些具有層次關系的view組成的，都是繼承自View類的，每個view都控制一個窗口中的特定的矩形框，parent view 包含children view和組織children view的布局，leaf view（那些在繼承層次最底層的view）繪制在他們所控制的矩形框中，並且對用戶的動作做出直接的回應，因此vIEw就是Activity和用戶交互的地方，android有很多已經做好的view你可以使用，包括buttons，text fIElds，scroll bars，menu items，check boxes等等

一個view hierarchy是通過Activity.setContentVIEw()方法被放到一個Activity的window中的，content view是view hierarchy中最頂端的那個vIEw。

（2）Services

一個service不是一個用戶可見的組件，在不確定的一段時間內運行在後台，每個service都繼承自Service類。

你可以連接（connect）或者綁定（bind）到一個正在運行的service（如果這個service還沒運行的話就啟動它），當連接到service後，你可以通過一個service暴露出來的接口和這個service交流，對music service來說，這個接口可以是允許用戶暫停，後退，停止，重新播放。

和Activity或者其他組件一樣，service運行在這個應用進程的主線程中，所以他不會阻塞其他的組件或者用戶界面，他們經常為那些耗時長的任務單獨開一個線程。

（3）Broadcast receivers

一個broadcast receiver這樣一個組件，他只是接收廣播並作出反應，在系統中有很多已有的廣播，比如反應時區變化（timezone）的，電池變化（battery）的，用戶修改了系統語言時的廣播，應用程序也可以自己定義廣播，比如定義這樣一個廣播，讓其他的應用知道某些數據已經下載完畢了可以使用了。

一個應用可以有任意多個broadcast receiver來對他所關心的廣播進行監聽並作出反應。所有的receiver都繼承自BroadcastReceiver類。

BroadcastReceiver不顯示在用戶界面上，然而，他們可以啟動一個Activity來作為他們接收到的信息一種反應，或者他們可以使用NotificationManager來提示用戶，Notifications可以通過不同的方式獲得用戶的注意，比如點亮呼吸燈，震動電話，播放一個聲音等等，他們一般放一個圖標在狀態欄上，來讓用戶可以打開獲得這些信息。

（4）Content providers

Content providers是一個應用程序數據的集合，來讓其他的應用可以訪問這些數據，這些數據可以被存在文件系統中，SQLite數據庫中，或者其他可以存數據的地方，Content providers是一個基本的方法集合來使其他的應用可以獲得和存儲這些數據，然而應用不直接調用這些方法，而是使用一個ContentResolver對象來調用這些方法，一個ContentResolver可以和任何的Content providers交流，他和provider協作來管理系統中任何進程間的通信。

無論何時一個請求都應該由一個特定的組件來處理，android系統來確保包含這個組件的應用進程運行，如果需要就啟動它，如果需要就為這個組件創造一個實例，確保這個組件的一個適當的實例可以被得到。

2、啟動組件：intent

當有一個來自於content resolver的請求指向Content provider時，content provider啟動，其他的三個組件（Activity，service，broadcast receiver）是通過一個叫做intent的異步的消息來啟動的，一個intent持有一個message的內容，對Activity和service來說，他是一個被要求的動作（action）和在該動作上的數據的URI，對broadcast receiver來說，intent對象是一個被廣播的動作。

針對每種組件分別有對應的方法來啟動它：

（1）一個Activity是通過傳遞一個Intent對象到Context.startActivity()或者Activity.startActivityForResult()來啟動的（或者去做一些新的任務），被啟動的這個Activity可以通過getIntent（）來獲得導致他啟動的那個intent的。

（2）一個service是通過傳遞一個Intent對象到Context.startService()來啟動的（或者給一些新的命令給正在運行的service），android調用service的onStart（）方法，並且把Intent對象傳遞給他，同樣的，一個Intent可以傳遞到Context.bindService()方法裡來建立一個介於正在運行的service和調用他的組件之間的連接，這個service通過onBind（）方法來接收這個Intent對象，（如果這個service還沒有運行，bindservice（）能選擇性的啟動它），在後面的部分，關於綁定service的更多詳細的信息請查看遠程調用。

（3）一個應用可以通過傳遞一個Intent對象給像Context.sendBroadcast(), Context.sendOrderedBroadcast(), Context.sendStickyBroadcast()這樣的方法來開始一個廣播，android通過調用對應的onReceive（）方法將intent傳遞給所有對這個廣播感興趣的broadcast receiver。

3、關閉組件（Shutting down components）

當對來自於content resolver的請求作出回應時content provider就啟動了，當有一個感興趣的broadcast message被廣播時，broadcast receiver啟動，所以我們需要知道怎麼關閉這些組件。

（1）Activity可以通過調用它自己的finish（）方法來關閉，一個Activity也可以通過調用finishActivity()來關閉另一個Activity（這個Activity是通過調用startActivityForResult()來啟動的）。

（2）一個service可以通過調用自己的stopSelf（），或者Context.stopService()來關閉。

當組件不再使用時或者android為了更多組件能運行而回收內存時，android系統是關閉這些組件的，在後面的部分，可以在組件的生命周期中看到更多更詳細的介紹。

4、ActivitIEs and Tasks

一個Activity可以啟動另一個Activity，即使這個Activity是定義在另一個應用裡的，比如說，你想展示給用戶一條街的地圖，現在已經有一個Activity可以做這件事，那麼現在你需要做的就是將你請求的信息放進一個Intent對象裡，並且通過startActivity（）傳遞給他，這個地圖就可以顯示出來了，但用戶按下BACK鍵時，你的Activity又重新出現在屏幕上。

對用戶來說，顯示地圖的Activity和你的Activity好像在一個應用中的，即使是他們是定義在不用的應用中的，運行在各自的應用進程中，android將兩個Activity放進一個task裡，一個task是一組彼此聯系的Activity，被安排在一個堆棧中，堆棧中的根Activity就是開辟這個task的，一般的，他是用戶選擇應用後首先啟動的那個Activity，堆棧頂部的Activity是當前正在運行的Activity，當一個Activity啟動另一個Activity時，新的Activity被壓進堆棧中，成為運行的Activity，當用戶按下BACK鍵，當前的Activity彈出堆棧，先前的Activity恢復成為運行的Activity。

一個task就是一組Activity的堆棧，不是在manifest文件裡的一個類，一個元素，所以沒有方法來為一個task裡的Activity獨立的設置值，對task設置值是在root Activity裡設置的。

一個task裡的所有Activity組成一個單元，整個task（整個Activity堆棧）可以在前台，也可以在後台（應用程序的切換就是task的前後台的切換），假設，當前的task有四個Activity在堆棧裡，用戶按下HOME鍵，去開啟另一個應用（實際上是一個新的task），那麼當前的task就退到後台運行，新開啟的應用的root Activity此時就顯示出來了，然後，過了一段時間，用戶回到主界面，又重新選擇了以前的那個應用（先前的那個task），那麼先前的那個task此時又回到了前台了，當用戶按下BACK鍵時，屏幕不是顯示剛剛關閉的那個應用，而是移除回到前台的這個task堆棧棧頂Activity，將下一個Activity顯示出來。

剛才描述的情況是Activity和task默認的行為，但是有很多的方法來對幾乎所有的方面進行修改，如Activity和task的聯系。task裡Activity的行為，是受啟動它的Intent對象的flag和在manifest文件中的Activity的屬性集合共同影響的。

Flag：

FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK

FLAG_ACTIVITY_CLEAR_TOP

FLAG_ACTIVITY_RESET_TASK_IF_NEEDED

FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP

屬性：

taskAffinity

launchMode

allowTaskReparenting

clearTaskOnLaunch

alwaysRetainTaskState

finishOnTaskLaunch

5、AffinitIEs and new tasks

默認的，一個應用裡的所有Activity都有聯系，所有都是屬於一個task的，然而，可以通過下的taskAffinity屬性來為每個Activity單獨的設置屬性關系，定義在不同應用中的Activity可以共享一種關系（affinity），或者定義在同一個應用中的Activity可以分配不同的關系（affinity）。這種關系在兩種情況下生效，當啟動Activity的 Intent對象包含有FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK標志，一個Activity的allowTaskReparenting屬性設置為true。

FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK

一個Activity調用startActivity（）啟動一個新的Activity時，新的Activity會壓入到相同的task中的，如果傳遞給startactivity（）的Intent對象含有FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK標志，系統就會尋找一個新的task來裝這個新的Activity，然而，也不總是這麼做，如果已經有一個task和這個新的的Activity有相同的關系，那麼就把這個新的Activity放進這個task裡，如果沒有，就啟動一個新的task。

allowTaskReparenting屬性

如果一個Activity的allowTaskReparenting屬性設置為true，這個Activity就可以從啟動時的那個task移動到一個和他有關系的當前在前台的一個task裡，比如，假設現在有一個天氣預報的Activity被定義在一個旅行的應用裡，他和這個應用裡的其他Activity有相同的關系（默認的關系），並且他允許reparenting，現在你自己應用有一個Activity啟動這個天氣預報的Activity，那麼天氣預報Activity就會移動到你的Activity所在的task裡，當旅行的應用又回到前台時，天氣預報Activity重新回到以前的那個task並顯示。（個人觀點：如果說沒有設置這個屬性，或者這個屬性設置為false，那麼一個應用裡的Activity調用另一個應用裡的Activity時，系統是為另一個應用裡的Activity創建一個實例，然後放到同一個task裡，但是如果設置了allowTaskReparenting為true，那麼另一個應用裡的Activity是可以在不同的task間來回移動的，那個task在前台就移動到那個task裡）

6、啟動方式

下的launchMode屬性可以設置四種啟動方式：

"standard" (the default mode)

"singleTop"

"singleTask"

"singleInstance"

這些不同的方式可以從下面的四點來說：

（1）對一個Intent作出回應時哪個task應該去持有這個Activity。

對standard和singleTop方式來說，新的Activity和通過startActivity調用他的Activity處在同一個task中，如果調用時Intent對象裡含有FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK標志，那麼就像前面講的那樣的尋找一個新的task。

相反的，singTask和singleInstance方式，總是標志Activity為task的root Activity，他們不會進入到其他的task中。

（2）一個Activity是否可以有多個實例。

一個standard或者singleTop屬性的Activity可以實例化多次，他們可以屬於多個不同的task。

相反的，singleTask或者singleInstance屬性的Activity只能有一個實例（單例）。

（3）實例是否能允許在task裡有其他的Activity。

一個singleInstance屬性的Activity單獨的在他自己的task裡，並且這個task裡只能有他自己一個Activity，如果他啟動了另一個Activity，那個Activity會根據啟動模式來啟動並裝進一個不同的task裡。其他的方面，singleInstance和singleTask一樣的。

其他三個方式允許有多個Activity在一個task裡，一個singleTask屬性的Activity總是一個task裡的root Activity，但是他可以啟動另外的Activity並且將這個新的Activity裝進同一個task裡，standard和singleTop屬性的Activity可以出現在task的任何地方。

（4）一個類（Activity）的對象是否可以被啟動來處理一個新的Intent。

對默認的standard方式，會實例化一個對象來處理每一個新的Intent，每個實例處理一個新的Intent，對singleTop方式，如果一個已經存在的實例是在task的棧頂，那麼就重用這個實例來處理這個新的Intent，如果這個實例不在棧頂，那就不復用他，而是重新創建一個實例來處理這個新的Intent並且將這個實例壓入堆棧。

例如現在有一個task堆棧ABCD，A是root Activity，D是棧頂Activity，現在有一個啟動D的Intent來了，如果D是默認的standard方法，那麼就會創建一個新的實例來處理這個Intent，所以這個堆棧就變為ABCDD，然而如果D是singleTop方式，這個已經存在的棧頂的D就會來處理這個Intent，所以堆棧還是ABCD。D此時調用onNewIntent（），此時D可以調用getIntent（）來獲得最初的Intent，或者調用setIntent（）來更新這個Intent。

如果現在有一個Intent來啟動B，不管B是standard還是singleTop（因為現在B不在棧頂），都會創建一個新的實例，所以堆棧變為ABCDB

在一個task裡，對singleTask和singleInstance屬性的Activity只能有一個實例。所以這僅有的一個會來處理所以的Intent，一個singleInstance屬性Activity總在棧頂（因為task裡就只有他一個Activity），所以他會處理所以的Intent，但是一個singleTask屬性的Activity必須是task的root Activity（也就是必須在棧底），不能確定他的上面是否還有其他的Activity，如果沒有，就可以處理，如果還有其他的Activity，那麼如果現在有一個Intent來啟動這個singleTask屬性的Activity，這個Intent將會被丟掉（即使是這個Intent被丟掉，他的到來還是會導致這個task回到前台）。

當創建一個類（Activity）的實例來處理一個新的Intent時，用戶可以按下BACK鍵回到上一個Activity，但是如果是用已經存在的棧頂的Activity來處理Intent的話，按下BACK鍵是不能回到以前的狀態的（沒處理這個Intent之前）。

7、清理堆棧

當用戶離開一個task一段時間後，系統就會清理掉task裡出了rootActivity以外的Activity，如果用戶又回來了，顯示的是rootActivity，就像是用戶離開又回來，是放棄以前的東西，開始新的東西。

上面說的是默認的情況，有一些Activity的屬性可以用來控制和修改這些行為。

alwaysRetainTaskState

如果一個task裡的root Activity的alwaysRetainTaskState屬性設置為true，那麼前面描述的默認情況就不會出現了，task即使過了一段時間也會一直保留所有的Activity。

clearTaskOnLaunch

如果一個task裡的root Activity的clearTaskOnLaunch屬性設置為true，和alwaysRetainTaskState相反，即使是一瞬間的離開，系統馬上就會清理掉task裡出rootActivity以外的所有Activity。

finishOnTaskLaunch

這個屬性和clearTaskOnLaunch一樣，但是他是對一個Activity起作用，不是整個task，他能引起所有的Activity離開，包括root Activity，當這個屬性設置為true，只是當用戶使用這個應用時Activity才在task裡，一旦用戶離開後重新回來，顯示的不是當前的界面。

還有其他的方法來從task裡強制移動Activity，如果一個Intent對象裡包含FLAG_ACTIVITY_CLEAR_TOP標志，並且目標task裡已經一個在自己task裡可以處理Intent的Activity（就是處理這個Intent無需實例化另外一個Activity），那麼在這個Activity之上的所有Activity將被清除，能處理這個Intent的Activity就移到棧頂來處理這個Intent，例如ABCD堆棧，含有FLAG_ACTIVITY_CLEAR_TOP標志的Intent來啟動B，那麼清除CD，B到達棧頂來響應Intent，此時是AB，如果B設置了standard屬性，那麼還是清楚CD，然後再創建一個實例來響應Intent，此時是ABB，因為standard屬性的Activity總是創建一個新的實例來響應新的Intent。

8、進程和線程（Processes and Threads）

當一個應用的第一個組件需要運行時，android系統就為這個組件啟動一個只有一個線程的Linux進程，默認的，應用的所有組件都運行這個進程中的這個線程中。

但是，你可以安排組件運行在其他的進程中，並且為你的任意的進程增加若干線程。

1、 進程

組件運行的進程是在manifest文件裡控制的，四大組件都一個process屬性可以指定進程來運行，這些屬性可以被設置為了每個組件都可以運行在他自己的進程中，或者幾個組件共享一個進程，或者不共享，如果兩個應用共享一個Linux user ID並且有相同的權限，那麼就可以使這兩個應用中的組件運行在相同的進程中，也有process屬性，用來指定對所有組件的屬性。

所有的組件都在指定的進程中的主線程中實例化，系統調用這些組件就是從主線程裡發出的，其他的線程將不會對每個組件再實例化，所有作為調用的回應的這些方法，比如說VIEw.onKeyDown()還是組件的生命周期函數等等都是運行在這個主線程中的，這就意味著當系統調用這個組件時，這個組件不能長時間的阻塞線程（比如說網絡操作，循環計算），因為這樣會阻塞這個進程中的其他組件，你可以將很耗時的任務分到其他的線程中。

當內存不足或者有其他更緊急的進程要求時，android系統可能關閉一個進程，運行在這個進程中的應用組件因此被銷毀，當用戶又重新回來時，進程才被重新啟動。

至於究竟要停止哪個進程，android系統是通過衡量哪個進程對用戶來說更重要來實現的

2、 線程

你可以限制你的應用運行在一個進程中，但是有的時候你需要新開一個線程在後台運行，用戶界面需要隨時對用戶的要求做出反應，所以一些很耗時的工作應該重新啟動一個線程來做，以免阻塞主進程。

android系統提供了一系列方便的類來管理線程（Looper，Handler，HandlerThread）

3、 遠程調用（Remote procedure calls）

android系統有一個輕量級的遠程調用機制（RPC）-----一個方法在本地調用，但是在遠程執行（在另外一個進程裡），返回給調用端的所有結果都必須的系統能理解的，將數據從本地進程和地址空間傳遞到遠程的進程和地址空間，並在遠端重新裝配，返回值的時候傳輸方向相反，android系統會去做這些傳輸的工作，讓你能夠集中精力來定義你的RPC

一個RPC接口只能包含方法，默認的，即使是沒有值返回，所有的方法都是同步執行的，就是說本地方法一直會阻塞直到遠端的方法執行完畢）。

簡單的說，這個遠程調用的機制是這樣工作的：

首先你需要用IDL（interface definition language）聲明你的RPC接口，然後android系統會使用aidl工具來形成一個java接口，並且這個java接口是本地進程和遠端進程都可以獲得的，這個Java接口包含了兩個內部類，請看下圖：

這兩個內部類有管理遠程調用(你用IDL聲明的接口)的所以代碼,兩個內部類都實現IBinder接口,一個是在本地(內部)使用,這個你可以不用自己寫代碼，另外一個叫做Stub，繼承自Binder類的，包含所有完成進程間通信（IPC）的代碼，他包含你在RPC接口中聲明的所有方法，你應該繼續繼承Stub類來實現這些方法。

一般的，遠端進程應該由一個service來管理（因為一個service能通知系統關於這個進程和他連接到的其他進程）。

9、進程的生命周期（Processes and lifecycles）

android系統總是盡最大的努力來維持一個應用的進程，但系統的內存不足時就可能需要關閉一些舊的進程了，但是決定關閉哪個進程呢，android系統把所以的進程放進一個重要性樹裡，最低重要性的進程將會被停止，系統有5種重要性等級，重要性從高到低如下：

（1）、前台進程。一個前台進程是當前執行用戶請求的進程，如果有如下的一種情形的那麼他就是前台進程：

a、這個進程裡運行著一個正在和用戶交互的Activity（這個Activity的onResume（）方法被調用）。

b、這個進程裡有綁定到當前正在和用戶交互的Activity的一個service

c、這個進程裡有一個service對象，這個service對象執行了至少一個他生命周期的函數（onCreate(), onStart(), or onDestroy()).

d、這個進程裡有一個執行了onReceive（）方法的broadcastreceiver對象

只有一定數量的前台進程在任何時間都存在，他們只有在最後的時刻被停止---系統的內存太少了而不能運行這些僅有的前台進程了），一般的，在那個時刻，手機會重新設置內存頁的狀態，所以停止一些前台的進程是為了保持對用戶操作的快速響應。

（2）可見進程。一個可見進程一個沒有任何前台顯示的組件，但是仍然可以影響到用戶當前屏幕所看見的東西，如果有如下的一種情形那麼他就是可見進程。

a、 這個進程裡一個Activity，但是這個Activity當前不是在前台顯示，但是仍然對用戶是可見的（這個Activity的onPause（）方法被調用），比如說一個Activity調用一個dialog，那麼這個dialog是當前顯示的組件，這個Activity不是在前台顯示，但是對用戶是可見的。

b、 這個進程裡有一個綁定到一個可見Activity（如上所述的Activity）的service

一個可見進程是極端重要的，只有在為了顯示所有前台進程時，即顯示前台進程都不夠時，才會停止可見進程。

（3）、服務進程。一個服務進程是一個通過startService（）啟動的但是沒有在前兩個分類中的進程，雖然服務進程不是用戶直接能看見的，但是他也總是做一些用戶很關心的事（如在後台播放mp3，從網絡上下載東西），所以系統會一直保持服務進程運行，除非內存不足以運行服務進程，前台進程，可見進程。

（4）後台進程。一個後台進程是運行一個當前對用戶是不可見的Activity（這個Activity的onStop（）被調用），這些進程對用戶體驗沒有什麼直接的影響，當內存不足以運行前台進程，可見進程，服務進程時，可以隨時停止後台進程，通常有很多的後台進程在運行，系統會把這些後台進程放進一個LRU中（最近使用隊列），最近使用的就最後停止。

（5）空進程。一個空進程就是進程裡沒有任何活動的應用組件，維持這種進程的唯一原因就是作為一種緩存，當一個組件需要啟動時加快啟動的速度，系統為了平衡進程緩存和核心緩存會停止這些空的進程。

android系統會取一個進程裡的所以組件的最高重要性來安排進程的重要性，比如說，一個進程裡有一個service和一個可見的Activity，那麼這個進程會被安排成一個可見進程，而不是服務進程。

另外，一個進程的重要性有可能會因為其他進程的依賴而升高，一個進程不能比他所服務的進程的重要性低，比如有進程A裡的service綁定到了進程B的組件上，那麼進程A的重要性至少和進程B的一樣，或者更高。

因為一個服務進程的重要性比運行一個後台Activity的進程高，所以，當一個Activity做一些長時間運行的任務時，最好啟動一個service來做，而不是放到一個線程裡去做，特別是這個任務的時間可能比Activity運行的時間還長的時候，比如在後台播放音樂，或者上傳一張圖片到網上，使用一個service保證了這個任務至少是服務進程的重要性，broadcast receiver也是一樣，長時間運行的任務也最好是放到一個service裡，而不是放到一個線程裡。