2.3 剖析Android系统架构
“剖析”二字听上去有一点点暴力，具有“解剖分析”之意，是指对一个人或一件事做深入的分析，让别人了解这个人或明白事情的来龙去脉。学习Android之路是注定不平坦的，需要我们付出一定的时间和精力。为了更加深入理解Android的精髓，我们很有必要了解Android的系统架构，了解它的组成。只有这样才能知道Android究竟能干什么，我们所要学的是什么。
2.3.1 Android体系结构介绍
Android是一个移动设备的开发平台，其软件层次结构包括操作系统（OS）、中间件（MiddleWare）和应用程序（Application）。根据Android的软件框图，其软件层次结构自下而上分为以下4层。
（1）操作系统层（OS）
（2）各种库（Libraries）和Android运行环境（RunTime）
（3）应用程序框架（Application Framework）
（4）应用程序（Application）
上述各个层的具体结构如图2-19所示。
图2-19 Android操作系统的组件结构图
1. 操作系统层（OS）——最底层
因为Android源于Linux，使用了Linux内核，所以Android使用Linux 2.6作为操作系统。Linux 2.6是一种标准的技术，Linux也是一个开放的操作系统。Android对操作系统的使用包括核心和驱动程序两部分，Android的Linux核心为标准的Linux 2.6内核，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）：常用基于Linux的帧缓冲（Frame Buffer）驱动；
■ Flash内存驱动（Flash Memory Driver）：是基于MTD的Flash驱动；
■ 照相机驱动（Camera Driver）：常用基于Linux的v4l（Video for ）驱动；
■ 音频驱动（Audio Driver）：常用基于ALSA（Advanced Linux Sound Architecture，高级Linux声音体系）驱动；
■ WiFi驱动（Camera Driver）：基于IEEE 802.11标准的驱动；
■ 键盘驱动（KeyBoard Driver）：作为输入设备的键盘驱动；
■ 蓝牙驱动（Bluetooth Driver）：基于IEEE 802.15.1标准的无线传输技术；
■ Binder IPC驱动：Android的一个特殊驱动程序，具有单独的设备节点，提供进程间通信的功能；
■ Power Management（能源管理）：管理电池电量等信息。
2. 各种库（Libraries）和Android运行环境（RunTime）——中间层
本层对应一般嵌入式系统，相当于中间件层次。Android的这一层分成两个部分：一个是各种库，另一个是Android运行环境。本层包含的各种库如下所示。
■ C库：C语言的标准库，也是系统中一个最底层的库，C库是通过Linux的系统调用来实现的；
■ 多媒体框架（MediaFrameword）：这部分内容是Android多媒体的核心部分，基于PacketVideo （即PV）的OpenCORE，从功能上本库一共分为两大部分：一个部分是音频、视频的回放（PlayBack），另一部分则是音视频的录制（Recorder）；
■ SGL：2D图像引擎；
■ SSL：即Secure Socket Layer位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通信提供安全支持；
■ OpenGL ES 1.0：提供了对3D的支持；
■ 界面管理工具（Surface Management）：提供了管理显示子系统等功能；
■ SQLite：一个通用的嵌入式数据库；
■ WebKit：网络浏览器的核心；
■ FreeType：位图和矢量字体的功能。
Android的各种库一般是以系统中间件的形式提供的，它们均有一个显著特点就是与移动设备的平台的应用密切相关。
Android运行环境主要是指虚拟机技术——Dalvik。Dalvik虚拟机和一般Java虚拟机（Java VM）不同，它执行的不是Java标准的字节码（Bytecode ），而是Dalvik可执行格式（.dex）执行文件。在执行的过程中，每一个应用程序即一个进程（Linux的一个Process）。二者最大的区别在于Java VM是以基于栈的虚拟机（Stack-based），而Dalvik是基于寄存器的虚拟机（Register-based）。显然，后者最大的好处在于可以根据硬件实现更大的优化，这更适合移动设备的特点。
3. 应用程序（AppIication）
Android的应用程序主要是指用户界面（User Interface）方面的应用，通常用Java语言编写，其中还可以包含各种资源文件（放置在res目录中）。Java程序和相关资源在经过编译后，会生成一个APK包。Android本身提供了主屏幕（Home），联系人（Contact），电话（Phone），浏览器（Browers）等众多的核心应用。同时应用程序的开发者还可以使用应用程序框架层的API实现自己的程序。这也充分体现了Android开源的巨大潜力。
4. 应用程序框架（AppIication Framework）
Android的应用程序框架为应用程序层的开发者提供APIs，它实际上是一个应用程序的框架。由于上层的应用程序是以Java构建的，因此本层次所提供的内容首先包含了UI程序中所需要的各种控件，例如：Views（视图组件），其中又包括了List（列表），Grid（栅格），Text Box（文本框），Button （按钮）等。甚至还有一个嵌入式的Web浏览器。
一个基本的Android应用程序可以利用应用程序框架中的以下五个部分。
■ Activity（活动）
■ Broadcast Intent Receiver（广播意图接收者）
■ Service（服务）
■ Content Provider（内容提供者）
■ Intent and Intent Filter（意图和意图过滤器）
本书的目的是讲解Android应用开发的知识，其内容在结构图中和应用程序（Application）相对应，所以读者们需要重点关注应用程序框架（Application Framework）的知识。这些知识都是用Java开发的，当然也还需要掌握一些其他层的相关知识，例如底层的内核和驱动等知识。
2.3.2 Android应用工程文件组成
了解Android的整体结构之后，接下来开始讲解Android工程文件的组成。
在Eclipse中，一个基本的Android项目的目录结构如图2-20所示。
图2-20 Android应用工程文件组成
1. src目录——程序文件
在里面保存了我们程序员辛辛苦苦直接编写的程序文件。和一般的Java项目一样，“src”目录下保存的是项目的所有包及源文件（.java），“res”目录下包含了项目中的所有资源。例如，程序图标（drawable）、布局文件（layout）和常量（values）等。不同的是，在Java项目中没有“gen”目录，也没有每个Android项目都必须有的AndroidManfest.xml文件。
“.java”格式文件是在建立项目时自动生成的，这个文件是只读模式，不能更改。R.java文件是定义该项目所有资源的索引文件。例如下面是某项目中R.java文件的代码。
package com.yarin.Android.HelloAndroid;
public final class R {
public static final class attr {
}
public static final class drawable {
public static final int icon=0x7f020000;
}
public static final class layout {
public static final int main=0x7f030000;
}
public static final class string {
public static final int app_name=0x7f040001;
public static final int hello=0x7f040000;
}
}
在上述代码中定义了很多常量，并且这些常量的名字都与res文件夹中的文件名相同，这再次证明.java文件中所存储的是该项目所有资源的索引。有了这个文件，在程序中使用资源将变得更加方便，可以很快地找到要使用的资源，由于这个文件不能被手动编辑，所以每当我们在项目中加入了新的资源时，只需要刷新一下该项目，.java文件便自动生成了所有资源的索引。
2. AndroidManfest.xmI文件——设置文件
文件AndroidManfest.xml是一个控制文件，在里面包含了该项目中所使用的Activity、Service和Receiver。例如下面是某项目中文件AndroidManfest.xml的代码。
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
package="com.yarin.Android.HelloAndroid"
android:versionCode="1"
android:versionName="1.0">
<application android:icon="@drawable/icon"
android:label="@string/app_name">
<activity android:name=".HelloAndroid"
android:label="@string/app_name">
<intent-filter>
<action android:name="android.intent.action.MAIN" />
<category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
</intent-filter>
</activity>
</application>
<uses-sdk android:minSdkVersion="9" />
</manifest>
在上述代码中，intent-filter描述了Activity启动的位置和时间。每当一个Activity（或者操作系统）要执行一个操作时，它将创建出一个Intent的对象，这个Intent对象可以描述你想做什么，你想处理什么数据，数据的类型，以及一些其他信息。Android会和每个Application所暴露的intent-filter的数据进行比较，找到最合适Activity来处理调用者所指定的数据和操作。下面我们来仔细分析AndroidManfest.xml文件，如表2-1所示。
表2-1 AndroidManfest.xmI分析
3. 常量的定义文件——露脸的文件
下面我们看看在资源文件中对常量的定义，例如文件String.xml的代码如下所示。
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<resources>
<string name="hello">Hello World, HelloAndroid!</string>
<string name="app_name">HelloAndroid</string>
</resources>
上述常量定义文件的代码非常简单，只定义了两个字符串资源，请不要小看上面这几行代码。它们的内容很“露脸”，里面的字符直接显示在手机屏幕中，就像动态网站中的HTML一样。
在Android还有一个露脸的文件，那就是布局（layout）文件，这个文件一般位于“res\layout\main.xml”。虽然它里面的字符没有“露脸”，但是里面的代码能够生成一个显示界面。例如下面的代码。
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:orientation="vertical"
android:layout_width="fill_parent"
android:layout_height="fill_parent"
>
<TextView
android:layout_width="fill_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:text="@string/hello"
/>
</LinearLayout>
在上述代码中，有以下几个布局和参数。
■ <LinearLayout></LinearLayout>：在这个标签中，所有元件都是按由上到下的队列排列的。
■ android:orientation：表示这个介质的版面配置方式是从上到下垂直地排列其内部的视图。
■ android:layout_width：定义当前视图在屏幕上所占的宽度，fill_parent即填充整个屏幕。
■ android:layout_height：定义当前视图在屏幕上所占的高度，fill_parent即填充整个屏幕。
■ wrap_content：随文字栏位置的不同而改变视图的宽度或高度。
在上述布局代码中，使用了一个TextView来配置文本标签Widget（构件），其中设置的属性android:layout_width为整个屏幕的宽度，android:layout_height可以根据文字来改变高度，而android:text则设置了这个TextView要显示的文字内容，这里引用了@string中的hello字符串，即String.xml文件中的hello所代表的字符串资源。hello字符串的内容“Hello World, Hello Android!”就是我们在HelloAndroid项目运行时看到的字符串。
注意
上面介绍的文件只是主要文件，在项目中需要我们自行编写。在项目中还有很多其他文件，它们大多不需要我们编写，所以在此就不进行讲解了。