安卓笔记--系统架构

                                                安卓系统架构

1，Linux内核层：

 主要功能：

  ①，硬件驱动

•  显示驱动（displayDriver）：基于linux的帧缓冲（FrameBuffer）驱动。
• 键盘驱动（KeyBoardDriver）：作为输入设备的键盘驱动
• Flash内存驱动（FlashMemoryDriver）:基于MTD的flash驱动程序
• 照相机驱动（CameraDriver）:常用的基于Linux的v4l2（VideoforLinux）驱动。
• 音频驱动（AudioDriver）:常用的基于ALSA（AdvancedLinuxSoundArchitecture）的高级Linux声音体系驱动。
• 蓝牙驱动（BluetoothDriver）:基于IEEE802.15.1标准的无线传输技术。
• WiFi驱动：基于IEEE802.11标准的驱动程序
• Binder IPC驱动：Android的一个特殊的驱动程序，具有单独的设备节点，提供进程间通信的功能。
• PowerManagement（电源管理）：比如电池电量等。
  

 ②，内存管理

1.     安卓内存管理机制                    
   

•  Android系统内存分配和回收
  

            一个APP通常就是一个进程对应一个虚拟机：

                    GC只有在Heap剩余空间不够时才触发垃圾回收
                    GC触发时，所有线程都会被暂停（可能导致内存抖动）

•     APP内存限制机制
  

                    不同设备分配的内存限制不同
                        吃内存大户：图片

                    切换应用时后台APP清理机制
                    APP切换的LRU cache：最近使用的APP最不可能被清理，onTrimMemory()回调

•   监控内存的方法
  

                    Android方法

                    AS monitor工具 

    2.      Android内存优化方法      

•  数据结构优化
  

            字符串拼接使用StringBuilder：时间和空间性能都极大优于String

            ArrayMap、SparseMap替换HashMap：时间和空间优化

            内存抖动：重复大量申请对象         

           注：再小的class会耗费0.5kb
                HashMap一个entry需要额外占用32b

•  对象复用
  

            复用系统自带的资源
            listview、GridView复用
            避免在onDraw中创建对象（因为onDraw经常会调用，如果创建对象耗时、耗内存，会造成卡顿）

• 避免内存泄漏：内存泄漏会导致可用内存越来越少，频繁造成GC
  

1. 单例模式使用了Activity的context（单例对象常驻内存），应该使用Application的context
2. 静态变量引用Activity、view等对象没有及时释放（静态变量常驻内存）
3. 非静态内部类和匿名内部类会持有外部类（Activity）对象，因此内部类里不能有静态引用或耗时任务。否则不能用这两种内部类。
4. Handler：message可能等待很长时间，在处理之前，message都持有handler引用，而handler持有Activity引用。导致泄漏。解决方式是将handler声明为静态，并将Activity的弱引用传给它。或者在Activity结束时同时移除message。
   
5. 资源未关闭造成的内存泄漏，对于使用了BraodcastReceiver，ContentObserver，File，游标 Cursor，Stream，Bitmap等资源的使用，应该在Activity销毁时及时关闭或者注销，否则这些资源将不会被回收，造成内存泄漏。参考http://waylenw.github.io/Android/android-bitmap-memory-yh/
   

• OOM优化
  

            当APP申请的内存空间大于系统为APP分配的空间时会出现OOM
            调整图像大小后再放入内存
            采用强引用＋软引用2级缓存，提高加载性能
            及时回收图像
            不要创建过多的静态变量

③，系统进程管理       

       实现管理进程的创建与销毁，管理进程间的通信，解决与避免死锁问题等。
     Android系统的进程间通信基于Binder机制实现，一个进程可以非常方便地实现跨进程调用一个进程所提供的       功能，并获取返回的执行结果。

④，文件系统管理

        Android平台采用Yaffs2作为MTD nand flash文件系统，Yaffs2使用更小的内存来保存它的运行状态，其垃         圾回收机制非常简单快速，在大容量的NAND Flash上性能表现尤为突出。

⑤，电源管理

        Android电源管理，一个基于标准Linux电源管理系统的轻量级的Android电源管理驱动，针对嵌入式设备           做了很多优化。

⑥，USB管理

        Android的USB驱动是基于Gaeget框架的，USB Gadget驱动是一个基于标准Linux USB gadget驱动框架           的设备驱动。

2，系统运行库层:官方的系统架构图中，位于Linux内核层之上的系统运行库层是应用程序框架的支撑，为Android系统中的各个组件提供服务。系统运行库层由系统类库和Android运行时构成。

• 系统类库:系统类库大部分由C/C++编写，所提供的功能通过Android应用程序框架为开发者所使用。
  

1. Surface Manager:执行多个应用程序时，管理子系统的显示，另外也对2D和3D图形提供支持
2. MediaFramework:基于PacketVideoOpenCore的多媒体库，支持多种常用的音频和视频格式的录制和回放，所支持的编码格式包括MPEG4，MP3，H264，AAC，ARM
3. SQLite:本地小型关系数据库，Android提供了一些新的SQLite数据库API，以替代传统的耗费资源的JDBC API
4. OpenGL|ES:基于OpenGL ES 1.0API标准实现的3D跨平台图形库
5. FreeType:用于显示位图和矢量字体
6. WebKit:Web浏览器的软件引擎
7. SGL:底层的2D图形引擎
8. Libc（bionic l ibc）:继承自BSD的C函数库bionic libc，更适合基于嵌入式Linux的移动设备
9. SSL:安全套接层，是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议
   

        注：除上表列举的主要系统类库之外，Android NDK（Native Development Kit），即Android原生库，也十分重要。NDK为开发者提供了直接使用Android系统资源，并采用C或C++语言编写程序的接口。因此，第三方应用程序可以不依赖于Dalvik虚拟机进行开发。实际上，NDK提供了一系列从C或C++生成原生代码所需要的工具，为开发者快速开发C或C++的动态库提供方便，并能自动将生成的动态库和java应用程序一起打包成应用程序包文件，即.apk文件。
注意，使用原生库无法访问应用框架层API，兼容性可能无法保障。而且从安全性角度考虑，Android原生库用非类型安全的程序语言C,C++编写，更容易产生安全漏洞，原生库的缺陷（bug）也可能更容易直接影响应用程序的安全性。

• 运行时：Android运行时包含核心库和Dalvik虚拟机两部分。
  

1. 核心库：核心库提供了Java5seAPI的多数功能，并提供Android的核心API，如android.os，android.net，android.media等。
2. Dalvik虚拟机：Dalvik虚拟机是基于apache的java虚拟机，并被改进以适应低内存，低处理器速度的移动设备环境。Dalvik虚拟机依赖于Linux内核，实现进程隔离与线程调试管理，安全和异常管理，垃圾回收等重要功能。
   

Dalvik和标准Java虚拟机有以下主要区别：

• Dalvik基于寄存器，而JVM基于栈。一般认为，基于寄存器的实现虽然更多依赖于具体的CPU结构，硬件通用性稍差，但其使用等长指令，在效率速度上较传统JVM更有优势。
• Dalvik经过优化，允许在有限的内存中同时高效地运行多个虚拟机的实例，并且每一个Dalvik应用作为一个独立的Linux进程执行，都拥有一个独立的Dalvik虚拟机实例。Android这种基于Linux的进程“沙箱”机制，是整个安全设计的基础之一。
• Dalvik虚拟机从DEX（DalvikExecutable）格式的文件中读取指令与数据，进行解释运行。DEX文件由传统的，编译产生的CLASS文件，经dx工具软件处理后生成
• Dalvik的DEX文件还可以进一步优化，提高运行性能。通常，OEM的应用程序可以在系统编译后，直接生成优化文件（.ODEX）； 第三方的应用程序则可在运行时在缓存中优化与保存，优化后的格式为DEY（.dey文件）。
  

Dalvik与ART的工作原理差别

• Dalvik在程序运行的过程中，dalvik虚拟机不断将字节码编译成机器码的工作。而ART是在应用程序安装的过程中，已经将字节码编译成机器码。
• ART提高了应用程序的运行速率，同时也减少了手机电量的消耗，提高移动设备的续航能力，在垃圾回收机制也有了较大的提升。
• ART模式安装需要消耗更多的时间，占更多的存储空间；
  

3，应用程序框架层

应用程序框架层提供开发Android应用程序所需的一系列类库，使开发人员可以进行快速的应用程序开发，方便重用组件，也可以通过继承实现个性化的扩展。

具体包括的模块如下：

• 活动管理器（Activity Mananger）：管理各个应用程序生命周期并提供常用的导航回退功能，为所有程序的窗口提供交互的接口
• 窗口管理器（Window Manager）：对所有开启的窗口程序进行管理
• 内容提供器（Content Provider）：提供一个应用程序访问另一个应用程序数据的功能，或者实现应用程序之间的数据共享
• 视图系统（View System）：创建应用程序的基本组件，包括列表（lists），网格（grids），文本框（text boxes），按钮（buttons），还有可嵌入的web浏览器。
• 通知管理器（Notification Manager）：使应用程序可以在状态栏中显示自定义的客户提示信息
• 包管理器（Package Manager）：对应用程序进行管理，提供的功能诸如安装应用程序，卸载应用程序，查询相关权限信息等。
• 资源管理器（Resource Manager）：提供各种非代码资源供应用程序使用，如本地化字符串，图片，音频等
• 位置管理器（Location Manager）：提供位置服务
• 电话管理器（Telephony Manager）：管理所有的移动设备功能
• XMPP服务：是Google在线即时交流软件中一个通用的进程，提供后台推送服务
  

4，应用层

Android平台的应用层上包括各类与用户直接交互的应用程序，或由java语言编写的运行于后台的服务程序。例如，智能手机上实现的常见基本功能 程序，诸如SMS短信，电话拨号，图片浏览器，日历，游戏，地图，web浏览器等程序，以及开发人员开发的其他应用程序。