Android的系统架构

Android 的系统构架分为四层，而这四层又是由五部分组成的，请见下图：

图1：Android 系统架构示意图

从上图中可以看出，Android系统架构从下层到上层分别是：Linux内核层、系统运行库层、应用程序框架层和应用程序层。

Linux内核层

处于最底层的Linux内核层提供了基本的系统功能，例如流程管理、内存管理、设备管理、电源管理等。它还提供许多驱动，例如显示驱动、摄像头驱动、键盘驱动、wifi驱动、内存驱动等。

如果你想从事Android驱动开发，那就应该研究Android的Linux内核。

系统运行库层

这一层大部分都是用C/C++写的。这一层为上层提供它们所需的Java类库和运行环境。如果你是从事Android系统开发的，那就应该研究Android的系统库和Android运行时。

从图中可以看出，系统运行库层可以分成两部分，分别是系统库和Android运行时。

1) 系统库

它是连接应用程序框架层与Linux内核层的重要纽带。Android包含一些 C/C++库，这些库能被 Android 系统中不同的组件使用。它们通过 Android 应用程序框架为开发者提供服务。

以下是一些核心库：

• WebKit：Android浏览器内核，用来渲染网页。
• SQLite：轻量级的关系型数据库，便于存储和共享应用程序数据。
• SSL库：负责互联网安全。
• 多媒体库：支持多种常用的音频、视频格式录制和回放，编码格式包括MPEG4、MP3、H.264、AAC、ARM等。
• FreeType： 提供字体的描绘与显示服务。
• SGL：底层的2D图形引擎。
• Libc：从标准C系统函数库，专门为基于embedded linux的设备定制。

2) Android运行时

Android应用程序都在Android运行时中执行，其运行时分为核心库和Dalvik虚拟机两部分。

核心库提供了Java API中的大多数功能，同时也包含了Android的一些核心API。

Dalvik虚拟机是Google公司自己开发的用于Android平台的Java虚拟机，它适合内存和处理器速度有限的系统。不同于JDK运行 .class 文件，Dalvik虚拟机运行 .Dex 文件（由 .class 转换而来）。

在Android中可以同时运行多个Dalvik实例，并且每个Dalvik应用都是一个独立的Linux进程。独立的进程可以防止在虚拟机崩溃的时候所有程序都被关闭。

很长时间以来，Dalvik虚拟机一直被用户指责为拖慢Android运行速度、不如IOS的根源。不过Google在2014年的I/O大会上推出了Android L，删除了Dalvik，由传闻已久的ART代替，表现更佳。

应用程序框架层

这一部分用Java编写，开发人员可以直接使用其提供的组件来进行快速的应用程序开发。若是从事Android应用程序开发，那应该研究Android的应用框架层和应用程序层。

框架层由多个系统服务组成，应用层的程序时刻都在与这些系统服务打交道。每一次构造窗口、处理用户交互事件、绘制界面、获得当前地理信息，都是在各个系统服务支持下实现的。该层是Android应用开发的基础，开发人员大部分情况是在和它打交道。

应用程序框架层包括：

• Activity Manager（活动管理器）：管理各个应用程序生命周期。
• Window Manager（窗口管理器）：管理所有的窗口程序。
• Content Provider（内容提供器）：使得不同应用程序之间存取或者分享数据。
• View System（视图系统）： 构建应用程序的基本组件。
• Package Manager（包管理器） ：Android系统内的程序管理。
• Resource Manager（资源管理器）：提供应用程序使用的各种非代码资源，如本地化字符串、图片、布局文件、颜色文件等。
• Location Manager（位置管理器)：提供位置服务。

应用程序框架层提供了许多高级服务的Java类的形式。应用程序开发人员可以通过实例化这些类来调用这些服务。

应用程序层

Android应用层由运行在Android设备上的所有应用程序(APP)共同构成，它不仅包括通话、短信、联系人等系统应用，还包括其他后续安装到设备中的第三方应用。
 
 最后说一下Dalvik和ART的不同。

由于Dalvik被指责为拖慢应用程序运行速度的罪魁祸首，Google 花了两年的时间来开发执行效率更高更省电的ART（Android Runtime），用以代替Dalvik。

ART执行程序的方式与Dalvik完全不同：

• Dalvik 在程序运行时依靠一个即时编译器（Just-In-Time，简称JIT）将字节码翻译成机器码，因为多了一个环节，并不是非常高效。
• ART 在应用程序安装时就会把字节码转换成机器码，这种机制叫做Ahead-Of-Time，简称 AOT。因为程序运行时没有了解释字节码这一环节，因而启动更快，执行效率更高，触控更加灵敏，体验更加流程。

不过，ART需要更大的内存空间占用，可能会增加10%-20%，而且程序安装速度比Dalvik慢。

还好现在的智能手机ROM都比较大了，不少旗舰级的ROM都到了3G，低端机也有1G了，512M的很少了，ART 以“空间换时间”的做法看似是比较明智的。

Google已经不是第一次使用“空间换时间”的把戏了，例如，大家都知道Chrome浏览器很快很流畅，可是内存占用也多。