四 Android架构探究

首先，Android系统所带来的好处，就在于它本身代码的开放性，这提供了一个学习、借鉴的平台。这对分析仿真而言，本身就是一大利好，可以更深入的探究，更加接近真实情况。其次，从Android系统中所学的东西也可以运用于其他一些系统的设计中（额外的，它使用的优秀开源软件及使用方法也是值得学习运用的）。最后，这种公开性所开放出来的底层修改机会，也使得在Android系统本身上可以有一番作为，比如对系统进行优化。

Android系统的作用是支撑一个个的APP，所以，每一个APP都应该平等的享用系统的资源，不管是硬件资源还是软件资源，并且，APP之间的地位也是平等的。如此一来，就存在两个部分，一个是系统管理部分，为各个APP服务，一个是APP们，平等的跟管理者交互。对于Windows系统，也是如此。管理者提供系统服务，APP们通过管理者，使用系统资源。将这种情况简化，那么一般的嵌入式系统产品，就是一个APP跟一些个服务交互。因为不会有人为这些个特殊的嵌入式产品编写APP，所以，不需要对服务和服务的使用者进行过多封装。反而，从这个角度来看，因为共享需求，Android将系统资源封装，供每个APP使用则是合理的，而且也是得体的，既不存在大材小用问题，也不存在设计浪费问题，更不存在多而无用的问题。

框架在此中，充当了中间件的作用。

框架在此中，也类似于C库，作为一种共享库，存在于每一个APP中。因此，框架是一套逻辑，将各个部分管理（粘）到一起的逻辑。就如同博主在这篇讨论框架的文章中所述，软件架构及几种典型框架_龙赤子的博客-CSDN博客_软件架构，通常我们看到main函数是第一个被调用的入口函数，但是实际上，main只是程序框架给我们的入口。我们在Android开发中，不用从main开始第一行代码编写，也只是因为框架帮我们实现了main该做的事情。这个过程中，框架进行了二次封装。框架设计了一套逻辑共享库，每一个应用集成该共享库，应用不用实现main接口，只需集成共享库的类接口即可。应用起来后，实现在共享库中的框架逻辑会调用main接口，并且会自动调用运行周期各个点上注册的函数。如此，我们写的代码，就跟框架融合在一起了。

最终，大家共享的就是逻辑，就是框架中的逻辑。框架中的全局变量不会产生影响，因为应用之间是相互隔离的。框架只需处理好内部的共享即可。对于应用之间的交互，框架会依赖系统服务完成。关于这些，可以参考之前第三部分的说明。

再多说一些。我们可以从不同角度看框架的作用与价值。注意，框架不是虚的，它有承载的实体。从静态的角度来看，架构是一个层，既是分割层，也是中间层，更是粘合层。

框架提供逻辑与功能共享，为所有服务和APP所共享。此时，从进程角度来看，框架的逻辑存在于每一个实体进程之中。大家按照框架给的统一模式来编写个性代码。如果还以房子为例的话，统一的框架表示了房屋的承重、管道等，大家是一样的，但是每家利用这些资源装修后的房子，是不一样的。再举个之前一直用的形象例子，开网店。框架提供的各种资源是统一接口的，比如CPU、内存、存储、网络、显示等等。每一家利用这些资源，开发构建的各自网店不仅样式不一样，功能更是多了去了。卖书的店铺跟卖手机的店铺关注的点肯定是不一样的。

基于上面的分析和Android系统的学习，结合第三部分的思考，整理了Android系统与Android内部Framework框架之间关系的一幅图，如下：

Android Framework图示说明：

先看左上图，这是Android启动的简略过程。通过这个过程，我们会了解到zygote的原理。这是整个讨论的基础。

再看右上图，上面部分是系统框架和应用的分层对应图。下面是应用的三种运行状态。第一种，应用不需要与外部沟通，只依赖框架内部逻辑。第二种，应用需要通过框架，跟其他服务沟通，完成功能。第三种，应用可用自己与系统底层沟通，完成功能。正常来讲，部分服务实现的也是这种方式，从而将系统资源提供给大家共享。

最后，看下图，粗略展示了几种状态的运行关系。应用和服务依赖框架注册到服务管理模块，并依赖内核提供的沟通机制，实现进程间的通信。这部分是对图上半部分左右两块的另一个视角展示。

对于图中嵌入的诸多小方块，其涉及应用和框架内置的代码逻辑。关于这部分，说明如下：

先从编译开始，用户编写Java文件，提供布局，UI语言等其他文件和资源。Java编译为class字节文件，其他图片、C/C++动态库等资源直接打包，运行时再按照规则处理。

对于Java编译，分三种情况：

第一种，独立不依赖其他模块的Java代码，直接编译为Java字节码即可，设备中的虚拟机会解读这些字节码并执行它们。

第二种，依赖第三方jar文件，编译时需要导入class文件，以便编译时遇到未知接口时可以查找这些依赖文件，找到接口所在文件，并将其关联起来，从而形成一个整体。打包时需要导入安装包中。这也算是框架的一部分，或者说是整个拼图的一部分。

第三种，系统自身提供的jar文件，比如android.jar。需要根据SDK提供的不同版本选择合适的版本使用。构成本身同样为class文件，编译遇到未知接口时会查找连接（这就是为什么IDE中要下载相关的SDK），并形成一个整体。这部分跟第三方依赖库可能有些差异。第三方依赖库是需要打包到安装包中的，因为系统不能保证内部包含特定APP依赖的特定第三方jar。但是对于系统自身提供的jar，可能没必要将所有的都打包到APP中，因为系统在应用环境构建时，公共的部分已经加载到系统中了。这就类似我们用C、C++编写程序，在二进制代码中会标出来需要使用标准库，但是并不实际打包到可执行程序文件中。程序实际加载运行时，操作系统会帮助解决依赖的标准库问题。我想Android也是类似的。

从进程运行角度来看，通过框架的分割，实现了逻辑的相互隔离，并减少了逻辑上的缠绕。框架存在于进程之中，服务于实体之间的交互，也在上图中得到了体现。总的来讲，这部分既是对第三部分的进一步确认和细化，也是我们做框架大骨架仿真的一个基础（一个尝试）。

为强化对上面内容的理解，我们再举两个例子。一个是想象的例子，一个是实际的例子。先看想象的例子：

上面以应用显示为例子。系统中有一个处理显示合成渲染的进程，所有应用要显示的内容，都是告诉该进程来完成的。这个告诉过程，就由框架来完成了。另外，不同应用功能不同，用到框架中的资源也不一样。比如一个带WIFI相关功能的应用跟一个单纯打电话的应用，对框架资源使用的部分肯定是不同的，但这并不影响框架发挥作用。

下面再看看实际的例子。

上面两图展示了博主做的一个IPTV应用架构，该应用基于Android平台。该应用要用到浏览器，并且要对浏览器进行改造，因此，博主将系统的浏览器复制了一份，给该IPTV应用单独提供了一个特供浏览器。这个特制浏览器跟系统原生浏览器基本一致，只是增加了对一些自定义JS对象的支持。

为了给自己的应用提供一个特制浏览器，博主将Android浏览器从底层到上层都复制了一份。这样从静态来看，应用Framework中就包含了两个浏览器核心。只不过我们专门改过的那份核心，别的应用调用不到。从动态来看，应用层代码逻辑复制了一份，底层动态库也复制了一份，所以应用进程空间中，浏览器相关的代码都有两份，而且浏览器中有关线程的创建也会多一份，最终造成的结果就是系统默认自带的那个浏览器核心代码在IPTV应用中永远不会调到，也不会参与网页的渲染。

从这个例子，大家也可以感受一下框架的魅力。

五大骨架仿真

暂略。

六 Android实例分析思路拓展

补充说明：在第五部分展开之前，再整理一下思路。

实例：Android运行时的情景分析

以运行时内存中的各个进程为对象，来研究各个类的实现。从这个角度看的话，代码的实现都可以看成是逻辑的堆彻，是静态的，提供了设计精巧的条条通道，通过这些通道彼此关联起来，以便再运行时彼此交互。这种思路更加接近于逻辑控制，而我们常常还停留在流程控制上。（其实，我们理解一个事物，往往喜欢从流程入手，这样更容易一些。但当我们认识到一定程度后，流程的东西反而成了拖累。此时，就喜欢从抽象的角度来看待问题，这样能够看到更本质的东西。而那些流程上的细节，已经内化于心，被隐藏起来了）。

另外一种运行时情景分析【进程运行时情景分析】

1 全局变量在任务之外

2 构建内存运行时情景图，比如代码段，数据段等

3 数据结构在内存中的样式和作用

4 深刻理解程序就是数据结构加算法这一说

5 任务也就是线程与进程的内存情景

6 从内存情景图着手，分析代码的执行流程，感受内存中数据结构及其附带的Buffer的变化，实际了解程序执行。

图片1 外框内存田内框进程进程内框分任务和数据，参考操作系统概念一书

图片2 内存中运行的程序进行拍照，快照图时刻1 时刻2 时刻3等等的图片，通过加粗变化的地方，感受2和5描述的内容

第三种情景分析角度，通过进程分析Android服务。这是很多讲述Android架构的书籍所忽略的一点。使用PS命令看进程及其父子关系，分析各个服务。这是从动的角度来分析逻辑的东西。

其实还可以学架构设计中的做法，分不同的角度来分析，比如逻辑图、框架图、物理图、进程图、开发图等等。就像矩阵的变换一样，东西还是那个东西，但是变化一下角度，就能看到不一样的内容。这里也是如此，通过不同的角度，对程序的运行情景有一个完整的认识。

以上记录一些框框思路，后续有时间补充具体内容。