Android系统架构

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Android官方6层架构

应用层

应用框架层 java代码层 Framework API+JNI方法 服务端、客户端、Linux驱动。

在这层里定义的 API 都是用 Java 语言编写。但是又因为它包含了 JNI 的方法，JNI （Java Native Interface）用 C/C++ 编写接口，根据函数表查询调用核心库层里的底层方法，最终访问到 Linux 内核。

系统运行库层 本地代码层C和C++ Android Runtime：核心库+Dalvik 系统库

linux内核层 C语言

各层之间的联系：

• Android的第一层是有C语言实现，第二层由C和C++实现，第3、4层主要是有java实现的。
• 第1、2层之间，从linux的操作系统的角度来看，是由内核和用户空间的分界线，
• 第2、3层之间是本地代码层和java代码层的接口。
• 第3、4层之间，是android的系统API的接口。
• 第一层运行与内核空间，第2、3、4运行与用户空间。

Framework层

服务端

ActivityManagerService(AMS)： 不同应用程序合理调度 进程的创建与销毁、优先级调整 四大组件管理

负责管理所有应用程序中的Activity，它掌握所有Activity的情况，具有所有调度Activity生命周期的能力，简单来说，ActivityManagerService是管理和掌控所有的Activity，是应用进程的管理服务端，直接的控制了应用程序的各个行为，保证了系统中不同的应用程序之间能够和谐的合理的进行调度运行。
对进程的管理包括：进程的创建与销毁、进程的优先级调整。
对组件的管理包括：Activity的调度管理、Service的管理、Broadcast的分发、以及ContentProvider管理。

**WindowManagerService(WMS)：**对系统中所有窗口进行管理，控制窗口的显示、隐藏以及窗口的层序，动画处理 ，Input分发、处理，Display管理（多屏显示）。大多数和View有关系的都要和它打交道。

KeyQ类：它是Wms的一个内部类，一旦创建就会启动一个新线程，这个线程会不断地接收和读取用户的UI操作消息，并把这些消息放到消息队列QueueEvent中。

InputDispatcherThread类：该类也是一旦创建就会启动一个新线程，这个线程会不断地从上面的QueueEvent中取出用户的消息进行一定的过滤，再将这些消息发送给当前活动的客户端程序中。

**PackageManagerService类：**负责Package的管理，应用程序的安装 、卸载、信息查询等。

客户端

**Content Providers：**使得应用程序可以访问另一个应用程序的数据（如联系人数据库)， 或者共享它们自己的数据。
**View System：**可以用来构建应用程序， 它包括列表（Lists)，网格（Grids)，文本框（Text boxes)，按钮（Buttons)， 甚至可嵌入的web浏览器。
**Notification Manager：**使得应用程序可以在状态栏中显示自定义的提示信息。
Package Manager：提供对系统的安装包的访问。包括安装、卸载应用，查询permission相关信息，查询Application相关信息等。
**Telephony Manager：**主要提供了一系列用于访问与手机通讯相关的状态和信息的方法，查询电信网络状态信息，sim卡的信息等。
Resource Manager：提供非代码资源的访问，如本地字符串，图形，和布局文件（Layout files )。
**Location Manager：**提供设备的地址位置的获取方式。很显然，GPS导航肯定能用到位置服务。
XMPP：可扩展通讯和表示协议。前身为Jabber，提供即时通信服务。例如推送功能，Google Talk。
其中有一些重要的类：

ActivityThread类：主线程类，即UI线程类，我们的程序入口就是从 ActivityThread 的 main() 函数入口的。它根据Ams的要求（通过IApplicationThread接口，Ams为Client，ActivityThread.ApplicationThread为Server）负责调度和执行activities、broadcasts和其他操作。
ViewRoot类：很重要的一个类，负责客户端与Wms的交互，内部类有W类，W类继承与Binder，所以他与ApplicationThread的角色差不多，只不过它对应的是Wms，当Wms想与客户端进行通信的时候，Wms就调用这个类。内部又有ViewRootHandler类继承于Handler，所以他能在W类接收到Wms的消息后把这个消息传送到UI线程中。同时界面绘制的发起点也是在这里面：performTraversals()
W类：ViewRoot的帮手，继承与Binder，是ViewRoot内部类。主要帮助ViewRoot实现把Wms的IPC（进程间通信）调用转换为本地的一个异步调用。
Activity类：这个类我们比较熟悉，APK运行的最小单位。
PhoneWindow类：继承自Window类，它里面会放一个DecorView，它提供了一组统一窗口操作的API。
Window类：提供一些通用的窗口操作API.
DecorView类：这是我们所能看到的View的所有，它继承自FrameLayout，我们写的布局view就是放在它这个里面。
**ApplicationThread类：**继承Binder,当Ams想与客户端通信时（即调用客户端的方法时），Ams调用的就是这个类。
**Instrumentation类：**负责直接与Ams对话，比如当客户端想与Ams进行通信时（即调用Ams服务里的方法），都是它去实现单项调用Ams，所有想调用Ams的操作都集中到它这里，它负责单向调用Ams。
**WindowManager：**客户端如果想创建一个窗口得先告诉WindowManager一声，然后它再和WindowManagerService交流一下看看能不能创建，客户端不能直接和WMS交互。

Linux驱动

Linux驱动和Framework相关的主要是两个部分：画家SurfaceFlingger和快递员Binder
每一个窗口都对应一个Surface，SurfaceFlingger主要是把各个Surface显示到同一屏幕上。
Binder是提供跨进程的消息传递。

如下是Android的图形管理系统，其中，SurfaceFlingger负责Layer的合成（composer），创建surface，管理surface。

从apk程序的运行过程去看看上面各个组件的运行过程：

• ActivityThread从main()函数中就开始动起来，然后调用prepareMainLooper()为UI线程创建一个消息快递通道即MessageQueue。
• 接着创建ActivityThread对象，创建过程会创建一个消息装卸工Handler对象和一个快递员Binder对象，其中Binder负责接收远程Ams的IPC调用，接收到调用后让Handler把消息装到消息快递队列，UI线程很忙的都是异步的从消息快递队列中取出消息并执行相应操作，比如 start、stop、pause。
• 然后UI线程让队列调用Looper.loop()方法进入消息循环体，进入后就会不断地从消息队列中读取并处理消息。
• 当ActivityThread接收到Ams发送start某个Activity的快递后就会创建指定的Activity对象。Activity会先按窗户再去按玻璃和贴窗花，所以先创建PhoneWindow->DecorView->创建相应的View或ViewGroup。创建完成后就可以让大家欣赏了，调用WindowManager把界面显示到屏幕上，然后创建ViewRoot，然后调用Wms提供的远程接口添加一个窗口并显示到屏幕上。
• 接下来就是用户的操作，事件线程不断的把消息快递发到事件队列中去，然后事件分发线程秘书逐个取出消息，然后调用Wms中的相应函数处理该消息。

系统运行库层

Android Runtime：一个应用程序一ART

基于寄存器 类都经由JAVA编译器编译 ->SDk(dx 工具)转化成.dex格式（内存优化）由虚拟机执行(依赖linux内核功能,线程内存)

Android 包括了一个核心库，该核心库提供了JAVA编程语言核心库的大多数功能。每一个Android应用程序都在它自己的进程中运行，都拥有一个独立的Dalvik虚拟机实例。Dalvik被设计成一个设备可以同时高效地运行多个虚拟系统。 Dalvik虚拟机执行(.dex)的Dalvik可执行文件，该格式文件针对小内存使用做了优化。同时虚拟机是基于寄存器的，所有的类都经由JAVA编译器编译，然后通过SDK中 的 “dx” 工具转化成.dex格式由虚拟机执行。Dalvik虚拟机依赖于linux内核的一些功能，比如线程机制和底层内存管理机制。

系统库：

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：

Surface Manager：对显示子系统的管理，执行多个应用程序时候，负责管理显示与存取操作间的互动，并且为多个应用程序提供了2D和3D图层的无缝融合
**Media Framework：**多媒体库，基于PacketVideo OpenCore，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
**SQLite：**一个对于所有应用程序可用，功能强劲的轻型关系型数据库引擎。
OpenGL|ES：根据OpenGLES 1.0API标准实现的3D绘图函数库
FreeType：位图(bitmap)和矢量(vector)字体显示，提供点阵字与向量字的描绘与显示
**WebKit：**一套网页浏览器的软件引擎
SGL：底层的2D图形渲染引擎
SSL：在Andorid上通信过程中实现握手
Libc：从BSD继承来的标准C系统函数库（ libc ），专门为基于embedded linux的设备定制的