深入理解Android:卷I[按需印刷]

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内容简介: 《深入理解Android:卷1》是一本以情景方式对Android的源代码进行深入分析的书。内容广泛,以对Framework层的分析为主,兼顾Native层和Application层;分析深入,每一部分源代码的分析都力求透彻;针对性强,注重实际应用开发需求,书中所涵盖的知识点都是Android应用开发者和系统开发者需要重点掌握的。
全书共10章,第1章介绍了阅读本书所需要做的准备工作,主要包括对Android系统架构和源码阅读方法的介绍;第2章通过对Android系统中的MediaScanner进行分析,详细讲解了Android中十分重要的JNI技术;第3章分析了init进程,揭示了通过解析init.rc来启动Zygote以及属性服务的工作原理;第4章分析了Zygote、SystemServer等进程的工作机制,同时还讨论了Android的启动速度、虚拟机HeapSize的大小调整、Watchdog工作原理等问题;第5章讲解了Android系统中常用的类,包括sp、wp、RefBase、Thread等类,同步类,以及Java中的Handler类和Looper类,掌握这些类的知识后方能在后续的代码分析中做到游刃有余;第6章以MediaServer为切入点,对Android中极为重要的Binder进行了较为全面的分析,深刻揭示了其本质。第7章对Audio系统进行了深入的分析,尤其是AudioTrack、AudioFlinger和AudioPolicyService等的工作原理。第8章深入讲解了Surface系统的实现原理,分析了Surface与Activity之间以及Surface与SurfaceFlinger之间的关系、SurfaceFlinger的工作原理、Surface系统中的帧数据传输以及LayerBuffer的工作流程。第9章对Vold和Rild的原理和机制进行了深入的分析,同时还探讨了Phone设计优化的问题;第10章分析了多媒体系统中MediaScanner的工作原理。
本书适合有一定基础的Android应用开发工程师和系统工程师阅读。通过对本书的学习,大家将能更深刻地理解Android系统,从而自如应对实际开发中遇到的难题。

目录: 《深入理解Android:卷1》
第1章 阅读前的准备工作 / 1
1.1 系统架构 / 2
1.1.1 Android系统架构 / 2
1.1.2 本书的架构 / 3
1.2 搭建开发环境 / 4
1.2.1 下载源码 / 4
1.2.2 编译源码 / 6
1.3 工具介绍 / 8
1.3.1 Source Insight介绍 / 8
1.3.3 Busybox的使用 / 11
1.4 本章小结 / 12
第2章 深入理解JNI / 13
2.1 JNI概述 / 14
2.2 学习JNI的实例:MediaScanner / 15
2.3 Java层的MediaScanner分析 / 16
2.3.1 加载JNI库 / 16
2.3.2 Java的native函数和总结 / 17
2.4 JNI层MediaScanner的分析 / 17
2.4.1 注册JNI函数 / 18
2.4.2 数据类型转换 / 22
2.4.3 JNIEnv介绍 / 24
2.4.4 通过JNIEnv操作jobject / 25
2.4.5 jstring介绍 / 27
2.4.6 JNI类型签名介绍 / 28
2.4.7 垃圾回收 / 29
2.4.8 JNI中的异常处理 / 32
2.5 本章小结 / 32
第3章 深入理解init / 33
3.1 概述 / 34
3.2 init分析 / 34
3.2.1 解析配置文件 / 38
3.2.2 解析service / 42
3.2.3 init控制service / 48
3.2.4 属性服务 / 52
3.3 本章小结 / 60
第4章 深入理解zygote / 61
4.1 概述 / 62
4.2 zygote分析 / 62
4.2.1 AppRuntime分析 / 63
4.2.2 Welcome to Java World / 68
4.2.3 关于zygote的总结 / 74
4.3 SystemServer分析 / 74
4.3.1 SystemServer的诞生 / 74
4.3.2 SystemServer的重要使命 / 77
4.3.3 关于 SystemServer的总结 / 83
4.4 zygote的分裂 / 84
4.4.1 ActivityManagerService发送请求 / 84
4.4.2 有求必应之响应请求 / 86
4.4.3  关于zygote分裂的总结 / 88
4.5 拓展思考 / 88
4.5.1 虚拟机heapsize的限制 / 88
4.5.2 开机速度优化 / 89
4.5.3 Watchdog分析 / 90
4.6 本章小结 / 93
第5章 深入理解常见类 / 95
5.1 概述 / 96
5.2 以“三板斧”揭秘RefBase、sp和wp / 96
5.2.1 第一板斧——初识影子对象 / 96
5.2.2 第二板斧——由弱生强 / 103
5.2.3 第三板斧——破解生死魔咒 / 106
5.2.4 轻量级的引用计数控制类LightRefBase / 108
5.2.5 题外话—三板斧的来历 / 109
5.3 Thread类及常用同步类分析 / 109
5.3.1 一个变量引发的思考 / 109
5.3.2 常用同步类 / 114
5.4 Looper和Handler类分析 / 121
5.4.1 Looper类分析 / 122
5.4.2 Handler分析 / 124
5.4.3 Looper和Handler的同步关系 / 127
5.4.4 HandlerThread介绍 / 129
5.5 本章小结 / 129
第6章 深入理解Binder / 130
6.1 概述 / 131
6.2 庖丁解MediaServer / 132
6.2.1 MediaServer的入口函数 / 132
6.2.2 独一无二的ProcessState / 133
6.2.3 时空穿越魔术—defaultServiceManager / 134
6.2.4 注册MediaPlayerService / 142
6.2.5 秋风扫落叶—StartThread Pool和join Thread Pool分析 / 149
6.2.6 你彻底明白了吗 / 152
6.3 服务总管ServiceManager / 152
6.3.1 ServiceManager的原理 / 152
6.3.2 服务的注册 / 155
6.3.3 ServiceManager存在的意义 / 158
6.4 MediaPlayerService和它的Client / 158
6.4.1 查询ServiceManager / 158
6.4.2 子承父业 / 159
6.5 拓展思考 / 162
6.5.1 Binder和线程的关系 / 162
6.5.2 有人情味的讣告 / 163
6.5.3 匿名Service / 165
6.6 学以致用 / 166
6.6.1 纯Native的Service / 166
6.6.2 扶得起的“阿斗”(aidl) / 169
6.7 本章小结 / 172
第7章 深入理解Audio系统 / 173
7.1 概述 / 174
7.2 AudioTrack的破解 / 174
7.2.1 用例介绍 / 174
7.2.2 AudioTrack(Java空间)分析 / 179
7.2.3 AudioTrack(Native空间)分析 / 188
7.2.4 关于AudioTrack的总结 / 200
7.3 AudioFlinger的破解 / 200
7.3.1 AudioFlinger的诞生 / 200
7.3.2 通过流程分析AudioFlinger / 204
7.3.3 audio_track_cblk_t分析 / 230
7.3.4 关于AudioFlinger的总结 / 234
7.4 AudioPolicyService的破解 / 234
7.4.1 AudioPolicyService的创建 / 235
7.4.2 重回AudioTrack / 245
7.4.3 声音路由切换实例分析 / 251
7.4.4 关于AudioPolicy的总结 / 262
7.5 拓展思考 / 262
7.5.1 DuplicatingThread破解 / 262
7.5.2 题外话 / 270
7.6 本章小结 / 272
第8章 深入理解Surface系统 / 273
8.1 概述 / 275
8.2 一个Activity的显示 / 275
8.2.1 Activity的创建 / 275
8.2.2 Activity的UI绘制 / 294
8.2.3 关于Activity的总结 / 296
8.3 初识Surface / 297
8.3.1 和Surface有关的流程总结 / 297
8.3.2 Surface之乾坤大挪移 / 298
8.3.3 乾坤大挪移的JNI层分析 / 303
8.3.4 Surface和画图 / 307
8.3.5 初识Surface小结 / 309
8.4 深入分析Surface / 310
8.4.1 与Surface相关的基础知识介绍 / 310
8.4.2 SurfaceComposerClient分析 / 315
8.4.3 SurfaceControl分析 / 320
8.4.4 writeToParcel和Surface对象的创建 / 331
8.4.5 lockCanvas和unlockCanvasAndPost分析 / 335
8.4.6 GraphicBuffer介绍 / 344
8.4.7 深入分析Surface的总结 / 353
8.5 SurfaceFlinger分析 / 353
8.5.1 SurfaceFlinger的诞生 / 354
8.5.2 SF工作线程分析 / 359
8.5.3 Transaction分析 / 368
8.5.4 关于SurfaceFlinger的总结 / 376
8.6 拓展思考 / 377
8.6.1 Surface系统的CB对象分析 / 377
8.6.2 ViewRoot的你问我答 / 384
8.6.3 LayerBuffer分析 / 385
8.7 本章小结 / 394
第9章 深入理解Vold和Rild / 395
9.1 概述 / 396
9.2 Vold的原理与机制分析 / 396
9.2.1 Netlink和Uevent介绍 / 397
9.2.2 初识Vold / 399
9.2.3 NetlinkManager模块分析 / 400
9.2.4 VolumeManager模块分析 / 408
9.2.5 CommandListener模块分析 / 414
9.2.6 Vold实例分析 / 417
9.2.7 关于Vold的总结 / 428
9.3 Rild的原理与机制分析 / 428
9.3.1 初识Rild / 430
9.3.2 RIL_startEventLoop分析 / 432
9.3.3 RIL_Init分析 / 437
9.3.4 RIL_register分析 / 444
9.3.5 关于Rild main函数的总结 / 447
9.3.6 Rild实例分析 / 447
9.3.7 关于Rild的总结 / 459
9.4 拓展思考 / 459
9.4.1 嵌入式系统的存储知识介绍 / 459
9.4.2 Rild和Phone的改进探讨 / 462
9.5 本章小结 / 463
第10章 深入理解MediaScanner / 464
10.1 概述 / 465
10.2 android.process.media分析 / 465
10.2.1 MSR模块分析 / 466
10.2.2 MSS模块分析 / 467
10.2.3 android.process.media媒体扫描工作的流程总结 / 471
10.3 MediaScanner分析 / 472
10.3.1 Java层分析 / 472
10.3.2 JNI层分析 / 476
10.3.3 PVMediaScanner分析 / 479
10.3.4 关于MediaScanner的总结 / 485
10.4 拓展思考 / 486
10.4.1 MediaScannerConnection介绍 / 486
10.4.2 我问你答 / 487
10.5 本章小结 / 488

前言: 虽然前言位于书的最前面,但往往是最后才完成的。至今,本书的撰写工作算是基本完成了,在书稿付梓之前,心中却有些许忐忑和不安,因为拙著可能会存在Bug。为此,我先为书中可能存在的Bug将给大家带来的麻烦致以真诚的歉意。另外,如果大家发现本书存在纰漏或有必要进一步探讨的地方,请发邮件给我(fanping.deng@gmail.com),我会尽快回复。非常乐意与大家交流。
本书主要内容
全书一共10章,其中一些重要章节中还设置了“拓展思考”部分。这10章的主要内容是:
第1章介绍了阅读本书所需要做的一些准备工作,包括对Android整个系统架构的认识,以及Android开发环境和源码阅读环境的搭建等。注意,本书分析的源码是Android2.2。
第2章通过Android源码中的一处实例深入地介绍了JNI技术。
第3章围绕init进程,介绍了如何解析init.rc以启动Zygote和属性服务(property service)的工作原理。
第4章剖析了zygote和system_server进程的工作原理。本章的拓展思考部分讨论了Andorid的启动速度、虚拟机heapsize的大小调整问题以及“看门狗”的工作原理。
第5章讲解了Android源码中常用的类,如sp、wp、RefBase、Thread类、同步类、Java中的Handler类以及Looper类。这些类都是Android中最常用和最基本的,只有掌握这些类的知识,才能在分析后续的代码时游刃有余。
第6章以MediaServer为切入点,对Binder进行了较为全面的分析。本章拓展思考部分讨论了与Binder有关的三个问题,它们分别是Binder和线程的关系、死亡通知以及匿名Service。笔者希望,通过本章的学习,大家能更深入地认识Binder的本质。
第7章阐述了Audio系统中的三位重要成员AudioTrack、AudioFlinger和AudioPolicyService的工作原理。本章拓展思考部分分析了AudioFlinger中DuplicatingThread的工作原理,并且和读者一道探讨了单元测试、ALSA、Desktop check等问题。通过对本章的学习,相信读者会对Audio系统有更深的理解。
第8章以Surface系统为主,分析了Activity和Surface的关系、Surface和SurfaceFlinger的关系以及SurfaceFlinger的工作原理。本章的拓展思考部分分析了Surface系统中数据传输控制对象的工作原理、有关ViewRoot的一些疑问,最后讲解了LayerBuffer的工作流程。这是全书中难度较大的一章,建议大家反复阅读和思考,这样才能进一步深入理解Surface系统。
第9章分析了Vold和Rild,其中Vold负责Android平台中外部存储设备的管理,而Rild负责与射频通信有关的工作。本章的拓展思考部分介绍了嵌入式系统中与存储有关的知识,还探讨了Rild和Phone设计优化方面的问题。
第10章分析了多媒体系统中MediaScanner的工作原理。在本章的拓展思考部分,笔者提出了几个问题,旨在激发读者深入思考和学习Android的欲望。
本书特色
笔者认为,本书最大的特点在于,较全面、系统、深入地讲解了Android系统中的几大重要组成部分的工作原理,旨在通过直接剖析源代码的方式,引领读者一步步深入于诸如Binder、Zygote、Audio、Surface、Vold、Rild等模块的内部,去理解它们是如何实现的,以及如何工作的。笔者根据研究Android代码的心得,在本书中尝试性地采用了精简流程、逐个击破的方法进行讲解,希望这样做能帮助读者更快、更准确地把握各模块的工作流程及其本质。本书大部分章节中都专门撰写了“拓展思路”的内容,希望这部分内容能激发读者对Android代码进行深入研究的热情。
本书面向的读者
(1)Android应用开发工程师
对于Android应用开发工程师而言,本书中关于Binder,以及sp、wp、Handler和Looper等常用类的分析或许能帮助你迅速适应Android平台上的开发工作。
(2)Android系统开发工程师
Android系统开发工程师常常需要深入理解系统的运转过程,而本书所涉及的内容可能正是他们在工作和学习中最想了解的。那些对具体模块(如Audio系统和Surface系统)感兴趣的读者也可以直接阅读相关章节的内容。
这里有必要提醒一下,要阅读此书,应具有C++的基本知识,因为本书的大部分内容都集中在了Native层。
如何阅读本书
本书是在分析Android源码的基础上展开的,而源码文件所在的路径一般都很长,例如,文件AndroidRuntime.cpp的真实路径就是framework/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp。为了书写方便起见,我们在各章节开头把该章所涉及的源码路径全部都列出来了,而在具体分析源码时,则只列出该源码的文件名。
下面就是一个示例:
[-->AndroidRuntime.cpp]
//这里是源码分析和一些注释。
如有一些需要特别说明的地方,则会用下面的格式表示:
[-->AndroidRuntime.cpp::特别说明]
特别说明可帮助读者找到源码中的对应位置。
另外,本书在描述类之间的关系以及在函数调用流程上使用了UML的静态类图以及序列图。UML是一个强大的工具,但它的建模规范过于烦琐,为更简单清晰地描述事情的本质,本书并未完全遵循UML的建模规范。
本书所使用的UML图都比较简单,读者大可不必花费时间专门学习UML。
本书的编写顺序,其实应该是6、5、4、7、8、9、10、2、3、1章,但出于逻辑连贯性的考虑,还是建议读者按本书的顺序阅读。其中,第2、5、6章分别讲述了JNI、Android常用类以及Binder系统,这些都是基础知识,我们有必要完全掌握。其他部分的内容都是针对单个模块的,例如Zygote、Audio、Surface、MediaScanner等,读者可各取所需,分别对其进行研究。
致谢
首先要感谢杨福川编辑。本书最初的内容来自我的博客,但博客里的文章都没有图,格式也较混乱。是杨编辑最先鼓励我将这些博文整理修改成册,所以我对杨福川编辑的眼光佩服得五体投地。在他的同事杨绣国和白宇的帮助下,我最终才将博客中那些杂乱的文章撰成了今天这本图文并茂、格式工整的书籍。
其次要感谢我的妻子。为写成此书,我几乎将周末所有的时间都花在了工作中,而长时间在生活上对妻子不闻不问。对丈夫呆若木鸡式的冷淡,妻子却给予了最大的宽容。另外,我的岳父母和我的父母亲都给予了我最无私的帮助,他们都是平凡而伟大的父母亲。还有我和妻子的亲戚们,他们的宽厚和善良时刻感动着我。
在IT职业的道路上,非常感念前东家中科大洋公司的领导和同事们,他们是邓伟先生、刘运红先生、王宁先生等。当初,如果没有他们宽容的接纳和细心的指导,现在我不可能成为一名合格的程序员。
非常感谢我现在供职的单位中科创达公司。在这里工作,我常有这样一种感慨:不是所有人都能自己开公司创业的,而又有多少人能够有机会和一个优秀的创业公司一起成长、一起发展呢?创达开明的领导、睿智而富有激情的工作伙伴正是孕育本书的沃土。公司领导赵鸿飞先生、吴安华女士等人更是给予了我最大的肯定和鼓励。
这里要特别提及的是,我的大学同窗,即为本书作序的邓必山先生。如果没有他的推荐,凭自己那份简陋、单薄的简历,是根本无法与Android亲密接触的。另外,他还曾在技术和个人发展上给予过我很多的指导,对此,我将永志不忘!
谢谢那些共享Android知识的网友们!没有大家前期点滴的奉献,或许我至今还在琢磨着某段代码呢。
最后应感谢的是肯花费时间和精力阅读本书的读者,你们的意见和建议将会是我获得的巨大的精神财富!
邓凡平
2011年6月于北京

序言: 近两年来,IT行业的最热点聚焦到了移动互联网上。PC时代,WINTEL联盟成就了英特尔和微软各自的霸业。移动互联网时代,谁将上演新的传奇?新生的Android当年仅用短短一年多的时间就跻身全球智能操作系统的三甲行列。在北美市场,如今Android已经超过iOS和黑莓系统成为老大!Android势不可挡,ARM+Android组合的前景一片光明,越来越多的从业者加入了Android行列!
与带给人们良好用户体验的iOS不一样的是,Android是一个开放的系统,其所有代码都是开源的。因此,对于开发者而言,不仅可以做到知其然,更可以做到知其所以然!
然而,要想知道其所以然,并不是一件简单的事情。回想当初,我开始接触Android的时候,除了Android源码外,其他资料甚少。Android是基于Linux的完整操作系统,其代码量让人望而生畏。可以想象,在没有指导的情况下一头扎进操作系统庞大的代码中是一件让人多么痛苦的事情。时间过得很快,Android生态链已经得到了充分的发展。现在市场上的Android资料已经开始泛滥,书籍已经数不胜数。然而,绝大部分书籍只限于讲解Android应用的开发(拜Android应用API所赐),没有深入到系统级的探讨,极少的所谓提供Android深入指导的资料也只是浅尝辄止。如果想深入了解Android系统,只有华山一条路:自己看Android源代码!
正是因为如此,当初凡平告诉我他要系统地整理其深入钻研Android源代码的心得时,我表示了强烈的赞同。这是一件极少有人做过的事情,这件事情将给已经或即将跨入Android世界的同仁们极大的帮助!这本书里,作者以代码框架为主线,用循序渐进的方式将框架中的关键点一一剖开,从而给读者一个架构清楚、细节完善的立体展现。另外,凡平还会用他的幽默给正在啃枯燥代码的您带来不少笑意和轻松。毫无疑问,如果您想深入了解Android系统,这本书就是您进入Android神秘世界的钥匙。
如果您看准了移动互联网的前景,想深入理解Android,那就让这本书指导您前进吧!
邓必山
2011年6月于北京

媒体评论: 作者是Thundersoft多媒体组的牛人,技术精深,乐于分享,对Android系统有真正的理解。《深入理解Android:卷1》内容给力,语言生动,全书没有一句废话,各章中的“拓展思考”尤为精彩,体现了作者对Android实现原理的深入理解和批判性思考。为什么Android的短信群发很慢?为什么拔出SD卡时有的程序会退出?读者都能从本书中找到诸如此类的各种实际问题的答案。更重要的是,读者能够对Android的整个体系有一个全新的理解。如果你通读了这本书,请一定投一份简历给我们。——Thundersoft(中科创达软件科技(北京)有限公司)
对于Android开发工程师而言,本书不可多得,分析透彻深入,针对性极强。Android系统本身极为庞大,如果要对整个系统进行面面俱到且细致入微地分析,恐怕不是一两本书能完成的。本书从开发者的实际需求出发,有针对性地对Android系统中的重要知识点和功能模块的源代码实现进行了剖析,这样既能帮助开发者解决实际问题,又能使分析深入透彻,而不是停留于表面。强烈推荐!——机锋网(http://www.gfan.com/)
这本书非常实用,绝不是枯燥的源代码分析,是深入理解Android工作机制和实现原理的一本好书。为什么说它实用呢?因为它的最终目的并不是停留着源代码分析上,而是要帮助开发者解决实际问题,于是所有知识点的分析和讲解都是从开发者的实际需求出发的。与一般的源代码分析的书相比较而言,本书在语言上多了几分幽默,更加生动易懂。更重要的是,本书的分析十分深入,探讨了Android相关功能模块的本质。——51CTO移动开发频道(http://mobile.51cto.com/)
随着Android 系统越来越流行,Android应用的需求也在不断变化,对于开发者而言,深入理解Android系统原理显得越来越重要。目前市面上Android 开发相关的图书已经很多,但真正能够系统、深入地讲解Android系统原理的书还乏善可陈。这本书的出版恰逢其时,该书同时兼备深度和广度,以循序渐进的方式,优雅的语言,深入分析到各个模块的源码与原理。另外,它启发性的讲解方式,更有助于读者的学习和思考。——开源中国社区(http://www.oschina.net/)

书摘: 近两年来,IT行业的最热点聚焦到了移动互联网上。PC时代,WINTEL联盟成就了英特尔和微软各自的霸业。移动互联网时代,谁将上演新的传奇?新生的Android当年仅用短短一年多的时间就跻身全球智能操作系统的三甲行列。在北美市场,如今Android已经超过iOS和黑莓系统成为老大!Android势不可挡,ARM+Android组合的前景一片光明,越来越多的从业者加入了Android行列!与带给人们良好用户体验的iOS不一样的是,Android是一个开放的系统,其所有代码都是开源的。因此,对于开发者而言,不仅可以做到知其然,更可以做到知其所以然!然而,要想知道其所以然,并不是一件简单的事情。回想当初,我开始接触Android的时候,除了Android源码外,其他资料甚少。Android是基于Linux的完整操作系统,其代码量让人望而生畏。可以想象,在没有指导的情况下一头扎进操作系统庞大的代码中是一件让人多么痛苦的事情。时间过得很快,Android生态链已经得到了充分的发展。现在市场上的Android资料已经开始泛滥,书籍已经数不胜数。然而,绝大部分书籍只限于讲解Android应用的开发(拜Android应用API所赐),没有深入到系统级的探讨,极少的所谓提供Android深入指导的资料也只是浅尝辄止。如果想深入了解Android系统,只有华山一条路:自己看Android源代码!正是因为如此,当初凡平告诉我他要系统地整理其深入钻研Android源代码的心得时,我表示了强烈的赞同。这是一件极少有人做过的事情,这件事情将给已经或即将跨入Android世界的同仁们极大的帮助!这本书里,作者以代码框架为主线,用循序渐进的方式将框架中的关键点一一剖开,从而给读者一个架构清楚、细节完善的立体展现。另外,凡平还会用他的幽默给正在啃枯燥代码的您带来不少笑意和轻松。毫无疑问,如果您想深入了解Android系统,这本书就是您进入Android神秘世界的钥匙。如果您看准了移动互联网的前景,想深入理解Android,那就让这本书指导您前进吧!