你真的了解Android系统框架的四层结构吗？
16lz
2021-01-26
先来看几个问题是否能回答： 1）Android系统开发语言有两种：Java、c/c++，它们各用于开发那些层次 2）JNI实质是什么，位于什么位置，NDK又是什么 3）Android虚拟机是用于干什么的，什么时候介于工作 4）既然Android内核主要是c/c++实现的，那么是否可以用C++来写app 5）aidl又是什么，位于那一层 6）各层次的如何配合工作
1.首先来看一幅图吧： 对于这个图，基本每一个Android Developer都不会陌生。没错，这个就是刚刚接触Android的时候，所要了解Android系统框架，每一个Android入门级的书籍都不会绕开这个图。先来回顾下上面图的含义： a. Android系统分为四层：应用层、framework层、系统库、Linux内核 b. 应用层为系统对用户所提供的应用程序，比如：Contacts--联系人或者叫通讯录 c. framework层向应用开发层开发者提供统一的api，著名的AMS、WMS、四大组件等，均位于该层 d. 系统库层提供framework层所需要的系统级实现，比如提供图形缓制相关的OpenGL、数据库存储 e. Linux内核：提供操作系统的本质功能：文件管理、内存管理、进程管理、网络协议栈等 以上基本是大家都明白的，也很容易由图上看出的，再来看一下下述结论： f. 图中的蓝色部分是用Java代码实现的，向上层所提供的接口也是Java接口 g. 核心库与虚拟机共同构成了Android的运行时框架，提供对上层Java代码的编译解析能力 h. 绿色部分为使用c/c++语言实现的，与Java层通过JNI实现相互调用 2. 因为性能问题，Android系统的大部分内在逻辑都是用c/c++实现的，而对外开放的接口却是Java的，为什么要这么设计的，这个是和语言特点有关系的。 c/c++在算法运行效率上要比Java高几倍，当然，现在伴随着JVM优化的越来越好，差异越来越小，硬件环境也越来越好，更拉近了差距，但在系统的设计层面，运行效率高的一定比低的要好，优化的空间也要更大，积少成多，整个系统就会快很多，因此内核的实现是c/c++的。对于开发者来讲，c/c++实现诸如界面、事件之类的上层逻辑，开发成本要大不小，且c/c++对于开发者能力的积累也要求较高，api的丰富程序也不如Java，因此，使用Java提供给开发者开发复杂多变的业务是更合适的。使用了两种语言，有优点就有弊端，我的理解是，增加了Android系统实现的复杂性，看过Binder的源码同学都会有这个体会，时而Java层，时而c++层，不停的调入调出，流程烦琐而复杂。（在我之前的文章中有三篇是专门写Binder的，感兴趣可以看下）。对于理解系统源码的人，也增加了学习的成本。 再来说下JNI与NDK，首先，JNI是属于Java虚拟机的一部分，既不属于c/c++，也不属于Android，提供了Java可以调用c/c++的一种机制。这边有一个理解误区，c/c++代码是否也是通过Java虚拟机（或者是Android虚拟机）进行编译解析连接的呢？答案是否定的。c/c++是通过so接入apk的，so在Linux系统是一种ELF文件格式，可以理解为是一种可执行的文件格式。那么Java程序怎么通过虚拟机调用.so呢？通过虚拟机所提供的System.loadLibrary接口，虚拟机会去载入c/c++库，调用c/c++库中的JNI_OnLoad函数，后续过程感兴趣的同学可以参考下google官方文档中关于JNI的说明，需要注意的一点是调到c/c++层后，会将当前VM对象传入，即是c/c++代码中的JNIEnv对象。NDK是什么，NDK只是开发JNI，生成c/c++库的一个环境。也就是说如果不想太方便，完全可以直接在Android系统中通过命令编出so。NDK是属于Android的，和Java没有任何关系。 理解了JNI的实质，再来看看JNI属于上面的系统结构的那个部分：一般来讲，是framework与系统库通信的接口。有一般就会有特殊，比如自己定义so，然后使用System.loadLibrary装载，这个更应归属于应用层（毕竟是实现应用层的业务）。再额外提一点，通过System.loadLibary方式导入实现叫显式的库导入方式，还有一种隐式的导入方式：如果是系统应用，则在应用编入系统中时会装载c/c++库，如果是第三方应用，在安装的时候，使用dex2oat装载，两种装载都是在装载与应用相关的c/c++库（系统库）。 3. 以一个例子讲解下各层的合作关系吧：通过launcher的icon打开应用，以下所提到的AMS为ActivityManagerService a. 首先，launcher也是一个app，属于应用层，其打开app为调用startActivity b. startActivity会调到framework层的相关函数，然后逐层调用后，向AMS发送startActivity请求 c. 在b中的过程，向AMS发送startActivity，首先要获得AMS，通信方式为Binder，Binder对外的接口（Java层部分）属于Framework层，通过JNI方式调用的c++层实现，位于系统库层，binder驱动位于Linux内核层（Binder的实现原理可以看我之前发过的文章） d. AMS处理该事件，调用launcher进程执行pauseActivity，位于应用层，执行完毕后，再次回调AMS e. AMS查看是否需要新起一个进程（此处不再展示，详见Android的AMS模块），处理好进程后，通过Binder，通知该进程startActivity，也位于应用层 4.回过头来，再看看上面提到的几个问题 几个问题： 1） Android系统开发语言有两种：Java、c/c++，它们各用于开发那些层次 上面已有结论，请看第2条 2）JNI实质是什么，位于什么位置，NDK又是什么 上面已有结论，请看第2条 3）Android虚拟机是用于干什么的，什么时候介于工作 Android虚拟机用于编译解析Java层的代码，分系统应用和第三方应用，处理及介于方式不太一样，上面第2条中有少许提及。 4）既然Android内核主要是c/c++实现的，那么是否可以用C++来写app 可以的，目前已有NativeActivity的实现，但c/c++用于实现界面并非最好的工具，详见第2条 5）aidl又是什么，位于那一层 上面已有结论，请看第3条中的c，aidl只有binder在Java层的接口规范，因此位于framework层。 6）各层次的如何配合工作 请看第3条中示例
1.首先来看一幅图吧： 对于这个图，基本每一个Android Developer都不会陌生。没错，这个就是刚刚接触Android的时候，所要了解Android系统框架，每一个Android入门级的书籍都不会绕开这个图。先来回顾下上面图的含义： a. Android系统分为四层：应用层、framework层、系统库、Linux内核 b. 应用层为系统对用户所提供的应用程序，比如：Contacts--联系人或者叫通讯录 c. framework层向应用开发层开发者提供统一的api，著名的AMS、WMS、四大组件等，均位于该层 d. 系统库层提供framework层所需要的系统级实现，比如提供图形缓制相关的OpenGL、数据库存储 e. Linux内核：提供操作系统的本质功能：文件管理、内存管理、进程管理、网络协议栈等 以上基本是大家都明白的，也很容易由图上看出的，再来看一下下述结论： f. 图中的蓝色部分是用Java代码实现的，向上层所提供的接口也是Java接口 g. 核心库与虚拟机共同构成了Android的运行时框架，提供对上层Java代码的编译解析能力 h. 绿色部分为使用c/c++语言实现的，与Java层通过JNI实现相互调用 2. 因为性能问题，Android系统的大部分内在逻辑都是用c/c++实现的，而对外开放的接口却是Java的，为什么要这么设计的，这个是和语言特点有关系的。 c/c++在算法运行效率上要比Java高几倍，当然，现在伴随着JVM优化的越来越好，差异越来越小，硬件环境也越来越好，更拉近了差距，但在系统的设计层面，运行效率高的一定比低的要好，优化的空间也要更大，积少成多，整个系统就会快很多，因此内核的实现是c/c++的。对于开发者来讲，c/c++实现诸如界面、事件之类的上层逻辑，开发成本要大不小，且c/c++对于开发者能力的积累也要求较高，api的丰富程序也不如Java，因此，使用Java提供给开发者开发复杂多变的业务是更合适的。使用了两种语言，有优点就有弊端，我的理解是，增加了Android系统实现的复杂性，看过Binder的源码同学都会有这个体会，时而Java层，时而c++层，不停的调入调出，流程烦琐而复杂。（在我之前的文章中有三篇是专门写Binder的，感兴趣可以看下）。对于理解系统源码的人，也增加了学习的成本。 再来说下JNI与NDK，首先，JNI是属于Java虚拟机的一部分，既不属于c/c++，也不属于Android，提供了Java可以调用c/c++的一种机制。这边有一个理解误区，c/c++代码是否也是通过Java虚拟机（或者是Android虚拟机）进行编译解析连接的呢？答案是否定的。c/c++是通过so接入apk的，so在Linux系统是一种ELF文件格式，可以理解为是一种可执行的文件格式。那么Java程序怎么通过虚拟机调用.so呢？通过虚拟机所提供的System.loadLibrary接口，虚拟机会去载入c/c++库，调用c/c++库中的JNI_OnLoad函数，后续过程感兴趣的同学可以参考下google官方文档中关于JNI的说明，需要注意的一点是调到c/c++层后，会将当前VM对象传入，即是c/c++代码中的JNIEnv对象。NDK是什么，NDK只是开发JNI，生成c/c++库的一个环境。也就是说如果不想太方便，完全可以直接在Android系统中通过命令编出so。NDK是属于Android的，和Java没有任何关系。 理解了JNI的实质，再来看看JNI属于上面的系统结构的那个部分：一般来讲，是framework与系统库通信的接口。有一般就会有特殊，比如自己定义so，然后使用System.loadLibrary装载，这个更应归属于应用层（毕竟是实现应用层的业务）。再额外提一点，通过System.loadLibary方式导入实现叫显式的库导入方式，还有一种隐式的导入方式：如果是系统应用，则在应用编入系统中时会装载c/c++库，如果是第三方应用，在安装的时候，使用dex2oat装载，两种装载都是在装载与应用相关的c/c++库（系统库）。 3. 以一个例子讲解下各层的合作关系吧：通过launcher的icon打开应用，以下所提到的AMS为ActivityManagerService a. 首先，launcher也是一个app，属于应用层，其打开app为调用startActivity b. startActivity会调到framework层的相关函数，然后逐层调用后，向AMS发送startActivity请求 c. 在b中的过程，向AMS发送startActivity，首先要获得AMS，通信方式为Binder，Binder对外的接口（Java层部分）属于Framework层，通过JNI方式调用的c++层实现，位于系统库层，binder驱动位于Linux内核层（Binder的实现原理可以看我之前发过的文章） d. AMS处理该事件，调用launcher进程执行pauseActivity，位于应用层，执行完毕后，再次回调AMS e. AMS查看是否需要新起一个进程（此处不再展示，详见Android的AMS模块），处理好进程后，通过Binder，通知该进程startActivity，也位于应用层 4.回过头来，再看看上面提到的几个问题 几个问题： 1） Android系统开发语言有两种：Java、c/c++，它们各用于开发那些层次 上面已有结论，请看第2条 2）JNI实质是什么，位于什么位置，NDK又是什么 上面已有结论，请看第2条 3）Android虚拟机是用于干什么的，什么时候介于工作 Android虚拟机用于编译解析Java层的代码，分系统应用和第三方应用，处理及介于方式不太一样，上面第2条中有少许提及。 4）既然Android内核主要是c/c++实现的，那么是否可以用C++来写app 可以的，目前已有NativeActivity的实现，但c/c++用于实现界面并非最好的工具，详见第2条 5）aidl又是什么，位于那一层 上面已有结论，请看第3条中的c，aidl只有binder在Java层的接口规范，因此位于framework层。 6）各层次的如何配合工作 请看第3条中示例
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