Android平台基本架构及Dalvik概述

Posted 2022-12-14 骨灵冷

         对于android开发，小编觉得仅仅照着视频或者照着Android疯狂讲义上的例子照搬照抄是不够的，了解、熟悉Android平台的架构及基本原理，相关基本要素的运行机制是极为重要的，这将为从事android长远开发奠定基石作用。所以小编将在后续时间与大家分享小编学习的有关Android原理机制方面的知识，不足或错误的地方请批评指正。

一、Android平台架构

          首先请看下面一张图：
相信很多有都看过这张图。通过上面这张图，小编得出的信息如下： Android平台的架构可以拆分成5个部分。它们分别是 Linux内核、Android Runtime、Libraries、Application Framework以及

Applications。

下面来一一了解各个部分到底是干嘛的，它们在Android体系中扮演着什么角色。

（一）、Linux Kernel

Linux内核主要是基于Linux2.6来作为核心，利用其基本功能，构建Linux内核来帮助Android系统完成最底层、最核心的功能服务。这些功能主要包括进程管理、安全管理、内存管理、堆栈管理及驱动管理。它主要完成与核心底层硬件的信息交互与处理。在Linux内核中，存在于许多硬件进行交互的驱动程序，如USB Driver、照相机Camera Driver、内部进程通信驱动、蓝牙、无限驱动等。曾经有过一个说法，当把Linux官网上的Linux内核移植到Android平台中会影响Android的运行，这就产生Android下的Linux内核与传统的Linux内核不一致的说法。有学者进行了分析实验，最后得出当把传统的Linux移植到Android中时，会影响手机的触摸屏等操作滞缓，以及一些硬件设备的使用出现一定的差异，最后发现Google在进行Linux开发的时候重写或重新构造了内核的驱动部分，使之与原有的驱动不一样，这些专为手机使用建立的内核驱动才方便手机的运行。所以这里的LInux内核是Google官方专门为手机使用开发的Linux内核，定制了手机专用的驱动程序。

（二）、Android Runtime

所谓的Android运行时，主要包括两部分，第一是Android基本核心库。第二个是Dakvik虚拟机。 其中Android基本核心库用来提供大部分在Java编程中需要使用的基本的核心的功能。第二部分是虚拟机，都知道Android应用程序的运行是基于虚拟机的，但是这里的虚拟机和Java虚拟机是不一致的，具体的差别是Java虚拟机处理的是Java的字节流，而Dalvik虚拟机是在Java字节流的基础上，通过dx工具经过一系列处理，将字节流打包成dex格式的文件，从而让Dalvik虚拟机使用，所以两者的本质是不一样的。在Android应用程序中，每个应用程序在虚拟机内部都是对应一个Dalvik虚拟机实例，有着自己独立运行的线程。而这些线程的管理，都通过Dalvik向Linux内核提供的接口，使得Linux内核可以有效的管理线程安全等因素。

（三）、Libraries

这里的Libraries是Android所包含的C/C++类库，这些类库可以供给Android的各个组件使用。这些类库所具有的功能是通过Android Framework来暴露给开发者的。 这些类可以包括如下： libc、OpenCORE媒体库、SGL-基于2D图像的引擎、3D库、SurfaceView Manager-界面管理、SQLite--轻量级的关系数据库引擎、SSL--网络传输的安全控制等。

（四）、Application Framework

Framework 的主要功能就是为Android开发者提供一系列用于开发的服务APIs和接口。这些服务及接口包括： View 丰富的、可扩展的视图集合 Content Provider 使应用程序可以访问其他应用程序的数据、或者使数据可以被共享 Resource Manager 资源管理器。这部分的资源是以非代码的形式、不被编译的方式被访问 Activity Manager  用来管理应用程序的生命周期 Notification 使应用程序可以在状态栏实现自定义的警告。

（五）、Applications

应用程序集合。通过Libraries和Framework开发的应用程序，每个应用程序的构建及运行主要依赖前4个部分。

二、Android平台中的库

该节主要来描述Android应用程序开发时主要会用到的库，了解每个库的具体职能。 （1）、Android util 该库主要用来包括Java中常用的核心功能，包括Java容器、字符串格式化、XML解析等基本功能。 （2）、Android os 提供消息传递、进程间通信等功能 （3）、Android graphic 通过提高图像API，完成低级的绘图功能。 （4）、Andorid text 提高文本处理和解析功能。 （5）、Android database 提供使用数据库的功能。 （6）、Android view 构造用户界面集合，提供与用户的交互行为 （7）、Android Content 内容API，管理数据的发布及访问 （8）、Android provider 为了方便开发人员对某些标注的内容提供器进行访问，该库提供了对所有android发行版中包含的标准数据库的访问、 （9）、telephony、webKit、bluttooth、location 提供对电话薄、网络、蓝牙、GPS的使用访问。 （10） Android Media 提供对媒体数据的访问，如图像、视频、音频。 （11）SSL 用来支持使用安全套接字加密协议的安全Internet通信。

三、什么是Apk文件

Android Apk文件实际上是一个压缩文件。当我们用解压缩工具对其进行解压时，我们可以看到如下的结构目录：   其实从这个图上，我们可以明显感觉到该图和我们进行开发时的工程目录树十分相似。Apk的文件主要组成部分有如下几个： （1）、Manifest文件 这个XML文件是整个Apk最为核心的文件，它是用来描述整个Apk是什么的。在该文件中，定义了 应用程序的名称、图标、权限、sdk使用的最低版本号、以及应用程序所使用的Activiy、service、receiver等子元素。其根元素是只允许唯一存在的applicaion元素。Root标签是manifest标签。因此，整个Manifest.xml文件表述了整个应用程序的 全局信息。 （2）、META-INF元数据信息。 META-INF文件中需要值得一提的是校验码。当应用程序开发完成进行打包的时候，根据所有的文件信息、权限信息等会由系统自动生成一个检验码A。而当Apk安装到手机上时，Android系统也一样会对当前的文件信息等计算一个校验码B，当校验码B与存储在META文件中的校验码A比较时，若完全无误则完成安装，否则，不进行安装。所以在Apk获取之后如果对其进行解压，替换里面的数据资源，重新打包，一样不会完成安装，这是出于对apk文件的安全性及完整性进行的设置。 （3）、classes.dex 之前说过，Java虚拟机处理的是Java程序的字节流，而Dalvik虚拟机则通过dx工具将Java的Class打包封装成可供Dalvik虚拟机执行的.dex文件。其实这个过程 是一个优化的过程，我们知道每一个类都有一个常量池(有关常量池的具体概念会在别的文章中具体描述，可以参加Java目录下的文章)。而一个应用程序往往会有很多的classes，如果每个类都独立有一个常量池，在类与类之间的数据处理上会降低一定的效率，所以为了提高应用程序之间的紧凑度,提高文件读写数据传输的效率，DEX文件将所有的类的常量池提到了同一个常量池中，将所有的class进行了整合。 （4）、res文件 可以看出这里的res文件分为了两个部分。其中不带.arsc后缀的res文件是不被编译的res文件，里面可以包括jpg、png、js、html、css、xml等。而resource.arsc则是被编译后的资源文件，以字节流的方式进行存储与获取。
将android应用程序进行打包成apk文件使用的是 aapt工具。

四、Dalvik

关于Dalvik虚拟机，前面已经提及。它实际上是区别于Java虚拟机的，同时，内部的线程管理是通过底层的Linux内核来实现与完成管理（这其实是层次结构的一个优势，我只负责管理我的内部，我只提供一个接口为你提供服务，我内部的事情我自己管理，其他人不用管）。那么，每一个android应用程序实际上都在Dalvik内部有一个实例和线程，其代码在虚拟机的解释下执行。 Java虚拟机与Dalvik虚拟机的不同地方在于： （1）、Java虚拟机运行Java字节流，Dalvik虚拟机运行DEX格式文件。 （2）、Java类在被编译成字节码文件.class之后进行打包到Jar中，此时虚拟机从class文件和jar文件中获取字节码信息来执行。而Dalvik会直接从处理好的DEX文件中读取指令和数据。 （3）、Java虚拟机是基于 堆栈的，而Dalvik虚拟机是基于 寄存器的。寄存器的虚拟机在代码执行上具有高效率，而在指令分发上却比较耗时。 总而言之，每一个Android应用程序都运行在一个Dalvik虚拟机实例中，而每一个虚拟机的实例都是一个独立的进程空间，虚拟机的线程机制、内存分配和管理都是依靠底层Linux内核来实现。所以Android的应用程序线程其实对应了Linux内核的一个线程，不同线程之间独立运行可以保护应用程序的安全执行。
这里需要提及一个叫做Zygote的进程。它是一个虚拟机进程，同时也是一个虚拟机实例的孵化器。它可以通过复制自身完成一个进程派生。Zygote在系统开启时就完成了虚拟机的初始化，配置了库的加载等一系列的设置。当有一个Android应用程序运行时，Zygote接收到了请求消息，就会复制自身，完成虚拟机实例的产生。这样做可以大大的提高效率，同时，复制自身会共享内存中的只读区域，节省了内存的开销。
再次之处，Dalvik是Android平台特有的，支持手机应用程序效率执行的虚拟机，与Java虚拟机有许多不同之处。