1.3 Android平台架构

Android操作系统是基于Linux架构的，采用软件叠层（Software Stack）的方式来构建。它实际上就是在标准的Linux系统之上添加了Java虚拟机Dalvik，并且在Dalvik虚拟机上搭建了一个Java Application Framework，所有的Android应用程序都是基于这个框架之上。下面具体分析Android的平台架构，让读者更清晰地了解Android的工作原理。

1.3.1 Android平台架构概述

Android平台采用了分层和整合的框架思想，它的底层是基于Linux系统之上，这个平台由Linux内核层、系统运行库层、应用框架层和应用层4层组成。各个层次叠状结构使得层和层之间互相分离，清除了各层之间的耦合关系。这样的层次结构保证了层与层之间的低耦合，也就是说当前层发生变化时，上层应用程序无须做任何改变。下面简单介绍Android的特性和体系结构。

1.Android的平台特性

1）平台具有开放性。Android系统成为一个开源的移动平台，它不仅仅构建了底层的操作系统，而且它还构造了上层的用户界面和必要的应用程序，这为移动开发者迅速而快捷地开发出移动创新产品奠定了基础。

2）优化的移动设备虚拟机。Android采用Dalvik虚拟机，这是专门为移动设备量身定做的虚拟机。Android应用程序的运行原理就是将由Java编写、编译的类文件通过DX工具转换成一种扩展名为.dex的文件来执行。Dalvik虚拟机相对于Java虚拟机，速度要快很多，这是由于它是基于寄存器的。

3）强大的2D和3D图形库，而且3D图形库基于OpenGL ES 1.0，多媒体支持包括常见的音频、视频和静态映像文件格式。

4）结构化存储数据库SQLite，并且Android也打破了应用之间的界限。

5）Android具有丰富的开发库和工具，开发者可以使用这些库文件和工具迅速创建属于自己的应用。

2.Android的平台架构

Android共分为5层，分别为Linux内核层（Linux Kernel）、硬件抽象层（HAL层）、系统运行环境和运行库层（Libraies）、应用框架层（Application Framework）和应用层（Application），平台整体架构如图1-31所示。

（1）Linux内核层（Linux Kernel）

Android是基于Linux内核的，系统服务依赖于Linux，Android设备的各种硬件都依赖于Linux，并且Linux为Android提供底层驱动，在安全性、内存管理和进程管理等核心系统服务方面提供了支撑服务，在Linux内核层主要包含下面几个组件。

● 显示驱动（Display Driver）：基于Linux的帧缓冲驱动。

● 蓝牙驱动（Bluetooth Driver）：基于IEEE 802.15.1标准的无线传输技术。

● USB驱动（USB Driver）：提供USB设备的连接支持。

● 键盘驱动程序（KeyBoard Driver）：为输入设备提供支持。

（2）硬件抽象层（HAL）

硬件抽象层（HAL）提供标准接口，HAL包含多个模块库，其中每个模块都为特定类型的硬件实现一组特定的接口，比如WiFi/蓝牙功能模块接口，当框架API请求访问设备硬件时，Android系统就会为该硬件加载相应的库模块。有的书中把HAL归到Linux内核层中，但图1-31中可以看出，架构分为5层更为清晰。

（3）系统运行环境和运行库层（Libraies）

这一层包括C/C++库和Android运行环境，可以将此层看作由提供Android系统特性的函数库和Android运行时库两部分组成，下面分别进行介绍。

1）Android系统特性的函数库：Android包含C/C++库，这些库为Android系统提供了主要的特性支持。一般说来，Android应用开发者不能直接调用这套C/C++库，但可以通过其上的应用框架层来调用这些库，常用的一些核心库包括：

● 系统C库：一个从BSD继承来的标准C系统函数库（libc），专门为基于Embedded Linux的设备定制。

● 媒体库：该库支持录放，并且可以录制许多流行的音频视频格式，还有静态映像文件。

● Surface Manager：对显示子系统的管理，并且为多个应用程序提供2D和3D图层的无缝融合。

● LibWebCore：一个最新的Web浏览器引擎，用来支持Android浏览器和一个可嵌入的Web视图。

● SGL：一个内置的2D图形引擎。

● 3D libraries：基于OpenGL ES 1.0 APIs实现；该库可以使用硬件3D加速（如果可用）或者使用高度优化的3D软加速。

● FreeType：位图（bitmap）和向量（vector）字体显示。

● SQLite：一个对于所有应用程序可用、功能强劲的轻型关系型数据库引擎。

2）Android运行时库：Android运行时库由Android核心库集和Dalvik虚拟机两部分组成。Android核心库集，能够允许开发者使用Java语言来编写Android应用；Dalvik虚拟机是移动设备的虚拟机，可以使每一个Android应用程序都能运行在独立的进程中，并且拥有一个自己的Dalvik虚拟机实例。Dalvik虚拟机执行.dex的Dalvik可执行文件，该格式文件针对最小内存使用做了优化。该虚拟机是基于寄存器的，所有的类都是经由Java汇编器编译，然后通过SDK中的DX工具转化成.dex格式由虚拟机执行。

（4）应用框架层（Application Framework）

Android应用程序框架层提供了大量的API供开发者使用，在开发Android应用程序时，就是面向底层的应用程序框架进行的。应用程序框架层不仅可以作为应用程序开发的基础，还可以实现复用软件功能。应用框架层主要包括以下组件。

● 活动类管理器（Activity Manager）：Acticity是Andriod应用程序中的基本组件，此类接受Android系统管理，有生命周期和控制方法。

● 窗口管理器（Window Manager）：负责整个系统的窗口管理，可以控制窗口的打开、关闭、隐藏等。

● 联系人提供器（Contact Providers）：实现多个应用程序之间的数据共享功能。

● 视图系统（View System）：用于构建应用程序的UI界面，例如按钮组件、文本组件和列表组件等。

● 通知管理器（Notification Manager）：管理手机顶部状态栏的提示消息，如短消息提示和电话提示等。

● 资源管理器（Resource Manager）：提供访问非代码的资源，如国际化文字显示、布局管理器和图形界面等。

● 视图（Views）：用来创建视图页面，包括文本框（Text Boxes）、列表（Lists）和按钮（Buttons）等，也可以是一个可嵌入的Web浏览器。

（5）应用层（Application）

所有手机上安装的应用程序（App）都属于这一层。应用程序也会包含系统核心应用程序，例如，电子邮件客户端、SMS程序、日历、地图、浏览器、联系人等，这些应用程序都是使用Java编写的。读者学习Android开发就是基于这一层进行App的开发。

1.3.2 Android Studio应用工程文件组成和介绍

了解了Android平台的整体架构后，接下来介绍基于Android Studio平台下的应用工程文件组成和基本介绍。Android Studio应用工程界面如图1-32所示。

1.res目录

Android Studio的res主要是存放资源目录，用来存储项目的资源，包括图片资源、字符串资源、颜色资源、尺寸资源等。

● drawable：用来存储图片资源。

● layout：用来存储布局文件。

● mipmap：用来存储应用图片和图标，且有不同分辨率图标。

● values：存储App的一些引用值，可以将应用中反复使用和后期可能会修改的值存到values中，方便后期调用和修改。

colors.xml：存储了一些color的值。

strings.xml：存储引用的string值。

styles.xml：存储App需要用到的一些样式。

【例1-1】 strings.xml中存储项目名称。

上面代码中定义了一个字符串常量，其值为My Application，该字符串的名称为app_name，定义后可以在Java代码、XML文件中调用这个资源文件中的字符串。

【例1-2】 布局文件activity_main.xml。

上面布局文件定义的属性值的含义如下。

● android:layout_width和android:layout_height：指定了控件的宽度和高度，wrap_content表示让当前控件的大小能够刚好包住里面的内容，也就是由控件内容决定当前控件的大小。

● android:text：TextView显示的内容，@string/Hello_World表示TextView的值存储在values/strings.xml中，键为Hello_World的值。

2.java目录

该目录用来存放Java代码，其下包含MainActivity方法。代码如下：

上面Java代码的含义是：

● 第1行代表包名，第2～3行代表需要导入的类包，其中v7包是一个重要的包，要使用AppCompatActivity就得导入这个包。

● MainActivity作为项目入口Activity类是继承AppCompatActivity类的，onCreate方法是继承Activity的，是项目需要刚加载就要执行的方法。

● setContentView(R.layout.activity_main)表示要让这个MainActivity类加载的布局文件就是activity_main.xml。

3.manifests目录

该目录下包含AndroidManifest.xml文件，其中包含了该工程组成部件和信息，相当于应用的配置文件，也叫清单文件。通过这个清单文件，可以得到项目的包名、Android版本、组成部件等信息，其中application节点表示当前的应用程序，该应用程序包含一个Activity组件，该Activity通过意向（intent-filter）来指定行为以及分类启动。

【例1-3】 清单文件AndroidManifest.xml。

清单文件中具体节点以及属性的含义如表1-1所示。

4.Gradle Scripts目录

AS用Gradle取代了Eclipse的ADT工具，它作为一种依赖管理工具，是基于Groovy语言，面向Java应用为主，它抛弃了基于XML的各种烦琐配置，取而代之的是一种基于Groovy的内部领域特定DSL语言。

Gradle对项目自动编译时将读取项目的配置文件，比如指定项目的依赖包等。因此在AS中有两个build.grade，一个表示整个项目全局配置，另一个表示在当前模块中进行配置，如图1-33所示。

（1）全局的build.gradle(Project)

表示整个项目的一些配置信息。代码如下：

● repositories节点：Gradle可以通过Repository找到外部依赖（External Dependencies）Gradle支持很多仓库，因此它不用指定特定仓库，一般设置为在jcenter()托管仓库，很多的Android开源项目都会选择将代码托管到jcenter上，声明了这行配置后，就可以在项目中轻松使用任何的jcenter上的开源项目了。

● dependencies节点：classpath 'com.android.tools.build:gradle:3.1.2'声明了Gradle的版本。

（2）当前模块的build.gradle(App)

表示当前模块的Gradle构建配置信息，代码如下：

1）apply plugin：代表着应用了一个插件，一般来说有两个值可选：com.android.application和com.android.library，前者表示这是一个应用程序模块，后者表示是一个库模块，它们的区别是：前者可以直接运行，而后者只能作为代码依附在别的应用程序模块来运行。所以在引入一些Model为自己的应用程序所用时，build.gradle文件的第一行就是apply plugin:com.android.library。

2）android节点：

● compileSdkVersion：用于指定项目的编译版本。这里26表示使用Android 8.0系统的SDK进行编译。

● buildToolsVersion：用于指定项目的构建工具的版本。

● defaultConfig节点：

■ applicationId：用于指定项目的包名，在创建项目的时候已经指定了包名，当要改变整个项目的包名时，可以在这里改变。

■ minSdkVersion：项目最低的兼容版本。19表示兼容到API 19即是Android 4.4。

■ targetSdkVersion：表示使用的目标SDK版本。

● buildTypes节点：通常这个闭包中会有两个节点，一是debug，一是release。debug用于生成测试版安装文件的配置，release用于生成正式版安装文件的配置，dubug节点可以忽略不写。

3）dependencies节点：

● 在这个节点下可以指定当前项目所有的依赖包。通常Android Studio项目中有三种依赖方式：本地依赖、库依赖和远程依赖。

● 通常项目中的第一行是本地依赖声明，它把libs目录下的所有.jar后缀文件全部添加到带项目的构建路径中去；第二行是远程依赖声明；第三行是驱动声明。

单击AS工具栏的按钮，然后在弹出的窗口单击app，找到Dependencies选项卡，就可以找到App的依赖包，包括Gradle中声明的包文件，如图1-34所示。

（3）local.properties

这个文件用于指定本机中的Android SDK路径，通常内容都是自动生成的。

（4）gradle.properties

这个文件是全局的Gradle配置文件，在这里配置的属性将会影响到项目中所有的Gradle编译脚本。