Android分層架構入門

引言

通過前面兩篇：

• Android 開發之旅：環境搭建及HelloWorld

• Android 開發之旅：HelloWorld項目的目錄結構

我們對android有了個大致的了解，知道如何搭建android的環境及簡單地寫一個HelloWorld程序，而且知道一個android項目包括哪些文件夾和文件及相應的作用。本篇將站在頂級的高度——架構，來看android。我開篇就說了，這個系列適合0基礎的人且我也是從0開始按照這個步驟來學的，談架構是不是有點螳臂擋車，自不量力呢？我覺得其實不然，如果一開始就對整個android的架構了然於胸，就不會誤入歧途，能夠很好地把握全局。本文的主題如下：

• 1、架構圖直觀
• 2、架構詳解
  • 2.1、Linux Kernel
  • 2.1、Android Runtime
  • 2.3、Libraries
  • 2.4、Application Framework
  • 2.5、Applications
• 3、總結

1、架構圖直觀

下面這張圖展示了Android系統的主要組成部分：

圖1、Android系統架構（來源於：android sdk）

可以很明顯看出，Android系統架構由5部分組成，分別是：Linux Kernel、Android Runtime、Libraries、Application Framework、Applications。第二部分將詳細介紹這5個部分。

2、架構詳解

現在我們拿起手術刀來剖析各個部分。其實這部分SDK文檔已經幫我們做得很好了，我們要做的就是拿來主義，然後再加上自己理解。下面自底向上分析各層。

2.1、Linux Kernel

Android基於Linux 2.6提供核心系統服務，例如：安全、內存管理、進程管理、網絡堆棧、驅動模型。Linux Kernel也作為硬件和軟件之間的抽象層，它隱藏具體硬件細節而為上層提供統一的服務。

如果你學過計算機網絡知道OSI/RM，就會知道分層的好處就是使用下層提供的服務而為上層提供統一的服務，屏蔽本層及以下層的差異，當本層及以下層發生了變化不會影響到上層。也就是說各層各司其職，各層提供固定的SAP（Service Access Point），專業點可以說是高內聚、低耦合。

如果你只是做應用開發，就不需要深入了解Linux Kernel層。

2.2、Android Runtime

Android包含一個核心庫的集合，提供大部分在Java編程語言核心類庫中可用的功能。每一個Android應用程序是Dalvik虛擬機中的實例，運行在他們自己的進程中。Dalvik虛擬機設計成，在一個設備可以高效地運行多個虛擬機。Dalvik虛擬機可執行文件格式是.dex，dex格式是專為Dalvik設計的一種壓縮格式，適合內存和處理器速度有限的系統。

大多數虛擬機包括JVM都是基於棧的，而Dalvik虛擬機則是基於寄存器的。兩種架構各有優劣，一般而言，基於棧的機器需要更多指令，而基於寄存器的機器指令更大。dx 是一套工具，可以將 Java .class 轉換成 .dex 格式。一個dex文件通常會有多個.class。由於dex有時必須進行最佳化，會使文件大小增加1-4倍，以ODEX結尾。

Dalvik虛擬機依賴於Linux 內核提供基本功能，如線程和底層內存管理。

2.3、Libraries

Android包含一個C/C++庫的集合，供Android系統的各個組件使用。這些功能通過Android的應用程序框架（application framework）暴露給開發者。下面列出一些核心庫：

• 系統C庫——標准C系統庫（libc）的BSD衍生，調整為基於嵌入式Linux設備
• 媒體庫——基於PacketVideo的OpenCORE。這些庫支持播放和錄制許多流行的音頻和視頻格式，以及靜態圖像文件，包括MPEG4、 H.264、 MP3、 AAC、 AMR、JPG、 PNG
• 界面管理——管理訪問顯示子系統和無縫組合多個應用程序的二維和三維圖形層
• LibWebCore——新式的Web浏覽器引擎,驅動Android 浏覽器和內嵌的web視圖
• SGL——基本的2D圖形引擎
• 3D庫——基於OpenGL ES 1.0 APIs的實現。庫使用硬件3D加速或包含高度優化的3D軟件光柵
• FreeType ——位圖和矢量字體渲染
• SQLite ——所有應用程序都可以使用的強大而輕量級的關系數據庫引擎

2.4、Application Framework

通過提供開放的開發平台，Android使開發者能夠編制極其豐富和新穎的應用程序。開發者可以自由地利用設備硬件優勢、訪問位置信息、運行後台服務、設置鬧鐘、向狀態欄添加通知等等，很多很多。

開發者可以完全使用核心應用程序所使用的框架APIs。應用程序的體系結構旨在簡化組件的重用，任何應用程序都能發布他的功能且任何其他應用程序可以使用這些功能（需要服從框架執行的安全限制）。這一機制允許用戶替換組件。

所有的應用程序其實是一組服務和系統，包括：

• 視圖（View）——豐富的、可擴展的視圖集合，可用於構建一個應用程序。包括包括列表、網格、文本框、按鈕，甚至是內嵌的網頁浏覽器
• 內容提供者（Content Providers）——使應用程序能訪問其他應用程序（如通訊錄）的數據，或共享自己的數據
• 資源管理器（Resource Manager）——提供訪問非代碼資源，如本地化字符串、圖形和布局文件
• 通知管理器（Notification Manager）——使所有的應用程序能夠在狀態欄顯示自定義警告
• 活動管理器（Activity Manager）——管理應用程序生命周期,提供通用的導航回退功能

2.5、Applications

Android裝配一個核心應用程序集合，包括電子郵件客戶端、SMS程序、日歷、地圖、浏覽器、聯系人和其他設置。所有應用程序都是用Java編程語言寫的。更加豐富的應用程序有待我們去開發！

3、總結

從上面我們知道Android的架構是分層的，非常清晰，分工很明確。Android本身是一套軟件堆疊(Software Stack)，或稱為「軟件疊層架構」，疊層主要分成三層：操作系統、中間件、應用程序。從上面我們也看到了開源的力量，一個個熟悉的開源軟件在這裡貢獻了自己的一份力量。

現在我們對android的系統架構有了一個整體上的了解，我將用一個例子來深入體會一下，但是考慮到此系列希望0基礎的人也能看懂，在介紹例子之前將介紹一下Android應用程序的原理及一些術語，可能需要幾篇來介紹。敬請關注！