Android編譯和運行原理

Android動態原理包含兩部分,一部分是編譯原理,另一部分是運行原理。有人會說,搭建一個基於Eclipse的Android開發環境,編譯和運行只要點擊按鈕即可完成。但是,如果只是“知其然而不知其所以然”的話,在後面的開發中一旦遇到奇怪的問題後可能就束手無措啦。所以,即使是作爲初學者,如果有計算機基礎,最好還是瞭解一下這兩部分的內容。

下面的內容很多都是參考至zuolongsnail的《Android命令行手動編譯打包詳解》,博文地址:http://www.cnblogs.com/zuolongsnail/archive/2011/05/25/2058210.html,在此由衷的感謝先行者們的努力,讓我們這些追隨者節省了不少的時間。同時也參考了官網開發資料中Building and Running下的內容。


首先來看一下使用Java語言編寫的Android應用程序從源碼到安裝包的整個過程,示意圖如下,其中包含編譯、鏈接和簽名等:

(1)使用aapt工具生成R.java文件

可以先通過搭建好的Eclipse開發環境(搭建基於EclipseIDE的Android開發環境請參見:http://www.cnblogs.com/Pickuper/archive/2011/06/19/2084358.html)創建一個未編譯的Android工程,記的一定要將Eclipse中Project菜單下的Build Automatically選項前面的對勾去掉後再去創建工程。創建好未編譯的工程後,在命令行中輸入如下命令:

d:\android-sdk-windows\platform-tools>aapt package -f -m -M "C:\Documents and Settings\******\workspace\HelloAndroid3\AndroidManifest.xml" -J "C:\Documents and Settings\******\workspace\HelloAndroid3\gen" -S "C:\Documents and Settings\******\workspace\HelloAndroid3\res" -I "D:\android-sdk-windows\platforms\android-10\android.jar"

其中-M及緊跟其後的參數是用於指定AndroidManifest.xml(配置文件)的路徑,-J及緊跟其後的參數是指定R.java生成路徑,-S及後面參數是指定資源文件所在目錄,-I及後面參數是指定要包含的Android平臺類庫;運行後會在工程目錄中的gen目錄下生成R.java文件。aapt的具體用法可在命令行輸入aapt後會看到。

R.java文件的作用是提供給程序訪問資源的入口,更詳細的內容請參見後面關於Android工程的文件結構和詳解的博文。

(2)使用aidl工具將.aidl文件編譯成.java文件

AIDL是Android系統提供的一種進程間調用的方式,類似於IPC調用,通過aidl工具將使用Android Interface Definition Language描述的.aidl文件編譯成包含java接口類的.java文件,然後進程間遵循這些接口進行相互調用。.aidl文件一般與程序源碼文件存放在一起。對於該例子中自動創建的工程來說,沒有用到AIDL,所以不進行這一步。aidl工具的用法如下:

usage: aidl OPTIONS INPUT [OUTPUT]
       aidl --preprocess OUTPUT INPUT...

OPTIONS:
   -I<DIR>    search path for import statements.
   -d<FILE>   generate dependency file.
   -p<FILE>   file created by --preprocess to import.
   -o<FOLDER> base output folder for generated files.
   -b         fail when trying to compile a parcelable.

INPUT:
   An aidl interface file.

OUTPUT:
   The generated interface files.
   If omitted and the -o option is not used, the input filename is used, with the .aidl extension changed to a .java extension.
   If the -o option is used, the generated files will be placed in the base output folder, under their package folder

(3)使用javac工具將.java文件編譯成.class文件

d:\Java\jdk1.6.0_25\bin>javac -encoding GB18030 -target 1.6 -bootclasspath "D:\android-sdk-windows\platforms\android-10\android.jar" -d "C:\Documents and Settings\******\workspace\HelloAndroid3\bin" "C:\Documents and Settings\******\workspace\HelloAndroid3\src\com\******\HelloAndroid3\HelloAndroid3.java" "C:\Documents and Settings\******\workspace\HelloAndroid3\gen\com\******\HelloAndroid3\R.java"

期間,我本來想使用*.java來描述需要編譯的源碼文件,但提示找不到,後來將源碼文件指定爲具體的HelloAndroid3.java文件後才編譯通過,奇怪。

隨後會在工程目錄下的bin目錄下生成.class文件。

(4)使用dx.bat批處理將衆多.class文件轉換成一個.dex文件

D:\android-sdk-windows\platform-tools>dx --dex --output=c:\docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\classes.dexc:\docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\

--output及後面的路徑指明.dex文件的生成路徑;紅色標註的路徑爲.class所在的路徑,需要注意的是,這裏不能加上包路徑,否則會報不匹配的錯誤,可能在批處理中已將添加包路徑。另外,如遇windows系統路徑含有空格的話一律使用縮寫形式,具體有哪些系統路徑及其縮寫是什麼,還是問度娘吧。成功後便在指定路徑下生成了.dex文件。.dex文件是在Android的Dalvik虛擬機上運行的,具體內容後面的運行原理會提到。

(5)使用aapt工具打包資源文件

D:\android-sdk-windows\platform-tools>aapt package -f -M C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\AndroidManifest.xml -S C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\res -A C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\assets -I D:\android-sdk-windows\platforms\android-10\android.jar -F C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\resources.ap_

對照R.java文件的生成,可以看到參數發生了變化,少了-m 和 -J,如果看aapt用法中的描述就知道,-m和-J是結對出現的,用以指明R.java文件的生成路徑。-M、-S、-I之前都有提到,這裏不再介紹。-F的作用是指明打包後的資源文件的路徑,在最後一定要加上文件名,最好加上擴展名。這裏參考Eclipse中自動編譯時制定的.ap_後綴名。

(6)使用apkbuilder生成未簽名的apk安裝文件

D:\android-sdk-windows\tools>apkbuilder C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\HelloAndroid3.apk -v -u -z C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\resources.ap_ -f C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\classes.dex -rf C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\src

其中,apkbuilder後面緊跟的路徑是生成的apk安裝文件的路徑,-v參數的作用是指明執行中輸出必要信息,具體輸出內容如下:

Packaging HelloAndroid3.apk
C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\resources.ap_:
=> res/layout/main.xml
=> AndroidManifest.xml
=> resources.arsc
=> res/drawable-hdpi/icon.png
=> res/drawable-ldpi/icon.png
=> res/drawable-mdpi/icon.png
C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\classes.dex => classes.dex

-u參數表示生成的是未簽名的安裝包,-z及後面的路徑表明打包了的資源文件的路徑,-f及後面的路徑指明瞭.dex文件的路徑,-rf指明瞭源文件的目錄。

(7)使用jdk中的jarsigner對apk安裝文件進行簽名

簽名的目的是保證應用程序的開發者的唯一性,簽名需要的東西除了jarsigner工具外還有密鑰文件,即.keystore文件,我們這裏不產生自己的keystore文件,而是採用Android SDK提供的Debug.keystore文件,其位置是在“我的文檔”下的.android目錄下。簽名的原理及密鑰文件的產生等內容在後續的博文中補充。

D:\Java\jdk1.6.0_25\bin>jarsigner -keystore C:\Docume~1\******\.android\debug.keystore -storepass android -keypass android -signedjar C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\Hello3.apk C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\HelloAndroid3.apk androiddebugkey

-keystore及後面的路徑指明密鑰文件的位置,-storepass是用於密鑰庫完整性的口令,-keypass是專用密鑰的口令,-signedjar及後面的路徑指明簽完名的apk文件的路徑,緊接着的是需要簽名的apk的路徑,最後面是密鑰的別名。debug.keystore的name和passwords信息是在SDK文檔中找到的,具體內容如下:

The SDK tools create the debug keystore/key with predetermined names/passwords:

  • Keystore name: "debug.keystore"

  • Keystore password: "android"

  • Key alias: "androiddebugkey"

  • Key password: "android"

  • CN: "CN=Android Debug,O=Android,C=US"

到此,整個編譯打包過程就結束啦。



下面來介紹Android平臺應用程序的運行原理。

      在閱讀了SDK文檔中“Application Fundamentals”一篇的內容後,根據自己的理解繪製了下面的示意圖:

spacer.gifwKiom1ZuWKazq6EFAABaIj0td_8254.png

      每個應用程序安裝後,系統便會爲其分配一個獨立的存儲空間,所謂的“Security Sandbox”,用於存放字節碼文件、資源文件及配置文件等,同時,系統會爲每一個應用程序分配唯一的ID,用以標識該應用程序的相關文件和資源,系統通過設置權限從而實現一個應用程序在一般情況下只能訪問該應用程序的文件和資源。當應用程序或者它的某個組件需要運行時,系統便爲其創建一個Linux進程,每個進程中實例化一個Dalvik虛擬機用以執行程序的字節碼。程序運行中根據給自己設定的權限來訪問相應的資源。這樣的設計保證了應用程序間的獨立性和安全性,但是,應用程序常常要訪問其他應用程序的數據或者訪問系統資源,爲此,Android平臺提供了兩種方式來實現這一目的:
(1)可以安排兩個應用程序共享一個ID,從而可以彼此訪問對方的文件;還可以安排兩個應用程序在一個進程中運行,並共享一個虛擬機
(2)應用程序在安裝時,可以通過使用者來設置權限,根據設置的權限應用程序可以發起訪問系統資源和數據的請求。

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瞭解應用程序運行原理的目的是爲了構建應用程序,因此瞭解上述內容是遠遠不夠的,如果把上述內容理解成物理結構,那麼下面所講的便是以構成應用程序的基本組件爲主的邏輯結構。

Android應用程序主要由四種不同類型的組件組成,分別是Activity(活動)、Service(服務)、Content Provider(內容提供者)和Broadcast Receiver(廣播接收者):

◆Activity是一個顯示在設備屏幕上的用戶界面組件,有點兒類似視圖(View)。一個應用程序可以包含多個Activity來呈現其不同的功能界面。在某一個程序允許的前提下,另一個程序可以啓動該程序中的一個Activity來完成相應的功能。

◆Service是一個在後臺運行的,沒有用戶界面,用以執行運行週期較長的操作或者執行遠程進程的任務的組件。Activity可以啓動一個Service並與其綁定用以實現二者之間的交互。

◆Content Provider是一個用於數據共享的組件。無論應用程序是以何種數據持久化形式保存的數據,通過Content Provider組件,其他應用程序可以訪問或修改該應用程序的數據。

◆Broadcast Receiver是一個相應系統範圍內的廣播消息的組件。廣播以Intent對象的形式發送,Broadcast Receiver接收後根據其內容作出相應操作。

Android系統這樣設計的目的就是凸顯組件的複用性,當一個程序需要使用另一個程序的組件時,首先需要向系統發送一個Intent來表明你的意圖,系統根據權限設定,在允許的條件下,將組件所在的應用程序的進程啓動,組件對應的類被實例化,組件執行完需要的功能後,將結果返回到調用該組件的應用程序,所以,Android應用程序與其他系統的應用程序不同,即沒有單一的入口(例如Main函數)。對於組件激活的方式,不同的組件有不同的方式。其中,Activity、Service和Broadcast Receiver是被所謂“Intent”的異步消息激活的,Intent將獨立的組件進行綁定;Content Provider是被來自Content Resolver的請求激活的。

      根據上述內容,結合自己的理解,將Android應用程序創建和運行的過程用下圖描繪:



轉自:http://blog.csdn.net/very365_1208/article/details/9000854


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