Android进阶解密

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内容简介: 本书是一本Android进阶书籍,主要针对Android 8.0系统源码并结合应用开发相关知识进行介绍。本书共分为17章,从3个方面来组织内容。第一方面介绍Android应用开发所需要掌握的系统源码知识,第二方面介绍JNI、ClassLoader、Java虚拟机、DVM&ART虚拟机和Hook等技术,第三方面介绍热修复原理、插件化原理、绘制优化和内存优化等与应用开发相关的知识点。3个方面有所关联并形成一个知识体系,从而使Android开发者能通过阅读本书达到融会贯通的目的。本书适合有一定基础的Android应用开发工程师、Android系统开发工程师和对Android系统源码感兴趣的读者阅读。

目录: 第1章 Android系统架构 1
1.1 Android系统架构 1
1.2 Android系统源码目录 4
1.2.1 整体结构 4
1.2.2 应用层部分 5
1.2.3 应用框架层部分 6
1.2.4 C/C++程序库部分 6
1.3 源码阅读 7
1.3.1 在线阅读 7
1.3.2 使用Source Insight 9
1.4 本章小结 12
第2章 Android系统启动 13
2.1 init进程启动过程 13
2.1.1 引入init进程 13
2.1.2 init进程的入口函数 14
2.1.3 解析init.rc 17
2.1.4 解析Service类型语句 19
2.1.5 init启动Zygote 20
2.1.6 属性服务 23
2.1.7 init进程启动总结 27
2.2 Zygote进程启动过程 27
2.2.1 Zygote概述 28
2.2.2 Zygote启动脚本 28
2.2.3 Zygote进程启动过程介绍 30
2.2.4 Zygote进程启动总结 38
2.3 SystemServer处理过程 39
2.3.1 Zygote处理SystemServer进程 39
2.3.2 解析SystemServer进程 44
2.3.3 SystemServer进程总结 48
2.4 Launcher启动过程 48
2.4.1 Launcher概述 48
2.4.2 Launcher启动过程介绍 49
2.4.3 Launcher中应用图标显示过程 54
2.5 Android系统启动流程 59
2.6 本章小结 60
第3章 应用程序进程启动过程 61
3.1 应用程序进程简介 61
3.2 应用程序进程启动过程介绍 62
3.2.1 AMS发送启动应用程序进程请求 62
3.2.2 Zygote接收请求并创建应用程序进程 68
3.3 Binder线程池启动过程 75
3.4 消息循环创建过程 78
3.5 本章小结 80
第4章 四大组件的工作过程 81
4.1 根Activity的启动过程 82
4.1.1 Launcher请求AMS过程 82
4.1.2 AMS到ApplicationThread的调用过程 85
4.1.3 ActivityThread启动Activity的过程 94
4.1.4 根Activity启动过程中涉及的进程 99
4.2 Service的启动过程 101
4.2.1 ContextImpl到AMS的调用过程 101
4.2.2 ActivityThread启动Service 103
4.3 Service的绑定过程 110
4.3.1 ContextImpl到AMS的调用过程 111
4.3.2 Service的绑定过程 112
4.4 广播的注册、发送和接收过程 122
4.4.1 广播的注册过程 122
4.4.2 广播的发送和接收过程 127
4.5 Content Provider的启动过程 137
4.5.1 query方法到AMS的调用过程 137
4.5.2 AMS启动Content Provider的过程 143
4.6 本章小结 148
第5章 理解上下文Context 149
5.1 Context的关联类 149
5.2 Application Context的创建过程 151
5.3 Application Context的获取过程 156
5.4 Activity的Context创建过程 156
5.5 Service的Context创建过程 161
5.6 本章小结 163
第6章 理解ActivityManagerService 164
6.1 AMS家族 164
6.1.1 Android 7.0的AMS家族 164
6.1.2 Android 8.0的AMS家族 170
6.2 AMS的启动过程 171
6.3 AMS与应用程序进程 174
6.4 AMS重要的数据结构 176
6.4.1 解析ActivityRecord 177
6.4.2 解析TaskRecord 177
6.4.3 解析ActivityStack 178
6.5 Activity栈管理 181
6.5.1 Activity任务栈模型 181
6.5.2 Launch Mode 182
6.5.3 Intent的FLAG 182
6.5.4 taskAffinity 185
6.6 本章小结 186
第7章 理解WindowManager 187
7.1 Window、WindowManager和WMS 187
7.2 WindowManager的关联类 188
7.3 Window的属性 193
7.3.1 Window的类型和显示次序 193
7.3.2 Window的标志 195
7.3.3 软键盘相关模式 196
7.4 Window的操作 196
7.4.1 系统窗口的添加过程 197
7.4.2 Activity的添加过程 202
7.4.3 Window的更新过程 203
7.5 本章小结 206
第8章 理解WindowManagerService 207
8.1 WMS的职责 207
8.2 WMS的创建过程 209
8.3 WMS的重要成员 217
8.4 Window的添加过程(WMS处理部分) 219
8.5 Window的删除过程 225
8.6 本章小结 230
第9章 JNI原理 231
9.1 系统源码中的JNI 232
9.2 MediaRecorder框架中的JNI 233
9.2.1 Java Framework层的MediaRecorder 233
9.2.2 JNI层的MediaRecorder 234
9.2.3 Native方法注册 235
9.3 数据类型的转换 239
9.3.1 基本数据类型的转换 240
9.3.2 引用数据类型的转换 240
9.4 方法签名 242
9.5 解析JNIEnv 244
9.5.1 jfieldID和jmethodID 245
9.5.2 使用jfieldID和jmethodID 247
9.6 引用类型 249
9.6.1 本地引用 249
9.6.2 全局引用 249
9.6.3 弱全局引用 250
9.7 本章小结 251
第10章 Java虚拟机 252
10.1 概述 252
10.1.1 Java虚拟机家族 253
10.1.2 Java虚拟机执行流程 253
10.2 Java虚拟机结构 254
10.2.1 Class文件格式 255
10.2.2 类的生命周期 256
10.2.3 类加载子系统 257
10.2.4 运行时数据区域 258
10.3 对象的创建 260
10.4 对象的堆内存布局 262
10.5 oop-klass模型 263
10.6 垃圾标记算法 266
10.6.1 Java中的引用 266
10.6.2 引用计数算法 267
10.6.3 根搜索算法 269
10.7 Java对象在虚拟机中的生命周期 270
10.8 垃圾收集算法 271
10.8.1 标记—清除算法 271
10.8.2 复制算法 272
10.8.3 标记—压缩算法 273
10.8.4 分代收集算法 274
10.9 本章小结 275
第11章 Dalvik和ART 276
11.1 Dalvik虚拟机 276
11.1.1 DVM与JVM的区别 276
11.1.2 DVM架构 278
11.1.3 DVM的运行时堆 280
11.1.4 DVM的GC日志 280
11.2 ART虚拟机 281
11.2.1 ART与DVM的区别 281
11.2.2 ART的运行时堆 282
11.2.3 ART的GC日志 283
11.3 DVM和ART的诞生 285
11.4 本章小结 288
第12章 理解ClassLoader 289
12.1 Java中的ClassLoader 289
12.1.1 ClassLoader的类型 289
12.1.2 ClassLoader的继承关系 291
12.1.3 双亲委托模式 292
12.1.4 自定义ClassLoader 295
12.2 Android中的ClassLoader 298
12.2.1 ClassLoader的类型 298
12.2.2 ClassLoader的继承关系 300
12.2.3 ClassLoader的加载过程 302
12.2.4 BootClassLoader的创建 306
12.2.5 PathClassLoader的创建 309
12.3 本章小结 311
第13章 热修复原理 312
13.1 热修复的产生 312
13.2 热修复框架的种类和对比 313
13.3 资源修复 314
13.3.1 Instant Run概述 314
13.3.2 Instant Run的资源修复 315
13.4 代码修复 318
13.4.1 类加载方案 319
13.4.2 底层替换方案 321
13.4.3 Instant Run方案 322
13.5 动态链接库的修复 323
13.5.1 System的load和loadLibarary方法 323
13.5.2 nativeLoad方法分析 327
13.6 本章小结 333
第14章 Hook技术 334
14.1 Hook技术概述 334
14.2 Hook技术分类 336
14.3 代理模式 336
14.3.1 代理模式简单实现 337
14.3.2 动态代理的简单实现 338
14.4 Hook startActivity方法 339
14.4.1 Hook Activity的startActivity方法 340
14.4.2 Hook Context的startActivity方法 343
14.4.3 Hook startActivity总结 344
14.5 本章小结 345
第15章 插件化原理 346
15.1 动态加载技术 346
15.2 插件化的产生 347
15.2.1 应用开发的痛点和瓶颈 347
15.2.2 插件化思想 348
15.2.3 插件化定义 350
15.3 插件化框架对比 351
15.4 Activity插件化 352
15.4.1 Activity的启动过程回顾 352
15.4.2 Hook IActivityManager方案实现 354
15.4.3 Hook Instrumentation方案实现 364
15.4.4 总结 367
15.5 Service插件化 368
15.5.1 插件化方面Service与Activity的不同 368
15.5.2 代理分发实现 370
15.6 ContentProvider插件化 376
15.6.1 ContentProvider的启动过程回顾 376
15.6.2 VirtualApk的实现 377
15.7 BroadcastReceiver的插件化 385
15.7.1 广播插件化思路 386
15.7.2 VirtualApk的实现 386
15.8 资源的插件化 387
15.8.1 系统资源加载 387
15.8.2 VirtualApk实现 389
15.9 so的插件化 390
15.10 本章小结 393
第16章 绘制优化 394
16.1 绘制性能分析 394
16.1.1 绘制原理 395
16.1.2 Profile GPU Rendering 396
16.1.3 Systrace 398
16.1.4 Traceview 404
16.2 布局优化 407
16.2.1 布局优化工具 407
16.2.2 布局优化方法 411
16.2.3 避免GPU过度绘制 419
16.3 本章小结 420
第17章 内存优化 421
17.1 避免可控的内存泄漏 421
17.1.1 什么是内存泄漏 421
17.1.2 内存泄漏的场景 422
17.2 Memory Monitor 428
17.2.1 使用Memory Monitor 429
17.2.2 大内存申请与GC 430
17.2.3 内存抖动 430
17.3 Allocation Tracker 430
17.3.1 使用Allocation Tracker 431
17.3.2 alloc文件分析 431
17.4 Heap Dump 434
17.4.1 使用Heap Dump 434
17.4.2 检测内存泄漏 436
17.5 内存分析工具MAT 438
17.5.1 生成hprof文件 438
17.5.2 MAT分析hprof文件 440
17.6 LeakCanary 448
17.6.1 使用LeakCanary 449
17.6.2 LeakCanary应用举例 449
17.7 本章小结 453

前言: 为什么写这本书
Android进阶二部曲包括《Android进阶之光》和本书,因此写这本书的原因和《Android进阶之光》有些关联,主要有以下几点:
(1)《Android进阶之光》适合初、中级工程师阅读,因此我需要写一本适合中、高级工程师阅读的进阶书。
(2)目前市场上的系统源码分析的书大部分不是专门为应用开发编写的,因此我要专门为Android应用开发编写一本系统源码分析的书,不仅如此,我还要将系统源码和应用开发相结合。
(3)目前Android应用综合类进阶书籍很少,在2017年出版的只有《Android进阶之光》,在2018年我仍要贡献出自己的力量。
(4)目前市面上的源码分析类书籍大部分是基于Android 6.0以前版本的,需要有一本书籍来对更新版本的系统源码进行分析。
(5)《Android进阶之光》覆盖的知识点还远远不够,我希望能覆盖更多的知识点,让更多的人受益。
本书内容
本书共分为17章,各章内容如下:
?    第1章介绍Android系统架构、系统源码目录和如何阅读源码,带领大家走进Android系统源码的世界。
?    第2章介绍Android系统启动过程,为下面的章节做好铺垫。
?    第3章介绍应用程序进程启动过程。
?    第4章介绍四大组件的工作过程,包括根Activity的启动过程,Service的启动和绑定过程,广播的注册、发送和接收过程,Content Provider的启动过程。
?    第5章从源码角度分析上下文Context。
?    第6章介绍ActivityManagerService,包括AMS家族、AMS的启动过程、AMS重要的数据结构和Activity栈管理等内容。
?    第7章介绍WindowManager,包括WindowManager的关联类、Window的属性和Window的操作等内容。
?    第8章介绍WindowManagerService,包括WMS的创建过程、WMS的重要成员和Window的添加过程等内容。
?    第9章结合MediaRecorder框架来介绍JNI的原理。
?    第10章介绍Android开发所需要了解的Java虚拟机知识。
?    第11章介绍Dalvik和ART虚拟机。
?    第12章介绍ClassLoader,它是理解热修复原理和插件化原理必备的知识点。
?    第13章介绍热修复原理,包括热修复框架的对比、资源修复、代码修复和动态链接库的修复。
?    第14章介绍Hook技术,为讲解插件化原理做铺垫。
?    第15章介绍插件化原理,包括插件化的产生、四大组件的插件化、资源的插件化和so的插件化。
?    第16章介绍绘制优化,包括绘制性能分析和布局优化。
?    第17章介绍内存优化,从避免内存泄漏开始讲起,然后介绍常用的内存分析工具Memory Monitor、Allocation Tracker和Heap Dump,最后介绍分析内存泄漏的利器MAT和LeakCanary。
本书特色
本书主要有以下特点:
?    本书的知识点自成体系并且环环相扣,每一个章节都或多或少地与其他章节有所关联。
?    本书是目前市面上少有的专门为Android应用开发者所编写的源码分析类书籍,并且将系统源码和应用开发相结合。
?    本书是目前市面上少有的讲解插件化和热修复原理的书。
?    本书为了更好地讲解知识点,会先介绍一些知识点做铺垫,比如要学习插件化原理,就需要先学习四大组件工作过程、AMS、ClassLoader和Hook技术等相关知识点。
读者对象
本书适合以下读者阅读:
?    有一定基础的Android应用开发工程师。
?    Android系统开发工程师。
?    对Android系统源码感兴趣的读者。
致谢
感谢本书的策划编辑付睿,她在CSDN博客中发现了我,并积极推动本书的出版进度,才使得本书能够及时出版。感谢我的父母以及所有关注我的朋友们,你们的鼓励和认可为我写书以及写博客带来了源源不断的动力。
勘误与互动
本人虽已竭尽全力,但书中难免会有错误,欢迎大家向我反馈,我也会在独立博客和CSDN博客中定期发布本书的勘误信息。
刘望舒     
2018年6月于北京

媒体评论: 市面上不乏帮助新手入门和深入剖析系统源码的Android书籍,而本书则在入门与深究细节之间找到了平衡点,为广大Android工程师点亮了进阶之光。
——何红辉 《Android源码设计模式解析与实战》、《Android开发进阶:从小工到专家》作者
通过阅读本书,作者将带你从系统设计的角度窥探Android开发的进阶技巧,这是一本进阶好书。
——徐宜生 《Android群英传》作者
源码阅读非常重要,本书很好地诠释了一些我们需要熟知的技术原理,读完本书令人豁然开朗。无论是在面试中,还是在实际工作中,本书介绍的都是非常重要的技术内容。这是一本让你进阶成为资深工程师的好书。
——何俊林 《Android音视频开发》作者、爱奇艺前多媒体开发工程师
强烈建议从事系统架构、核心系统开发的朋友仔细阅读本书,它能解放你的思想,给予你无限的启发。同时也建议正在从事应用层开发工作的朋友不要错过本书,它不仅能让你对手中工具的使用知其然,还能知其所以然。
——安卓巴士技术社区
在这个竞争白热化的时代,Android开发者越来越焦虑,因为各种新语言、新框架、新源码层出不穷,甚至应届生通过使用开源框架,分分钟就能设计出界面漂亮、运行流畅的App。如果想在如此残酷的世界里保持竞争力,就需要让自己向底层挖,挖得越深,根基就越稳。我一直非常希望有一本比较新的源码解析类的书籍,可以带领开发者继续前进,而现在,这本书已经到你手上了。
——潘辰星 阿里巴巴无线开发专家
随着Android开发的深入,Android源码、插件化、热修复等技术是一个Android应用开发者必须要涉及的,但市面上很多文章要么讲得太深,深入Native层的实现细节,根本不适合应用开发;要么讲得太浅,很多关键点一笔带过,没有和应用开发很好地结合起来。而望舒的这本书,将Android源码、插件化和热修复等技术与应用开发结合得恰到好处,不仅有基础知识的铺垫,扫清读者的阅读障碍,而且对讲解深度把控合理,不至于深到应用开发根本涉及不到的层面,同时也非常有助于加深开发者对应用开发的理解。
——周泰良 字节跳动Android开发工程师
市面上大多数源码解析的书籍都意在解析源码、加深理解,往往枯燥乏味,开发者难以领会其中精髓,本书的可贵之处是能够结合系统知识和应用知识,给予读者学以致用的信心。作为一个Framework开发者,我可以负责任地说,本书可以帮助读者深入理解源码及运用所学知识。
——杨强 小米资深开发工程师
本书符合市场需求,通过源码分析,详解主流技术,是Android开发进阶的不错选择!
——Tamic 美团高级工程师,“开发者技术前线”作者