Android编译和运行原理

Android动态原理包含两部分，一部分是编译原理，另一部分是运行原理。有人会说，搭建一个基于Eclipse的Android开发环境，编译和运行只要点击按钮即可完成。但是，如果只是“知其然而不知其所以然”的话，在后面的开发中一旦遇到奇怪的问题后可能就束手无措啦。所以，即使是作为初学者，如果有计算机基础，最好还是了解一下这两部分的内容。

下面的内容很多都是参考至zuolongsnail的《Android命令行手动编译打包详解》，博文地址：http://www.cnblogs.com/zuolongsnail/archive/2011/05/25/2058210.html，在此由衷的感谢先行者们的努力，让我们这些追随者节省了不少的时间。同时也参考了官网开发资料中Building and Running下的内容。
首先来看一下使用Java语言编写的Android应用程序从源码到安装包的整个过程，示意图如下，其中包含编译、链接和签名等：

（1）使用aapt工具生成R.java文件可以先通过搭建好的Eclipse开发环境（搭建基于EclipseIDE的Android开发环境请参见：http://www.cnblogs.com/Pickuper/archive/2011/06/19/2084358.html）创建一个未编译的Android工程，记的一定要将Eclipse中Project菜单下的Build Automatically选项前面的对勾去掉后再去创建工程。创建好未编译的工程后，在命令行中输入如下命令：d:\android-sdk-windows\platform-tools>aapt package -f -m -M "C:\Documents and Settings\******\workspace\HelloAndroid3\AndroidManifest.xml" -J "C:\Documents and Settings\******\workspace\HelloAndroid3\gen" -S "C:\Documents and Settings\******\workspace\HelloAndroid3\res" -I "D:\android-sdk-windows\platforms\android-10\android.jar"其中-M及紧跟其后的参数是用于指定AndroidManifest.xml（配置文件）的路径，-J及紧跟其后的参数是指定R.java生成路径，-S及后面参数是指定资源文件所在目录，-I及后面参数是指定要包含的Android平台类库；运行后会在工程目录中的gen目录下生成R.java文件。aapt的具体用法可在命令行输入aapt后会看到。R.java文件的作用是提供给程序访问资源的入口，更详细的内容请参见后面关于Android工程的文件结构和详解的博文。（2）使用aidl工具将.aidl文件编译成.java文件AIDL是Android系统提供的一种进程间调用的方式，类似于IPC调用，通过aidl工具将使用Android Interface Definition Language描述的.aidl文件编译成包含java接口类的.java文件，然后进程间遵循这些接口进行相互调用。.aidl文件一般与程序源码文件存放在一起。对于该例子中自动创建的工程来说，没有用到AIDL，所以不进行这一步。aidl工具的用法如下：usage: aidl OPTIONS INPUT [OUTPUT]
aidl --preprocess OUTPUT INPUT...OPTIONS:
-I<DIR> search path for import statements.
-d<FILE> generate dependency file.
-p<FILE> file created by --preprocess to import.
-o<FOLDER> base output folder for generated files.
-b fail when trying to compile a parcelable.INPUT:
An aidl interface file.OUTPUT:
The generated interface files.
If omitted and the -o option is not used, the input filename is used, with the .aidl extension changed to a .java extension.
If the -o option is used, the generated files will be placed in the base output folder, under their package folder（3）使用javac工具将.java文件编译成.class文件d:\Java\jdk1.6.0_25\bin>javac -encoding GB18030 -target 1.6 -bootclasspath "D:\android-sdk-windows\platforms\android-10\android.jar" -d "C:\Documents and Settings\******\workspace\HelloAndroid3\bin" "C:\Documents and Settings\******\workspace\HelloAndroid3\src\com\******\HelloAndroid3\HelloAndroid3.java" "C:\Documents and Settings\******\workspace\HelloAndroid3\gen\com\******\HelloAndroid3\R.java"期间，我本来想使用*.java来描述需要编译的源码文件，但提示找不到，后来将源码文件指定为具体的HelloAndroid3.java文件后才编译通过，奇怪。随后会在工程目录下的bin目录下生成.class文件。（4）使用dx.bat批处理将众多.class文件转换成一个.dex文件D:\android-sdk-windows\platform-tools>dx --dex --output=c:\docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\classes.dexc:\docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\--output及后面的路径指明.dex文件的生成路径；红色标注的路径为.class所在的路径，需要注意的是，这里不能加上包路径，否则会报不匹配的错误，可能在批处理中已将添加包路径。另外，如遇windows系统路径含有空格的话一律使用缩写形式，具体有哪些系统路径及其缩写是什么，还是问度娘吧。成功后便在指定路径下生成了.dex文件。.dex文件是在Android的Dalvik虚拟机上运行的，具体内容后面的运行原理会提到。（5）使用aapt工具打包资源文件D:\android-sdk-windows\platform-tools>aapt package -f -M C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\AndroidManifest.xml -S C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\res -A C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\assets -I D:\android-sdk-windows\platforms\android-10\android.jar -F C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\resources.ap_对照R.java文件的生成，可以看到参数发生了变化，少了-m 和 -J，如果看aapt用法中的描述就知道，-m和-J是结对出现的，用以指明R.java文件的生成路径。-M、-S、-I之前都有提到，这里不再介绍。-F的作用是指明打包后的资源文件的路径，在最后一定要加上文件名，最好加上扩展名。这里参考Eclipse中自动编译时制定的.ap_后缀名。（6）使用apkbuilder生成未签名的apk安装文件D:\android-sdk-windows\tools>apkbuilder C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\HelloAndroid3.apk -v -u -z C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\resources.ap_ -f C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\classes.dex -rf C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\src其中，apkbuilder后面紧跟的路径是生成的apk安装文件的路径，-v参数的作用是指明执行中输出必要信息，具体输出内容如下：Packaging HelloAndroid3.apk
C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\resources.ap_:
=> res/layout/main.xml
=> AndroidManifest.xml
=> resources.arsc
=> res/drawable-hdpi/icon.png
=> res/drawable-ldpi/icon.png
=> res/drawable-mdpi/icon.png
C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\classes.dex => classes.dex-u参数表示生成的是未签名的安装包，-z及后面的路径表明打包了的资源文件的路径，-f及后面的路径指明了.dex文件的路径，-rf指明了源文件的目录。（7）使用jdk中的jarsigner对apk安装文件进行签名签名的目的是保证应用程序的开发者的唯一性，签名需要的东西除了jarsigner工具外还有密钥文件，即.keystore文件，我们这里不产生自己的keystore文件，而是采用Android SDK提供的Debug.keystore文件，其位置是在“我的文档”下的.android目录下。签名的原理及密钥文件的产生等内容在后续的博文中补充。D:\Java\jdk1.6.0_25\bin>jarsigner -keystore C:\Docume~1\******\.android\debug.keystore -storepass android -keypass android -signedjar C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\Hello3.apk C:\Docume~1\******\workspace\HelloAndroid3\bin\HelloAndroid3.apk androiddebugkey-keystore及后面的路径指明密钥文件的位置，-storepass是用于密钥库完整性的口令，-keypass是专用密钥的口令，-signedjar及后面的路径指明签完名的apk文件的路径，紧接着的是需要签名的apk的路径，最后面是密钥的别名。debug.keystore的name和passwords信息是在SDK文档中找到的，具体内容如下：The SDK tools create the debug keystore/key with predetermined names/passwords:Keystore name: "debug.keystore"

Keystore password: "android"

Key alias: "androiddebugkey"

Key password: "android"

CN: "CN=Android Debug,O=Android,C=US"

到此，整个编译打包过程就结束啦。

下面来介绍Android平台应用程序的运行原理。 在阅读了SDK文档中“Application Fundamentals”一篇的内容后，根据自己的理解绘制了下面的示意图：




每个应用程序安装后，系统便会为其分配一个独立的存储空间，所谓的“Security Sandbox”，用于存放字节码文件、资源文件及配置文件等，同时，系统会为每一个应用程序分配唯一的ID，用以标识该应用程序的相关文件和资源，系统通过设置权限从而实现一个应用程序在一般情况下只能访问该应用程序的文件和资源。当应用程序或者它的某个组件需要运行时，系统便为其创建一个Linux进程，每个进程中实例化一个Dalvik虚拟机用以执行程序的字节码。程序运行中根据给自己设定的权限来访问相应的资源。这样的设计保证了应用程序间的独立性和安全性，但是，应用程序常常要访问其他应用程序的数据或者访问系统资源，为此，Android平台提供了两种方式来实现这一目的：
（1）可以安排两个应用程序共享一个ID，从而可以彼此访问对方的文件；还可以安排两个应用程序在一个进程中运行，并共享一个虚拟机
（2）应用程序在安装时，可以通过使用者来设置权限，根据设置的权限应用程序可以发起访问系统资源和数据的请求。---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------了解应用程序运行原理的目的是为了构建应用程序，因此了解上述内容是远远不够的，如果把上述内容理解成物理结构，那么下面所讲的便是以构成应用程序的基本组件为主的逻辑结构。Android应用程序主要由四种不同类型的组件组成，分别是Activity（活动）、Service（服务）、Content Provider（内容提供者）和Broadcast Receiver（广播接收者）：◆Activity是一个显示在设备屏幕上的用户界面组件，有点儿类似视图（View）。一个应用程序可以包含多个Activity来呈现其不同的功能界面。在某一个程序允许的前提下，另一个程序可以启动该程序中的一个Activity来完成相应的功能。◆Service是一个在后台运行的，没有用户界面，用以执行运行周期较长的操作或者执行远程进程的任务的组件。Activity可以启动一个Service并与其绑定用以实现二者之间的交互。◆Content Provider是一个用于数据共享的组件。无论应用程序是以何种数据持久化形式保存的数据，通过Content Provider组件，其他应用程序可以访问或修改该应用程序的数据。◆Broadcast Receiver是一个相应系统范围内的广播消息的组件。广播以Intent对象的形式发送，Broadcast Receiver接收后根据其内容作出相应操作。Android系统这样设计的目的就是凸显组件的复用性，当一个程序需要使用另一个程序的组件时，首先需要向系统发送一个Intent来表明你的意图，系统根据权限设定，在允许的条件下，将组件所在的应用程序的进程启动，组件对应的类被实例化，组件执行完需要的功能后，将结果返回到调用该组件的应用程序，所以，Android应用程序与其他系统的应用程序不同，即没有单一的入口（例如Main函数）。对于组件激活的方式，不同的组件有不同的方式。其中，Activity、Service和Broadcast Receiver是被所谓“Intent”的异步消息激活的，Intent将独立的组件进行绑定；Content Provider是被来自Content Resolver的请求激活的。 根据上述内容，结合自己的理解，将Android应用程序创建和运行的过程用下图描绘：


转自：http://blog.csdn.net/very365_1208/article/details/9000854