Android应用开发揭秘

《Android应用开发揭秘》

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为什么Android手机如此受用户青睐，下面我们来看看Android究竟有些什么功能在吸引着我们。

（1）智能虚拟键盘。虚拟键盘的出现意味着基于Android 1.5或以上版本（Android 2.0）的移动设备可以同时支持物理键盘和虚拟键盘。不同的输入方式可满足用户在特定场景的需求。Android虚拟键盘可以在任何应用中提供，包括Gmail、浏览器、SMS，当然也包括大量的第三方应用，如自动校正、推荐、用户词典等。不同于其他手机平台，Android 1.5及其以上的版本还支持第三方虚拟键盘应用的安装，如图1-2所示。

（2）使用Widget实现桌面个性化。可以用Widget“武装”自己的桌面。大多数小的Web应用都是从网络上获得实时数据并展示给用户的。Android预装了5个桌面Widget，包括数字时钟、日历、音乐播放器、相框和搜索。不同于iPhone，Android通过内置的应用程序库安装第三方Widget，如图1-3所示。

                        


    
   

 

                     图1-3  用Widget实现个性化桌面

（3）用在线文件夹快速浏览在线数据。类似于OS X Leopard的QuickLook特征，Android的在线文件夹可显示常见的数据条目，比如联系人、喜欢的应用、E-mail信息、播放列表、书签、RSS源等，并不需要运行系统程序处理特定的数据条目。在线文件夹数据实时更新，就像通过云或是本地创建新的数据。什么是最好的，开发者可以拓展通用数据条目和注册新数据类型的内置支持。例如，Twitter客户端程序可以注册tweet作为新数据类型，因此可以让你从你的朋友那里创建tweet的在线文件。Android可以为我们的个人桌面提供一组在线文件夹，从而帮助我们快速、方便地浏览联系人、股市、书签等信息。
（4）视频录制和分享。Android还有录制和分享视频的功能，对回放和MPEG-4、3GP等视频格式也有了更好的支持。可以通过E-mail、MMS或直接上传到YouTube等方式来分享视频，使用隐私控制来决定是分享给朋友还是每个人。上传视频的同时，可以继续使用手机，甚至可以继续录制和上传新的视频。如图1-4所示，通过YouTube分享录制的视频。
（5）图片上传。在线分享图片需要的点击更少。完成照相后，当浏览图片或选择Google在线图片服务Picasa时，只需轻点“分享”就会拥有1GB的免费图片存储空间。
（6）更快、更兼容的浏览器。Android的基于Webkit内核的浏览器带来了重要的调速装置（SpeedPumb），这得益于新的Webkit渲染引擎和优化的Java脚本编译器（SquireIFish）。当使用包含大量Java脚本的复杂Web应用时，可以体验到更佳的性能。除提高速度外，Android的浏览器还支持Web页面内的复制和粘贴操作，用户可以选中文本并复制，然后粘贴到搜索框中进行搜索。
（7）Voice Search语音搜索。带有语音识别技术的Google手机已于2008年11月面世，它支持语音搜索功能。该功能增强了默认的搜索能力，已超过纯文本搜索。当你大声说出要搜索的内容后，Android将上传数字信号并记录到Google服务器中。在服务器中，语音识别技术能将语音转化为特定的文本搜索，使之通过Google搜索引擎，通过地理位置的筛选，将结果反馈到手机设备。图1-5显示了Google文本和语音搜索桌面。
（8）立体声蓝牙和免提电话。除了增强的免提电话体验，Android还支持立体声蓝牙（A2DP和AVCRP），并有自动配对功能。
（9）强大的GPS技术。Android内部提供了大量GPS组件，我们可以很轻松地获得设备当前的位置等信息，让导航等功能更加完美。
（10）Android系统硬件检测。Android可自动检测和修复SD卡的文件系统，允许第三方应用显示Android系统的硬件特征。为了让用户下载到与自己的设备更匹配的应用，我们可以检测用户设备的硬件信息，让满足应用要求的设备安装该程序，当更多的Android设备建立在不同的硬件上时，这个功能会显得很实用。

           图1–4 通过YouTube分享录制的视频                      图1–5 Google文本和语音搜索桌面

1.1.2  Android的系统构架
通过上一节的介绍，我们对Android的特点以及它为什么会如此受欢迎有了初步的了解。下面将讨论Android的系统架构，我们先来看看Android的体系结构，如图1-6所示。

                                            图1-6  Android系统结构图

从图1-6可以看出Android分为4层，从高到底分别是应用层、应用框架层、系统运行库层和Linux内核层。下面将对这4层进行简要的分析和介绍。
1．应用层
应用是用Java语言编写的运行在虚拟机上的程序，如图1-6中最上层部分所示。其实，Google最开始时就在Android系统中捆绑了一些核心应用，比如E-mail客户端、SMS短消息程序、日历、地图、浏览器、联系人管理程序，等等。
2．应用框架层
这一层是编写Google发布的核心应用时所使用的API框架，开发人员同样可以使用这些框架来开发自己的应用，这样便简化了程序开发的架构设计，但是必须遵守其框架的开发原则。
从图1-6中可以看出，Android提供了如下一些组件。
*  丰富而又可扩展的视图（View）：可以用来构建应用程序，它包括列表（List）、网格（Grid）、文本框（Text Box）、按钮（Button），以及可嵌入的Web浏览器。
* 内容提供器（Content Providers）：它可以让一个应用访问另一个应用的数据（如联系人数据库）， 或共享它们自己的数据。
*  资源管理器（Resource Manager）：提供非代码资源的访问，如本地字符串、图形和布局文件（Layout file）。
*  通知管理器 （Notification Manager）：应用可以在状态栏中显示自定义的提示信息。
*  活动管理器（Activity Manager）：用来管理应用程序生命周期并提供常用的导航退回功能。
*  窗口管理器（Window Manager）：管理所有的窗口程序。
*  包管理器（Package Manager）：Android系统内的程序管理。
后面的章节将进一步介绍这些组件的使用。

3．系统运行库（C/C++库以及Android运行库）层
当使用Android 应用框架时，Android系统会通过一些C/C++库来支持我们使用的各个组件，使其能更好地为我们服务。
*  Bionic系统 C 库：C语言标准库，系统最底层的库，C库通过Linux系统来调用。
*  多媒体库（MediaFramework）：Android系统多媒体库，基于 PacketVideo OpenCORE，该库支持多种常见格式的音频、视频的回放和录制，以及图片，比如MPEG4、MP3、AAC、AMR、JPG、PNG等。
*  SGL：2D图形引擎库。
*  SSL：位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通信提供支持。
*  OpenGL ES 1.0：3D效果的支持。
*  SQLite：关系数据库。
*  Webkit：Web浏览器引擎。
*  FreeType：位图（bitmap）及矢量（vector）。

每个Java程序都运行在Dalvik虚拟机之上。与PC一样，每个Android应用程序都有自己的进程，Dalvik虚拟机只执行.dex的可执行文件。当Java程序通过编译，最后还需要通过SDK中的dx工具转化成.dex格式才能正常在虚拟机上执行。

Google于2007年底正式发布了Android SDK, 作为 Android系统的重要特性，Dalvik虚拟机也第一次进入了人们的视野。它对内存的高效使用，以及在低速CPU上表现出的高性能，确实令人刮目相看。Android系统可以简单地完成进程隔离和线程管理。每一个Android应用在底层都会对应一个独立的Dalvik虚拟机实例，其代码在虚拟机的解释下得以执行。

很多人认为Dalvik虚拟机是一个Java虚拟机，因为Android的编程语言恰恰就是Java语言。但是这种说法并不准确，因为Dalvik虚拟机并不是按照Java虚拟机的规范来实现的，两者并不兼容。它们有两个明显的不同：Java虚拟机运行的是Java字节码，而Dalvik虚拟机运行的则是其专有的文件格式为dex（Dalvik Executable）的文件。在Java SE程序中的Java类会被编译成一个或者多个字节码文件（.class）然后打包到jar文件，而后Java虚拟机会从相应的class文件和jar文件中获取相应的字节码；Android应用虽然也是使用Java语言进行编程，但是在编译成class文件后，还会通过一个工具（dx）将应用所有的class文件转换成一个dex文件，而后Dalvik虚拟机会从其中读取指令和数据。

Dalvik虚拟机非常适合在移动终端上使用，相对于在桌面系统和服务器系统运行的虚拟机而言，它不需要很快的CPU计算速度和大量的内存空间。根据Google的测算，64MB的内存已经能够让系统正常运转了。其中24MB被用于底层系统的初始化和启动，另外20MB被用于启动高层服务。当然，随着系统服务的增多和应用功能的扩展，其所消耗的内存也势必越来越大。归纳起来，Dalvik虚拟机有如下几个主要特征：
（1）专有的dex文件格式。dex是Dalvik虚拟机专用的文件格式，而为什么弃用已有的字节码文件（.class文件）而采用新的格式呢？原因如下：
*  每个应用中会定义很多类，编译完成后即会有很多相应的class文件，class文件中会有大量冗余信息，而dex文件格式会把所有的class文件内容整合到一个文件中。这样，除了减少整体的文件尺寸和I/O操作外，也提高了类的查找速度。
*  增加了对新的操作码的支持。
*  文件结构尽量简洁，使用等长的指令，借以提高解析速度。
*  尽量扩大只读结构的大小，借以提高跨进程的数据共享。
（2）dex的优化。dex文件的结构是紧凑的，但是如果还想运行时的性能有进一步提高，就需要对dex文件进一步优化。优化主要针对以下几个方面：
*  调整所有字段的字节序（LITTLE_ENDIAN）和对齐结构中的每一个域。
*  验证DEX文件中的所有类。
*  对一些特定的类和方法里的操作码进行优化。
（3）基于寄存器。相对于基于堆栈实现的虚拟机，基于寄存器实现的虚拟机虽然在硬件、通用性上要差一些，但是它在代码的执行效率上却更胜一筹。
（4）一个应用，一个虚拟机实例，一个进程。每一个Android应用都运行在一个Dalvik虚拟机实例中，而每一个虚拟机实例都是一个独立的进程空间。虚拟机的线程机制、内存分配和管理、Mutex等的实现都依赖底层操作系统。所有Android应用的线程都对应一个Linux线程，虚拟机因而可以更多地依赖操作系统的线程调度和管理机制。不同的应用在不同的进程空间里运行，对不同来源的应用都使用不同的Linux用户来运行，可以最大程度地保护应用的安全和独立运行。

4．Linux内核层
Android 的核心系统服务基于Linux 2.6内核，如安全性、内存管理、进程管理、网络协议栈和驱动模型等都依赖于该内核。Linux内核同时也作为硬件和软件栈之间的抽象层。

Android更多的是需要一些与移动设备相关的驱动程序，主要的驱动如下所示。
*  显示驱动（Display Driver）：基于Linux的帧缓冲（Frame Buffer）驱动。
*  键盘驱动（KeyBoard Driver）：作为输入设备的键盘驱动。
*  Flash内存驱动（Flash Memory Driver）：基于MTD的Flash驱动程序。
*  照相机驱动（Camera Driver）：常用的基于Linux的v4l2（Video for Linux）驱动。
*  音频驱动（Audio Driver）：常用的基于ALSA（Advanced Linux Sound Architecture）的高级Linux声音体系驱动。
*  蓝牙驱动（Bluetooth Driver）：基于IEEE 802.15.1标准的无线传输技术。
*  WiFi驱动：基于IEEE 802.11标准的驱动程序。
*  Binder IPC驱动：Android的一个特殊的驱动程序，具有单独的设备节点，提供进程间通信的功能。
*  Power Management（电源管理）：比如电池电量等。

1.1.3  Android应用程序框架
上一节我们对Android的系统构架进行了详细剖析，Android分为应用层、应用框架层、系统运行库层和Linux内核层。我们在开发应用时都是通过框架来与Android底层进行交互，接触最多的就是应用框架层了。

什么是应用程序框架呢？框架可以说是一个应用程序的核心，是所有参与开发的程序员共同使用和遵守的约定，大家在其约定上进行必要的扩展，但程序始终保持主体结构的一致性。其作用是让程序保持清晰和一目了然，在满足不同需求的同时又不互相影响。

Android系统提供给应用开发者的本身就是一个框架，所有的应用开发都必须遵守这个框架的原则。我们在开发应用时就是在这个框架上进行扩展，下面来看看Android这个框架都有些什么功能可供我们使用。
*  android.app：提供高层的程序模型和基本的运行环境。
*  android.content：包含对各种设备上的数据进行访问和发布。
*  android.database：通过内容提供者浏览和操作数据库。
*  android.graphics：底层的图形库，包含画布、颜色过滤、点、矩形，可以将它们直接绘制到屏幕上。
*  android.location ：定位和相关服务的类。
*  android.media：提供一些类管理多种音频、视频的媒体接口。
*  android.net ：提供帮助网络访问的类，超过通常的java.net.* 接口。
*  android.os ：提供了系统服务、消息传输和IPC机制。
*  android.opengl：提供OpenGL的工具。
*  android.provider：提供访问Android内容提供者的类。
*  android.telephony：提供与拨打电话相关的API交互。
*  android.view：提供基础的用户界面接口框架。
*  android.util ：涉及工具性的方法，例如时间日期的操作。
*  android.webkit ：默认浏览器操作接口。
*  android.widget：包含各种UI元素（大部分是可见的）在应用程序的布局中使用。

1.2  OMS介绍
OMS是Open Mobile System的简称，即面向移动互联网的开放型移动智能终端软件平台，它包括基于Linux 2.6内核的移动终端下层操作系统、上层应用软件、中间件、Java虚拟机、硬件参考设计以及基于WebKit的各类应用。它具有强大的兼容性、扩展性和安全性，以及简单易用、友好的人机界面等，而且具有完全自主的知识产权。在此之上，OMS拥有开放统一的API开发接口、完备的集成开发环境和活跃的在线生态环境，极大地方便了移动应用的开发。

OMS的可移植性将使该软件平台在其他领域具有广泛的应用，如航空航天、军事、制造业等。

1.2.1  OPhone介绍
OPhone是基于Linux的面向移动互联网的终端基础软件及系统解决方案。由于OPhone与Android兼容，都是基于Java开发的，因此可以同时用OMS API和Android API来开发OMS应用。任何用Android API开发的应用都可以在OMS终端上正确地运行。然而，不能在Android终端上运行由扩展的OMS API开发的程序，因为这些OMS API是OMS平台独有的，而且在运行时是必需的。
OPhone是指采用了OMS智能操作系统的手机。为了突破TD终端瓶颈，以及促进手机终端与中国移动的网络和应用服务进行无缝对接，中国移动在Android操作系统基础上自主开发了OMS系统，该系统直接内置了中国移动的服务菜单、音乐随身听、手机导航、号簿管家、139邮箱、飞信、快讯和移动梦网等特色业务，如图1-7所示。

1.2.2  Widget介绍
OMS除了支持基于Java的应用，还支持Widget应用开发。Widget应用是OMS的精华，而Android从1.5版本开始同样支持Widget应用开发，但是所采用的标准则和OMS不同，我们会在后面的章节详细讲解。

Widget应用采用了 JIL （Joint Innovation Lab）Widget标准。JIL Widget是一个采用HTML、JavaScript和CSS等网络技术的应用程序。Widget应用是在Widget引擎上运行的独立的应用程序。Widget已经成为手机上非常流行的技术，可以为用户带来良好的移动互联网体验，随时随地获取有用的资讯，如天气预报、股票信息、头条新闻等。从用户的角度来看，Widget应用和OPhone应用没有什么区别。实际上，Widget应用不同于OPhone应用。OPhone应用是采用Java技术的应用程序，而Widget应用则是采用HTML、JavaScript和CSS等网络技术的应用程序。相比较而言，Widget应用的开发更加方便快捷。此外，JIL Widget还提供了许多JavaScript API来扩展Widget应用的能力，如访问手机电话本、手机文件系统等。Widget应用运行效果如图1-8所示。
                

      
 
                         图1-7  OPhone系统界面                                                  图1-8  HelloWidget效果预览

1.3  小结
本章主要介绍了与Android相关的一些基本概念，同时分析了Android系统的特点及其功能，简单介绍了目前主流的7个Linux平台手机以及中国移动的OMS操作系统。在介绍Android基本概念时重点介绍了Android系统架构和应用框架，其中应用层即是我们使用Java语言编写的一些运行在虚拟机上的程序，应用框架层是我们开发应用时接触最为紧密的一层，在开发应用程序时必须遵守其规则，才能保证所开发的应用程序能在Android上安全地运行。大家应着重理解这两层，这样才能开发出效率更高的应用程序。

据称今年底将会有18款之多的以Android平台为系统的Linux手机上市， Android将在移动开发中具有更广阔的前景。要想成为一个优秀的Android手机开发者，还需要从基础做起，希望大家好好掌握本章的内容。