如果你最近在找工作或者有关注Android行业的招聘这一块就会发现,现在很多公司,特别是大厂在招聘高工或者架构师的时候都会将熟悉framework原理或源码列为招聘要求之一。那么作为一个Android开发者是否都要去学习framework呢?又该如何去学习呢?我们今天来聊一聊Framework开发的那些事。
系统应用开发,现在来说,已经开始脱离系统,单独拿出来开发,系统定制接口,已提供给应用调用,用来增强功能。原生的桌面,拨号,设置,已经没法做出差异化优势,因此都费尽心机,来进行应用深度开发对于之前维护系统应用模块的人来讲,修修补补,真的没有什么成长。对个一个Android开发者来说,每天的工作如果没有很深的技术壁垒,就很容易被别人攻陷,最后被公司和市场给“优化”掉。
就好比如设置、联系人、再小的改动,修改故障的时候,没有非常高的要求,做过应用开发的,都可以过来参和一脚,改改问题。而让一个应用开发得去修改系统接口,估计改的心累,并且犹豫不决。所以这时候你需要一层技术壁垒,来增强自己的核心竞争力。也只有拥有核心竞争力,并持之以恒的学习,扩充自己的深度,广度,那么不管是在怎样的一个市场环境下,你的位置都牢不可破,不会轻易被替代,这也是为什么我觉得Android开发者需要学习framework的原因。
接下来博主从自身的角度,讲讲系统应用开发,该如何向framework进军,进行学习,掌握更加核心的技术。
这里有人会说,我做应用风生水起,也游刃有余,不比你们做系统Framework的差,何必把系统应用开发的贬的一文不值。这里要说一下,文中没有这个意思,你的应用做的有声有色,赚的盆满钵满,这里肯定有其因素。比如它的性能,它的界面绚丽,百变主题。或者它有智能识别,等等。这些都叫做差异化产品,有其亮点,特色,才能杀出重围。
而系统应用开发,我这里偏向于手机整机开发中的OEM厂商,主要做出系统,能够保证功能正常,不会花费大量人力精力去做应用深度开发,系统重构的。这里主要会以追求速度,同时满足客户的硬件要求,比如多个霍尔器件,多个温度传感器,多个皮套功能,等等,但很少去大量改动应用架构,以免影响最终量产。
以上,就是特指的这个应用开发人员。随后,我来讲讲,Framework需要掌握哪些知识呢?
熟悉我的人都知道,我特喜欢把这个放在第一位,原因很简单,它确实支撑了我随后的所有知识根基,让我能够从容不迫的,将一个个系统拆解出来。
我们就拿安卓来讲,启动过程
Android 启动过程框架
跟linux如出一辙,所以很容易迁移过来,同时,差异化的init进程,完成初始任务,创建安卓世界的孵化器,既然这里要进入安卓世界,而安卓世界的基础语言是java,那么就需要一个Java虚拟机,于是孵化器就要构造一个虚拟机,用来解析执行Java编译出来的字节流。而孵化器本身是由c cpp语言实现,于是Java虚拟机就是由c cpp语言写出来的,linux操作系统也是c(还有一些汇编)写出来的,于是Java虚拟机运行的Java语言,就需要跟c cpp打交道,于是就有了JNI。
孵化器做了几件事情:
完成Java虚拟机的构造
完成JNI对接Java与c的桥梁
加载公共的共享库
等待别人给它发消息,创建新进程
在这期间,孵化器要做一件事情,便是创建system_server ,这个进程要做什么呢?我们创建了一个可以运行Java的虚拟机,这时我们就要提供一堆系统接口,用来协助应用开发,比如请求网络啦,比如创建界面啦,比如定位啦,获取存储卡啦,等等支持,方便用户开发功能。一个平台的好坏,往往取决于它的功能是否强大,是否有丰富的技术文档,以及开发调试工具。
所以就有了一堆线程,比如AMS,WMS,PMS,BT,WIFI,这些都可以在/proc/{ system_server_pid}/ tast找到记录。
有了这些线程,那么我们就可以轻松的去实现很多功能啦。这时我们就要配套的开发工具,比如AS编辑器,可以编辑,编译出来APK,安装到手机运行。
关于操作系统,需要掌握的知识点为:
进程,线程概念
互斥,死锁机制与原理,如何避免死锁
内存管理机制,虚拟内存
静态库与动态库的区别
进程之间的内存屏障,如何通信(IPC)
binder的通信优势
这里先想到这些,注意不是要完成懂所有机制,要的是整体理解即可。如下问题,请思考下,看是否能够答上来。
如果我写了一个应用,名字叫做,com.codegg.home 在主activity里面,加载一个布局,layout_main. xml,布局里面写入了一个TextView,那么我想调试这个TextView,要在com.codegg.home这个进程下断点,还是在system_server进程下断点呢?如果是想调试ActivityThread. java的话?应该在哪个进程下断点呢?
以上答案,都是com.codegg.home下断点,原因是这两个当前的运行进程,都是在com.codegg.home里,所以要调试的话,要在com.codegg.home进程下断点。
那么我们再来思考下,我现在要去追应用的启动过程,start Activity的流程,要在哪个地方下断点呢?
我们知道这个流程,最终核心的都在Activity manager server里面,而它是在system server进程里面,以一个线程的状态存在,于是我们要调试,就要在system server上面下断点了。
搞清楚了system server后,以我们熟悉的AMS WMS PMS 举例。这些服务线程,完成应用的请求任务,将结果返回给应用。比如查看当前运行的所有Activity,就是应用发起请求,从操作系统那里,先找到server manager,这个手里拿到一堆服务的句柄,也可以说令牌,你只能通过这个找到它。
当server manager一看你有权限,就帮你把对应的AMS的句柄给你,这个句柄操作系统也认识,对应到system server的AMS引用上,也就是你通过这个句柄,调用它的方法,操作系统就会将你的请求,传递到system server中去,同时操作系统知道这个句柄是AMS的第20号(这个20号代表查询当前运行的所有Activity的方法),然后就唤醒system server,同时从binder线程池,这个线程跟AMS一样,是个线程,从线程池拿出一个,调用AMS的20号方法。
调用完成后,从操作系统层面,把数据交给调用的应用,实现数据传输。这里面定义的传递数据格式是包裹,也就是序列化数据。
好了,这块就说这么多,主要是说下进程通信,以及binder这种通信的简单逻辑。这里说下,为什么要通信。
因为操作系统设计,管理的软件单元是进程,进程间本身不联系,彼此看不见。一个进程想跟另一个说话,他两都认识的人是操作系统。因为他们是由操作系统管理的。操作系统通过从硬盘将程序装载进入内存,同时给每一个分配了进程号,于是他们就都在系统里面有了标记,同时每个都起了名字,一个叫我就喜欢吃,一个叫我就喜欢喝。喜欢喝的一个人孤单,他不认识喜欢吃的,他就问操作系统,有没有人喜欢吃的,操作系统一查,说有啊,然后把喜欢吃的的进程号给他,他就可以找到喜欢吃的了。
然后操作系统给他了一辆车,让他把想给喜欢吃的的东西,装在车上寄过去。这个车子是操作系统提供的,这个车子就是通信方式。比如汽车,飞机,步行。
于是进程间的通信方式就是,从操作系统找到目标,然后拿到通信方式,用操作系统给的通信工具,进行通信。
这块完成了,我们再来讲一个内容:
文件=文件头+文件内容
我们发现,这里MP3格式,OGG格式,都属于一个文件的格式声明,这个我们可以用HEX工具打开MP3文件,可以看到刚开始的位置,这块属于描述后面的内容该如何解析,比如文件名字,文件大小,文件格式,系统根据这个描述,尝试用对应的解码器解码,解码完成后进行播放。
这里解码器如何解码,就是算法。而文件头,就是描述这个文件的数据结构。
于是,我们就知道
程序=数据结构+算法
比如我要写个贪吃蛇,如何描述蛇的状态,长度,当前轨迹,这些都是需要表征出来,然后围绕着这个描述内容,进行操作,这块就属于算法。
完成的程序,运行起来,就是进程。所以进程是一个存在于内存的东西,操作系统用一个表格记录进程数据,比如进程号,父类进程,进程打开的文件句柄,进程当前状态,进程的上下文(上下文是保存当前CPU的寄存器,保存现场用的,因为寄存器是只有一份,当一个进程被打断时候,另个进程运行,那么之前的就要把它当前的寄存器存下来,防止被别人盖掉,等到下次自己运行的时候,再恢复回来,保证自己运行正常),程序是存在硬盘或者其他存储设备,掉电不会丢失,而进程是内存的,所以掉电就不再了。
程序如何加载,系统如何识别的呢?这就又回到开头的地方,数据结构加算法,也叫文件头和文件内容。源码经过编译链接,变成一个文件,我们亲切的叫它可执行文件。那么我们来说说它。
我们常见的两种可执行文件,windows上面称为PE格式,linux称为ELF,两者都是从COFF格式演化来的,这块参考《链接器与加载器》,喜欢感兴趣,可以下载阅读此书。
那么有了格式描述,操作系统就知道如何解析它了,然后把对应的代码段,数据段,堆栈区域配置好,将代码装载进入内存中,然后将下一条执行位置,也就是PC寄存器,指向这个可执行文件配置的text 入口,这个就是程序的入口点,这个我们去写的main方法,可以简单理解成入口,实际情况是在这个前面,系统加入了一些代码,为运行此程序做准备,准备OK才会真正调用到main方法,这段代码叫创建此进程的环境,比如参数,堆栈初始化。
聊到这里,我们从别的纬度,再来看看。
数字电路的与或非逻辑电路,开启了新世界的大门。我们用断点,通电,表示两个状态。我们不能说,好像有电,好像没电,所以,计算机的世界,定义了二进制,因为是非可以界定,孰是孰非不好界定。
于是,在我们的电路板上,规定了0-0.6V,代表了没电,4.4-5V,代表了有电,中间的数值,代表了器件的错误,不稳定性。
于是没电用0表示,有电用1表示,实际世界就是两个区间电压。
CPU在石英晶振的推动下,执行一条条指令。指令是什么呢?就是一串串数字,每一串代表一个具体含义。
所以,CPU能够执行多少条指令,是考量它是否强大的一个重要参数,另一个是它执行一天指令的时间,也叫指令周期,越短越好。也就是两个CPU同时做一个加法,谁用时短谁就强。
CPU拿到一条指令,就会在石英晶振的推动下,将这条指令执行完,然后将PC寄存器加1,读取下一条指令。
我们经常遇到的非法指令,就是因为CPU拿到了一个不认识的数据串,导致异常。比如它的指令集里面,有加法,有减法,你给他说你给我翻个跟头(非法指令),他骂了一句去你的吧,老子不会(异常报错)。一般这种情况是指令不识别,比如你用了新的arm指令,又在旧的arm板子运行这个程序,就会挂掉,提示非法指令。
刚开始的操作系统,嵌入式的操作系统,是没有做内存保护,就是程序段可以跳到数据段执行,当然现在加入了内存管理单元,会将数据段内存描述成可读可写不可执行,如果PC(程序寄存器)指向了这个地方,去读取执行的时候,就会报非法访问。
如果没有保护,你去读取数据段的数据,作为指令执行,出现指令异常就太正常了。
好了,由于篇幅原因,今天就给大家介绍这么多,综上希望能让朋友们意识到作为一个Android开发者对于学习framework的重要性,如果想更系统的学习framework,请接着往下看。
想要更系统的学习framework的朋友,博主我最近在GitHub上找到一份腾讯T4大佬整理的,已标星8k的Android Framework开发笔记,今天拿出来分享给大家,需要的伙伴麻烦点赞+任意评论后,点击这里获取!
本笔记主要讲解了Framework的主要模块:
第一章: 深入解析Binder
Binder机制作为进程间通信的一种手段,基本上贯穿了andorid框架层的全部。所以首先必须要搞懂的Android Binder的基本通信机制。
本章知识点
第二章: 深入解析Handler
相信大家都有这样的感受:网上分析 Handler 机制原理的文章那么多, 为啥还要画蛇添足整理这份笔记呢?不是说前人们写的文章不好,我就是觉得他们写的不细, 有些点不讲清楚,逻辑很难通顺的,每次我学个什么东西时遇到这种情况都贼难受。
本章先宏观理论分析与 Message 源码分析,再到MessageQueue 的源码分析,Looper 的源码分析,handler 的源码分析,Handler 机制实现原理总结。最后还整理Handler 所有面试题大全解析。
Handler这章内容很长,但思路是循序渐进的,如果你能坚持读完我相信肯定不会让你失望。
第三章: Dalvik VM 进程系统
Andorid系统启动、init 进程、Zygote、SystemServer启动流程、 应用程序的创建使用,Activity的创建、销毁 Handler和Looper。
第四章深入解析 WMS
窗口管理框架 系统动画框架 View的工作原理。
第五块 PackagerManagerService
包管理服务。 资源管理相关类