Android平台<软硬整合实践技术>_答问集 推荐

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高焕堂：MISOO(大数据.大思考)联盟.台北中心和东京(日本)分社.总教练




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Android平台<软硬整合实践技术>_答问集
** 高焕堂老师回答 **
Q-01：在每一个进程里，Android都会创建一个VM的对象。如下图：

请问：为什么不让这些进程来共享同一个VM对象呢?答：设计的考虑视角很多，其中之一是：这样可以避免不同进程里的代码共享一个VM对象，可化解不同App之间的多线程(Multi-threading)开发的可能冲突问题。
Q-02：Android选择了Java与C/C++混合型语言架构。请问：如果将Java改为Python或JavaSctipt等动态语言，会有什么不一样的效果或难题呢?答：设计的考虑视角很多，其中之一是：使用动态语言不融一建构稳定可靠的应用框架(Framework)及其API。反之，Java和 C++强型态(Strong-Typing)语言，能在编译时间(Compiling-Time)进行API规格的检验，可以减少执行时间(Run-time)的可能错误，大幅提升平台(框架)的稳定度。
Q-03：在Android启动过程中，由谁来创建SystemServer进程呢?答：由Linux内核启动用户空间的Init进程，解析脚本文件：Init.rc。这Init.rc是Android的初始化脚本。此时，由Init进程创建ServiceManager和Zygote进程。由Zygote创建了VM进程。

也创建了SystemServer进程。




Q-04：例如有一个App的AndroidManifest.xml文件，其内容如下：
// AndroidManifest.xml <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> ……………… <activity android:name=".FirstActivity" ……………… <activity android:name=".LoadActivity"> ……………… <service android:name=".LoadService" android:process=":remote"> ………………</manifest>请问：这支App总共占用了多少个进程呢? 而FirstActivity、LoadActivity和LoadService三者，各在那一个进程里执行呢?答：FirstActivity和LoadActivity背布署于预设(Default)的App进程里。而LoadService则被布署于名称为“remote”的进程里。此App共占用了 2个进程。如下图：



Q-05： 在Android的System Server进程里，需要一个VM对象吗? 如果需要，它的任务是什么?答：在System Server进程里的Android Service是以Java写成的。需要一个VM的对象来执行这些Java代码。如下图：



Q-06：AMS(Activity Manager Service)系统服务执行于那一个进程里呢? 它的职责是什么?答：被布署于System Server进程里。它的主要职责是：1)管理Activity的生命周期； 2)管理应用层的SDK Service(亦即，App里所定义的Service.java的子类)。
Q-07：谁来实际创建出App进程呢?答：由Zygote所Fork出来的。如下图：


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Q-08：ServiceManager进程的用途时什么呢?答：ServiceManager协助管理系统服务(System Service)，如AMS(Activity Manager Service、WMS(Window Manager Service等)。也协助App来绑定(Bind)系统服务。
Q-09：UI线程是什么?答：如果某个进程里含有Activity组件的话，该进程的主线程(Main Thread)就会去关照UI事件；此时，这个主线程就是俗称的UI线程。
Q-10：关照UI事件(Event)是主线程的重要职责，而且是它的专属职责，其它的子线程并不可以插手存取有关UI画面上的对象属性。请问，为什么会有这样的限制呢? 原因是什么呢?答：在默认情况下，有关UI画面上的对象属性(Attribute)都是单线程(Single-Threading)环境；因而，由UI线程所创建的有关UI画面上的对象的属性值，其它线程不能去存取它。
Q-11：在App执行过程中，有时候Android就会显示出ANR(Activity is Not Responding)小窗口， 向用户询问是否愿意耐心继续等候。请问：会出现ANR告示的主要原因是什么呢?答：当Android发现UI线程的MQ里有些UI事件没来得及(5秒钟内)处理时，Android就会显示出ANR(Activity is Not Responding)小窗口(如下图)，向用户道歉。例如，如果App让主线程去执行耗时的任务(如下载云端的影片，或去播放音乐等)，常常导致UI线程的MQ里有些UI事件没来得及(5秒钟内)处理。

Q-12：小线程与UI线程的通信途径是由小线程将Message丢到UI线程的信箱(就是Message Queue)里。请问：反过来，UI线程与小线程的通信途径是什么呢?答：由UI线程将Message丢到小线程的信箱(但App需要替小线程创建Message Queue)。如下图：

==>參考：认识EIT造形
Q-13：App如何创建小线程的Message Queue呢? 如何写这段代码呢?答：兹撰写范例代码如下：// ac01.java //……public class ac01 extends Activity implements OnClickListener { private Thread t; private Handler h; private String str; public void onCreate(Bundle icicle) { //…….. t = new Thread(new Task()); t.start(); } public void onClick(View v) {switch(v.getId()){ case 101: Message m = h.obtainMessage(1, 33, 1, null); h.sendMessage(m); break; case 102: setTitle(str); break; case 103: h.getLooper().quit(); finish(); break;}}class Task implements Runnable { public void run() { Looper.prepare(); h = new Handler(){ public void handleMessage(Message msg) { str = Thread.currentThread().getName() + ", value=" + String.valueOf(msg.arg1); }};Looper.loop(); }}}
Q-14：在View类别里有个多形(Polymorphic)的onDraw()函数。请问：为什么只限UI线程才能执行这个onDraw()函数呢? 理由是什么?答：因为在撰写onDraw()函数的实现代码时，都默认其为单线程(Single-Threading)环境。所以，只限UI线程才能执行这个onDraw()函数。如下图：

Q-15：在撰写游戏控制循环(Game Loop)的代码时，UI线程可调用框架基类的invalidate()函数，触发重新调用onDraw()，来刷新画面上的绘图。如下图：

请问：小线程也可以调用此invalidate()函数吗?答：其invalidate()函数会处理到UI，而UI是单线程环境，所以小线程不可以调用此invalidate()函数；但小线程能调用postInvalidate()函数，来间接触发主线程去调用invalidate()函数。例如，有个Gameloop类别的代码如下：public class GameLoop extends Thread { myView mView; GameLoop( myView v ) { mView = v; } public void run() { mView.onUpdate(); mView.postInvalidateDelayed(1000); }} 于是，小线程可调用View类别里的postInvalidate()函数来请求UI线程转而调用View类别的inalidate()函数。如下图：

其中，GameLoop的详细任务，如下图：




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Q-16：在View类别体系里，SurfaceView类别比较特殊；请问，其特殊点在哪里?答：小线程可以透过它来绘制UI上的图像。View类别体系是由UI 线程(主线程所执行)。如果需要去迅速更新UI画面或者UI画图需要较长时间(避免阻塞主线程)，就使用SurfaceView。它可以由背景线程(background thead)来执行，而View只能由UI(主)线程执行。这SurfaceView内含高效率的rendering机制，能让背景线程快速更新surface的内容，适合演示动画(animation)。如下图：


在程序里，可以通过SurfaceHolder接口来处理Surface，只要呼叫getHolder()函数就可以取得此接口。当Surface诞生和删除时，框架互呼叫SurfaceCreated()和 SurfaceDestroyed()函数。如下图：




Q-17：在执行Android应用程序的Java代码时，如果Java需要与本地代码(如以C写成的*so动态库)沟通时，VM(虚拟机)扮演甚么角色呢?答：Java代码在VM上执行。如下图：

在执行Java代码的过程中，如果Java需要与本地代码(如以C写成的*so动态库)沟通时，VM就会把*.so视为插件(Plug-in)而加载到VM里，然后让Java函数顺利地呼叫到这插件里的C函数。
Q-18：请问：接续上一题，VM在那一个时间点，会去加载所需要的插件呢?答：请参考下述的代码范例：// MediaPlayer.java类 public class MediaPlayer{ static { System.loadLibrary("media_jni"); } ……..} 当这个Java类被加载(Load)时，就会执行System.loadLibrary()函数，而加载这个media_jni.so插件。如下图：


Q-19：为什么Java与C函数不能直接互相调用呢?答：Java代码执行于VM，它透过VM来调用*.so插件，并不直接调用插件里的本地add()函数。如下图：

C代码执行于CPU，必须透过VM才能获得Java代码的攸关资源，例如取得Java类里的属性及函数ID等。
Q-20：本地C函数(如add()函数)的第1个参数是：JNIEnv *env；如下述代码：// com_misoo_pk01_addActivity.cpp………JNIEXPORT jlong JNICALL Java_com_misoo_pk01_addActivity_add (JNIEnv *env, jobject thiz, jint x, jint y){ // ………. }// ………请问，这个JNIEnv类的内涵是什么? 这个env指针(Pointer)有什么用途呢?答：在Android环境里，每一个线程(Thread)第一次进入VM去调用本地函数时，VM会替它诞生一个相对映的JNIEnv对象，记录该线程的状态。而且，该线程每次调用本地函数时，都会将其对映的JNIEnv对象指针值传递给本地函数。不同的线程，会使用不同的JNIEnv对向来与 VM通信。这样有助于化解多线程的冲突问题。如下图：


Q-21：有两个本地函数f1()和f2()，其代码片段如下：JNIEXPORT jlong JNICALL Java_com_misoo_pk01_addActivity_f1(JNIEnv *env_1, jobject thiz){ // ………. }JNIEXPORT jlong JNICALL Java_com_misoo_pk01_addActivity_f2(JNIEnv *env_2, jobject thiz){ // ………. }}请问：当同一条线程去执行f1()和f2()函数，此时env_1和env_2各指向那一个JNIEnv对象呢?如果有两条线程(如th-x和th-y)都执行f1()函数时，又如何呢?

答：此时env_1和env_2都指向同一个JNIEnv对象。如下图：


如果有两条线程(如th-x和th-y)都执行f1()函数时，此时env_1指向不同的JNIEnv对象。如下图：


如果由不同的线程分别去执行f1()和f2()，此时env_1和env_2各指向不同的JNIEnv对象。如下图：


Q-22：当 UI线程经由VM而去执行本地C函数时，UI线程如何去创建一个小线程呢?答：兹写代码范例如下：/* com.misoo.counter.CounterNative.cpp */#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include "com_misoo_counter_CounterNative.h"jmethodID mid;jclass mClass; JavaVM *jvm;pthread_t thread;int n, sum;void* trRun( void* );void JNICALLJava_com_misoo_counter_CounterNative_nativeSetup(JNIEnv *env, jobject thiz) { jclass clazz = env->GetObjectClass(thiz); mClass = (jclass)env->NewGlobalRef(clazz); mid = env->GetStaticMethodID(mClass, "callback", "(I)V"); }void JNICALL Java_com_misoo_counter_CounterNative_nativeExec(JNIEnv *env, jobject thiz, jint numb){ n = numb; pthread_create( &thread, NULL, trRun, NULL); }void* trRun( void* ){ int status; JNIEnv *env; bool isAttached = false; status = jvm->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_4); if(status < 0) { status = jvm->AttachCurrentThread(&env, NULL); if(status < 0) return NULL; isAttached = true; } sum = 0; for(int i = 0; i<=n; i++) sum += i; env->CallStaticVoidMethod(mClass, mid, sum); if(isAttached) jvm->DetachCurrentThread(); return NULL;}在本地C函数里所创建的小线程，VM并没有给它专属的JNIEnv对象。所以调用AttachCurrentThtread()函数，向VM索取一个JNIEnv对象。取得JNIEnv对象之后，就能调用CallStaticVoidMethod()等函数，请VM协助存取Java层的资源(如调用Java层函数)。
Q-23：Android不允许A进程的函数直接调用另一个B进程里的函数；为什么呢?答：保护 B进程里的数据，避免被别进程的函数去恶意取得或破坏。
Q-24：Android在Java层和C/C++层都定义了IBinder接口。如下图：

其代码定义是：
//IBinder.java
public interface IBinder {
// ..........
public
boolean transact( int code, Parcel data,
Parcel reply,int flags)
throws RemoteException;
// ...........
}

以图形表示如下：



其典型的角色为：

在C&C++层也定义了IBinder接口，如下图：



请问：这个IBinder接口的主要用途是什么?答：做为跨进程(IPC)通信的通用性接口(Interafce)。基于这通用性接口，Binder System驱动(Driver)就能掌控IPC通信，例如进行有效的转址、转型态、高速传递大量数据等工作。
Q-25：什么是Binder线程呢?答：当A进程的myActivity类想调用B进程里的MediaPlayer类别去拨放mp3音乐时，会透过BD(Binder Driver)去进行跨进程的IPC通信，如下图：

A进程里执行myActivity的<A线程>会到BD(Binder Driver)去启动一个<Binder线程>去执行B进程里的MediaPlayer类别。

此刻<A线程>会等待，直到<Binder线程>执行(MediaPlayer类别的事情)完毕才返回，恢复后续工作。AA DD
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