android5從入門到精通系統(tǒng)概述

第一章Android系統(tǒng)概述1.1

智能手機(jī)1.2

什么是Android1.3

Android系統(tǒng)架構(gòu)1.4

Android5新特性介紹1.5小結(jié)1.6思考題1.1

智能手機(jī)

1.1.1什么是智能手機(jī)智能手機(jī)（SmartPhone），是指“像個人電腦一樣具有獨立的操作系統(tǒng)，可以由用戶自行安裝軟件、游戲等第三方服務(wù)商提供的程序，通過此類程序來不斷對手機(jī)的功能進(jìn)行擴(kuò)充并可以通過移動通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)接入”的這樣一類手機(jī)的總稱。智能手機(jī)具有五大特點：（1）具備無線接入互聯(lián)網(wǎng)的能力，即需要支持GSM網(wǎng)絡(luò)下的GPRS或者CDMA網(wǎng)絡(luò)的CDMA1X或3G（wcdma、cdma-evdo、TD-scdma）網(wǎng)絡(luò)，甚至4G（HSPA+、FDD-LTE、TDD-LTE）。（2）具有PDA的功能，包括PIM（個人信息管理）、日程記事、任務(wù)安排、多媒體應(yīng)用、瀏覽網(wǎng)頁。（3）具有開放性的操作系統(tǒng)，可以安裝更多的應(yīng)用程序，使智能手機(jī)的功能可以得到無限擴(kuò)展。（4）人性化，可以根據(jù)個人需要擴(kuò)展機(jī)器功能。（5）功能強(qiáng)大，擴(kuò)展性能強(qiáng)，第三方軟件支持多。1.1.2智能手機(jī)操作系統(tǒng)智能手機(jī)是一種在手機(jī)內(nèi)安裝了相應(yīng)開放式操作系統(tǒng)的手機(jī)，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是第三代移動通信技術(shù)（3G）的逐步成熟，市場上對功能更強(qiáng)、擴(kuò)展性能更好的智能手機(jī)的需求量增長迅猛。具備獨立的操作系統(tǒng)是智能手機(jī)最重要的特征。智能手機(jī)操作系統(tǒng)是一種運算能力及功能比傳統(tǒng)功能手機(jī)系統(tǒng)更強(qiáng)的手機(jī)系統(tǒng)。智能手機(jī)操作系統(tǒng)領(lǐng)域也是各手機(jī)大廠商爭奪的焦點。目前主流的智能手機(jī)操作系統(tǒng)主要有SymbianOS、WindowsPhone、iOS、PalmOS、BlackBerryOS和Android六種。1.2

什么是Android

1.2.1Android的歷史Android一詞最早出現(xiàn)于法國作家利爾亞當(dāng)（AugusteVilliersdel'Isle-Adam）在1886年發(fā)表的科幻小說《未來夏娃》（L'èvefuture）中，將外表像人的機(jī)器起名為Android。Android是基于Linux內(nèi)核的軟件平臺和操作系統(tǒng)，是Google在2007年11月5日公布的手機(jī)系統(tǒng)平臺，早期由Google開發(fā)，后由開放手機(jī)聯(lián)盟（OpenHandsetAlliance）開發(fā)。它采用了軟件堆層（SoftwareStack，又名以軟件疊層）的架構(gòu)，主要分為三部分。低層以Linux內(nèi)核工作為基礎(chǔ)，只提供基本功能；其他的應(yīng)用軟件則由各公司自行開發(fā)，以Java作為編寫程序的一部分。Android在未公開之前常被傳聞為Google電話或gPhone。大多傳聞?wù)J為Google開發(fā)的是自己的手機(jī)電話產(chǎn)品，而不是一套軟件平臺。1.2.2Android的發(fā)展2003年10月，Android公司在加州PaloAlto市成立，聯(lián)合創(chuàng)始人為AndyRubin、RichMiner、NickSear與ChrisWhite。2005年8月，Google收購了成立僅22個月的高科技企業(yè)Android公司。2008年9月發(fā)布Android第一版Android1.1。后從Android1.5版本開始，Android用甜點作為它們系統(tǒng)版本代號的命名方法。2009年4月30日，官方1.5版本Cupcake（紙杯蛋糕）正式發(fā)布。。2009年10月26日，Android2.0/2.0.1/2.1Eclair（松餅）版本發(fā)布。2011年12月20日，谷歌發(fā)布了Android4.0操作系統(tǒng)的最新版本4.0.3，稱其對Android系統(tǒng)作出了多處改進(jìn)，并修復(fù)了一些缺陷。2012年10月底，Google在網(wǎng)上以在線的形式發(fā)布了全新的Android4.2系統(tǒng)，以及新一代的Nexus系列手機(jī)LGNexus4和平板電腦Nexus10。Android4.2新系統(tǒng)界面改動不大，代號還稱為JellyBean不變，新增了系統(tǒng)全景拍照以及無線同步輸出等實用的小功能，并在系統(tǒng)層面做了更多的優(yōu)化。2014年10月16日，發(fā)布Android5.0版本，代號Lollipop，第一次全面支持ART，并支持平板和可穿戴設(shè)備的開發(fā)。2015年3月，Google發(fā)布了Android5.1版本，主要目的是修復(fù)Android5.0版本的Bug，因此其版本號仍然為Lollipop。本書的編寫就是基于Android5.1版本進(jìn)行的。1.2.3Android的優(yōu)點Android的優(yōu)點主要包括以下6項內(nèi)容：1.Android性價比高2.應(yīng)用程序發(fā)展迅速3.智能手機(jī)廠家助力4.運營商鼎力支持5.機(jī)型多，硬件配置優(yōu)6.系統(tǒng)開源利于創(chuàng)新1.3

Android系統(tǒng)架構(gòu)

圖1.1是Android操作系統(tǒng)的架構(gòu)，架構(gòu)包括4層，由上到下依次是應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、核心類庫和Linux內(nèi)核。其中核心類庫中包含了系統(tǒng)庫及Android運行環(huán)境。圖1.1Android操作系統(tǒng)的架構(gòu)1.3.1應(yīng)用程序?qū)樱ˋpplications）Android裝配一個核心應(yīng)用程序集合，包括E-mail客戶端、SMS短消息程序、日歷、地圖、瀏覽器、聯(lián)系人管理程序和其他設(shè)置，所有應(yīng)用程序都是用Java編程語言編寫的。用戶開發(fā)的Android應(yīng)用程序和Android的核心應(yīng)用程序是同一層次的，它們都是基于Android的系統(tǒng)API構(gòu)建的。1.3.2應(yīng)用程序框架層（ApplicationFramework）應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)旨在簡化組件的重用，任何應(yīng)用程序都能發(fā)布它的功能且任何其他應(yīng)用程序都可以使用這些功能（需要服從框架執(zhí)行的安全限制），這一機(jī)制允許用戶替換組件。開發(fā)者完全可以訪問核心應(yīng)用程序所使用的API框架。通過提供開放的開發(fā)平臺，Android使開發(fā)者能夠編制極其豐富和新穎的應(yīng)用程序。開發(fā)者可以自由地利用設(shè)備硬件優(yōu)勢訪問位置信息，運行后臺服務(wù)，設(shè)置鬧鐘，向狀態(tài)欄添加通知等。所有的應(yīng)用程序都是由一系列的服務(wù)和系統(tǒng)組成的，主要包括以下幾種：1.視圖（Views）2.內(nèi)容管理器（ContentProviders）3.資源管理器（ResourceManager）4.通知管理器（NotificationManager）5.活動管理器（ActivityManager）1.3.3系統(tǒng)庫（Libraries）Android本地框架是由C/C++實現(xiàn)的，包含了C/C++庫，以供Android系統(tǒng)的各個組件使用。這些功能通過Android的應(yīng)用程序框架為開發(fā)者提供服務(wù)1.3.4Android運行環(huán)境（AndroidRuntime）Android包含一個核心庫的集合，該核心庫提供了Java編程語言核心庫的大多數(shù)功能。幾乎每一個Android應(yīng)用程序都在自己的進(jìn)程中運行，都擁有一個獨立的Dalvik虛擬機(jī)實例。Dalvik是Google公司自己設(shè)計用于Android平臺的Java虛擬機(jī)。Dalvik虛擬機(jī)是Google等廠商合作開發(fā)的Android移動設(shè)備平臺的核心組成部分之一。它可以支持已轉(zhuǎn)換為.dex（即DalvikExecutable）格式的Java應(yīng)用程序的運行，.dex格式是專為Dalvik設(shè)計的一種壓縮格式，適合內(nèi)存和處理器速度有限的系統(tǒng)。Dalvik經(jīng)過優(yōu)化，允許在有限的內(nèi)存中同時運行多個虛擬機(jī)的實例，并且每一個Dalvik應(yīng)用作為一個獨立的Linux進(jìn)程執(zhí)行。Dalvik虛擬機(jī)依賴于Linux內(nèi)核提供基本功能，如線程和底層內(nèi)存管理。1.3.5Linux內(nèi)核（LinuxKernel）Android基于Linux提供核心系統(tǒng)服務(wù)，例如：安全、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧、驅(qū)動模型。除了標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)核外，Android還增加了內(nèi)核的驅(qū)動程序：Binder（IPC）驅(qū)動、顯示驅(qū)動、輸入設(shè)備驅(qū)動、音頻系統(tǒng)驅(qū)動、攝像頭驅(qū)動、WiFi驅(qū)動、藍(lán)牙驅(qū)動、電源管理。Linux內(nèi)核也作為硬件和軟件之間的抽象層，它隱藏具體硬件細(xì)節(jié)而為上層提供統(tǒng)一的服務(wù)。分層的好處就是使用下層提供的服務(wù)而為上層提供統(tǒng)一的服務(wù)，屏蔽本層及以下層的差異，當(dāng)本層及以下層發(fā)生了變化而不會影響到上層，可以說是高內(nèi)聚、低耦合。1.4

Android5新特性介紹

Android5.0Lollipop是迄今為止規(guī)模最大的Android版本。該版本為用戶推出了各種嶄新的功能，為開發(fā)者提供了數(shù)千個新的API。不僅如此，它還將Android擴(kuò)展得更廣，小到手機(jī)、平板電腦和穿戴式設(shè)備，大到電視和汽車。本部分主要介紹AndroidLollipop新增的幾個特性。1.4.1全新的Materialdesign設(shè)計Android5.0將

Materialdesign設(shè)計

引入Android系統(tǒng)，它自帶一個擴(kuò)展的界面工具包，可以讓開發(fā)者輕松地將新的設(shè)計圖案集成到自己的應(yīng)用中。在新的

3D視圖

中，設(shè)置z軸可以讓元素從視圖層面上“站”起來，甚至可以隨著元素的移動投下實時陰影

。內(nèi)置的ActivityTransitions

API內(nèi)置的

ActivityTransitions

API可以通過優(yōu)美的動畫天衣無縫地讓用戶從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)。素材主題為活動提供了各種過渡方式，包括在各個活動中使用

共享的可視化元素

功能。要重播影片，可以單擊設(shè)備屏幕；可以對按鈕、復(fù)選框以及應(yīng)用中的其他觸摸控件加上漣漪動畫；可以在XML文件中定義可動的矢量圖，讓它們展現(xiàn)出各種不同的動畫效果（矢量圖在自由縮放的同時不會失真，非常適合用作應(yīng)用中的純色圖標(biāo)）。RenderThreadRenderThread是新推出的由系統(tǒng)管理的渲染線程，即使主界面線程出現(xiàn)延遲，它也能保持動畫運行流暢。1.4.2支持64位ART虛擬機(jī)Android5.0為用戶帶來更快、更流暢、更強(qiáng)大的計算體驗。Android現(xiàn)在完全運行在全新構(gòu)建的

ART運行時

上，支持混合使用預(yù)先編譯(AOT)、即時編譯(JIT)和編譯好的代碼。它可以在ARM、x86和MIPS架構(gòu)上正常運行，并完全兼容64位。ART改進(jìn)了應(yīng)用性能和響應(yīng)能力。它采用高效的垃圾回收方式，減少了垃圾回收事件的次數(shù)和暫停時間，貼合搭配垂直同步窗口，因此應(yīng)用不會出現(xiàn)掉幀現(xiàn)象。ART還會動態(tài)移動內(nèi)存，針對前臺使用情況優(yōu)化內(nèi)存。Android5.0引入了對

64位架構(gòu)

（已應(yīng)用于Nexus9的NVIDIATegraK1）的平臺支持，經(jīng)過優(yōu)化后提供更大的尋址空間，提升了針對特定的計算工作負(fù)載的性能。以Java編寫的應(yīng)用可自動作為64位應(yīng)用運行，不需要任何修改。如果應(yīng)用使用原生代碼，也不用擔(dān)心，Android5.0擴(kuò)展了NDK，可支持適用于ARMv8、x86-64和MIPS-64的新ABI。Android一如既往注重實現(xiàn)更流暢的性能，并在5.0中改進(jìn)了聲音/視頻同步方式。音頻和圖形管道都經(jīng)過調(diào)校，時間戳更為精準(zhǔn)，因此視頻應(yīng)用和游戲都能顯示流暢的同步內(nèi)容。1.4.3全新的通知設(shè)計在Android5.0中，用戶可以更加方便地查看、使用和配置通知。用戶可以根據(jù)需要，在鎖屏上顯示不同的詳細(xì)信息的通知，例如，他們可以選擇在安全鎖屏上完全不顯示通知，也可以選擇顯示部分或全部通知。像來電這樣的重要通知警報會顯示在浮動通知中，如圖1.2所示。這是一個浮在上方顯示的小窗口，方便用戶無需退出當(dāng)前應(yīng)用就能響應(yīng)或關(guān)閉通知。圖1.2浮動通知開發(fā)者現(xiàn)在可以在通知中通過

新的元數(shù)據(jù)

來收集相關(guān)的聯(lián)系人（用于評級）、類別和優(yōu)先級。內(nèi)置新的媒體通知模板可以設(shè)置多達(dá)6個控制按鈕（包括“thumbsup”之類的自定義控件），以通知方式實現(xiàn)一致的媒體控制，再也不需要用RemoteViews了！1.4.4以大屏幕呈現(xiàn)AndroidTV

打造了一個完整的電視平臺，讓開發(fā)者的應(yīng)用在大屏幕上運行。它以簡潔的主屏幕體驗為核心，提供個性化推薦和語音搜索功能，方便客戶輕松查找內(nèi)容。如圖1.3所示。圖1.3大屏幕呈現(xiàn)多個應(yīng)用有了AndroidTV，可以為應(yīng)用或游戲內(nèi)容提供更大的發(fā)揮空間

，并支持與游戲控制器和其他輸入設(shè)備互動。Android還在

v17支持庫

中提供了

Leanback界面框架

，幫助開發(fā)者構(gòu)建在10英尺處觀看的電視界面，給用戶一種全新的視覺效果。AndroidTV輸入框架(TIF)能夠讓電視應(yīng)用處理來自HDMI輸入、電視調(diào)諧器和IPTV接收器等等的視頻流。它還通過TV輸入框架發(fā)布的元數(shù)據(jù)支持直播電視搜索和推薦功能，并且內(nèi)置HDMI-CEC控制服務(wù)，可以讓用戶通過單獨一個遙控器操控多個設(shè)備。TV輸入框架能夠讓開發(fā)者廣泛使用大量直播電視輸入來源，并將它們匯總在同一個界面中供用戶瀏覽、查看和欣賞內(nèi)容。如果開發(fā)者為內(nèi)容構(gòu)建電視輸入服務(wù)，用戶就能更便利地在電視設(shè)備上觀看這些內(nèi)容。1.4.5以文檔為中心Android5.0引入了重新設(shè)計的“概述”空間Overview

space（以前稱為“最近事項”Recents），更多樣化和多任務(wù)的處理。新的API讓應(yīng)用中的活動化身成為獨立的文檔，與其他最近活動的屏幕并排顯示，這樣可以充分利用并行文檔，讓用戶及時訪問更多內(nèi)容或服務(wù)。例如，可以使用并行文檔展現(xiàn)高效的應(yīng)用文件、游戲中的玩家比賽，或者聊天應(yīng)用中的即時消息。1.4.6改進(jìn)連接性能Android5.0新開發(fā)的API可以讓應(yīng)用與低功耗藍(lán)牙(BLE)的掃描內(nèi)圍模式和廣告（外圍模式）實現(xiàn)并行操作。新的多網(wǎng)特性允許App查詢網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的可用性，例如，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、計量或提供某些網(wǎng)絡(luò)特性。然后，應(yīng)用可以請求聯(lián)網(wǎng)，并在連接斷開或出現(xiàn)其他的網(wǎng)絡(luò)變動時作出響應(yīng)。近場通信（NFC）API現(xiàn)在允許應(yīng)用動態(tài)注冊NFC應(yīng)用ID(AID)，還可以根據(jù)活動狀態(tài)下的服務(wù)設(shè)置首選卡模擬服務(wù)，并創(chuàng)建NDEF記錄（采用UTF-8文本數(shù)據(jù)）。1.4.7.高性能圖形Android5現(xiàn)已支持

KhronosOpenGLES3.1

，因此開發(fā)者可以在受支持的設(shè)備上為游戲和其他應(yīng)用采用最高性能的2D和3D圖形功能。OpenGLES3.1增加了計算著色器、模版紋理、加速的視覺效果、優(yōu)質(zhì)ETC2/EAC紋理壓縮、高級紋理渲染、標(biāo)準(zhǔn)化紋理尺寸以及渲染緩沖區(qū)格式等功能。Gameloft開發(fā)的《騎士對決》采用了AEP中的ASTC（自適應(yīng)可伸縮紋理壓縮）和ES3.1中的計算著色器，不僅打造出HDR（高動態(tài)范圍）泛光效果，而且圖形細(xì)節(jié)更加清楚。如圖1.4所示。圖1.4高性能圖形效果Android5.0還引入了Android擴(kuò)展程序包

(AEP)，這是一組OpenGLES擴(kuò)展程序，可讓開發(fā)者使用鑲嵌圖案著色器、幾何圖形著色器、ASTC紋理壓縮、按樣本插入和著色以及其他高級渲染功能。有了AEP，開發(fā)者就可以通過一系列GPU運用高性能圖形。1.4.8功能更強(qiáng)的音頻處理Android5.0采用全新的音頻捕捉設(shè)計，提供低延遲音頻輸入功能。在此設(shè)計中，快速音頻捕捉線程只要不是讀取則永遠(yuǎn)不會阻塞，高速客戶端采用本地取樣頻率、通道數(shù)和位深度；普通客戶端具備重新采樣、上/下行通道混合以及上/下位深度的特點。借助多通道音頻流混合

，專業(yè)音頻應(yīng)用可以混音多達(dá)八個通道，包括5.1和7.1通道在內(nèi)。應(yīng)用現(xiàn)在可以公開自己的媒體內(nèi)容，并

瀏覽其他應(yīng)用的媒體

，然后請求播放。內(nèi)容通過具有查詢功能的界面公開，不需要駐留在設(shè)備上。應(yīng)用可以通過與特定區(qū)域設(shè)置、質(zhì)量和延遲評級關(guān)聯(lián)的語音配置文件精準(zhǔn)控制

從文本到語音的合成

。新的API還增強(qiáng)了對合成錯誤檢查、網(wǎng)絡(luò)合成、語言搜索和網(wǎng)絡(luò)回退的支持。Android現(xiàn)在支持標(biāo)準(zhǔn)

USB音頻

外設(shè)，因此用戶可以連接USB耳機(jī)、揚聲器、麥克風(fēng)和其他高性能數(shù)字外設(shè)。Android5.0更是支持

Opus

音頻編解碼器。在媒體播放控制領(lǐng)域內(nèi)新開放的

MediaSession

API，能夠在不同屏幕和不同控制器之間保持一致的媒體控制。1.4.9進(jìn)一步完善的攝像頭和視頻處理Android5.0引入了全新的攝像頭API

，支持開發(fā)者以YUV和BayerRAW等原始格式拍照，并針對每個獨立幀控制曝光時間、ISO感光度和幀持續(xù)時間。新的完全同步的攝像頭管道允許開發(fā)者在受支持的設(shè)備上以每秒30幀的速率捕獲未壓縮的全分辨率YUV圖片。除了圖片之外，開發(fā)者還可以通過攝像頭捕獲元數(shù)據(jù)，例如，噪聲模型和光學(xué)信息。視頻如果是通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送視頻流，則現(xiàn)在可以利用H265

高效視頻編碼(HEVC)

實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的最佳編碼和解碼。Android5.0還新支持多媒體隧道

，以便針對超高清(4K)內(nèi)容提供最佳體驗，并且能夠?qū)嚎s的音頻和視頻數(shù)據(jù)一起播放。

用戶可以通過一致的方式查看其個人應(yīng)用和工作應(yīng)用，這些應(yīng)用帶有標(biāo)記，可以輕松識別。如圖1.5所示。圖1.5帶標(biāo)記的應(yīng)用1.4.10配置文件為了在企業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)自帶設(shè)備辦公，開發(fā)者可以借助全新的

托管配置流程

在設(shè)備上創(chuàng)建安全的工作配置文件。在啟動器中，應(yīng)用如果帶有工作標(biāo)記，則表示該應(yīng)用及其數(shù)據(jù)是由IT管理員在工作配置文件內(nèi)管理的。針對個人配置文件和工作配置文件的通知都顯示在一個統(tǒng)一視圖中。每個配置文件的數(shù)據(jù)始終彼此分開，即使當(dāng)兩個配置文件使用同一應(yīng)用時也是如此。對于公司自有的設(shè)備，IT管理員可以通過

設(shè)備所有者

著手處理新設(shè)備并予以配置。雇主可以針對已安裝并可配置全局設(shè)備設(shè)置的設(shè)備所有者應(yīng)用發(fā)放這些設(shè)備。1.4.11屏幕截圖和共享Android5.0允許開發(fā)者在應(yīng)用中使用屏幕捕獲和屏幕共享功能。只要擁有用戶權(quán)限，開發(fā)者就可以從顯示屏捕獲非安全視頻，并可以選擇通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。1.4.12新型傳感器在Android5.0中，新的傾斜檢測傳感器能夠幫助改善受支持設(shè)備上對活動的識別情況，心率傳感器則可報告觸摸設(shè)備的人員的心率。新的互動復(fù)合傳感