Android开发基础——Android简介

本系列文章主要针对Android 10(Q)进行介绍。

Android系统架构

Android大致可以分为4层架构：

Linux内核层
系统运行库层
应用框架层
应用层

Linux内核层

Android系统是基于Linux内核的，这一层为Android设备的各种硬件提供了底层的驱动，如显示驱动，音频驱动，相机驱动，蓝牙驱动，Wi-Fi驱动，电源管理等。

系统运行库层

这一层通过一层C/C++库为Android系统提供了主要的特性支持。如SQLite库提供了数据库的支持，OpenGL|ES提供了3D绘图的支持，Webkit库提供了浏览器内核的支持等。

这一层还有Android运行时库，其主要提供了一些核心库，允许开发者使用Java语言来编写Android应用。另外，Android运行时库中还包含了Dalvik虚拟机(5.0系统之后改为ART运行环境)，其使得每一个Android应用都能运行在独立的进程中，并且拥有一个自己的虚拟机示例。相较于Java虚拟机，Dalvik和ART都是专门针对移动设备定制的，它针对手机内存，CPU性能有限等情况做了优化处理。

应用框架层

这一层主要提供了构建应用程序时可能用到的各种API，Android自带的一些核心应用就是使用这些API完成的，开发者可以使用这些API来构建自己的应用程序。

应用层

所有安装在手机上的应用程序都是属于这一层的，比如系统自带的联系人，短信等程序，或者是从Google Play上下载的软件，自己开发的程序等。

Android应用开发特色

Android系统为开发优秀的应用程序提供了很多便利的功能。

四大组件

Android系统四大组件分别是Activity，Service，BroadcastReceiver和ContentProvider。

Activity是所有应用程序的门面，只要是在应用中能够看到的东西，都是放在Activity中的
Service在后台运行，即使用户退出应用，Service仍然是可以继续运行的
BroadcastReceiver则允许应用接收来自各处的广播信息，比如电话，信息等，而应用也可以向外发出广播信息
ContentProvider则为应用程序之间共享数据提供了可能，比如想要读取系统通讯录中的联系人，就需要通过ContentProvider来实现

系统控件

Android系统为开发者提供了丰富的系统空间，使得用户可以方便地编写漂亮的界面。同时用户还可以定制自己的控件。

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SQLite数据库

Android系统还自带了这种轻量型，运算速度极快的嵌入式关系型数据库。其不仅支持标准的SQL语法，还可以通过Android封装好的API进行操作，让存储和读取数据变得非常方便。

强大的多媒体

Android系统还提供了丰富的多媒体服务，如音乐，视频，录音，拍照等，这些功能都可以在程序中使用代码进行控制，从而丰富应用的功能。

搭建开发环境

前期准备

开发Android程序所需要准备的工具主要有以下3个：

JDK：JDK是Java语言的软件开发工具包，它包含了Java的运行环境，工具集合，基础类库等内容

Android SDK：Android SDK是Google提供的Android开发工具包，在开发Android程序时，需要通过引入该工具包来使用Android相关的API

Android Studio：之前Android项目都是使用Eclipse开发的，通过安装ADT插件就可以用来开发Android程序了。而Android Studio则是Google推出的一款官方的IDE工具，使用更为方便

环境搭建

Google将开发环境的搭建进行了集成，下载最新的开发工具就可以完成整个环境的搭建。工具的下载站点是：

Download Android Studio & App Tools - Android Developers

Android Studio 应用社区-安卓应用下载中心：安卓游戏/安卓软件/游戏合集/软件合集/安卓游戏下载/安卓软件下载

HelloWorld

项目创建

在环境搭建完成之后，当然是编写HelloWorld了。

首先创建一个新的项目：

从上面的项目创建可以看出，能够选择创建手机，平板，可穿戴设备，TV等类型项目，但这里只关注手机和平板。

项目创建中的各项字段含义为：

Name：表示项目名，此处为HelloWorld
Package name：表示项目包名，Android系统通过包名来区分不同应用程序，因此包名一定要具有唯一性。Android Studio会根据应用名称自动生成合适的包名，也可以自行修改
Save location：项目代码存放位置
Lanuage：选择开发语言，可选为Java和Kotlin，这里选择Kotlin(Google推荐)
Minimum SDK：设置项目的最低兼容版本

之后，项目创建成功。

启动模拟器

Android Studio自动生成了很多东西，此时不需要编写任何代码，该项目即可运行。不过在此之前，还需要有一个运行的载体，可以是一个真正的手机，也可以是Android模拟器。这里先使用模拟器运行程序。

模拟器可以在Android Studio的界面上创建，选择设备，下载对应的镜像，然后启动。之后模拟器就会像一个真正的手机一样，有一个开机过程，启动完成后的模拟器如下：

运行项目

现在模拟器已经启动了，之后就可以将该项目运行到模拟器上。

各项图标的含义为：

左侧的锤子：用来编译项目
app下拉列表：用来选择运行哪一个项目，通常app就是当前的主项目
设备下拉列表：用来选择运行到哪个设备
右侧的三角：运行项目
右侧的方框：停止项目

项目运行之后，在模拟器上的显示如下：

之后，在启动器列表中也可以看到多了一个HelloWorld应用：

项目目录

其实整个过程中并没有编写任何代码，但是项目还是可以运行的，这是因为Android Studio已经自动生成的。这里看一下整个项目代码结构：

这里看一下上面显示的内容含义。

.gradle和.idle

这两个目录下放置的都是Android Studio自动生成的一些文件，无须关心，无须手动编辑。

app

项目中的代码，资源等内容都是放置在这个目录下的。

build

这个目录主要包含了一些在编译时自动生成的文件，也无须关心。

gradle

这个目录下包含了gradle wrapper的配置文件，使用gradle wrapper的方式不需要提前将gradle下载好，而是会自动根据本地的缓存情况决定是否需要联网下载gradle。Android Studio默认就是启动gradle wrapper方式的，如果需要更改成离线模式，可以在Settings中进行配置更改。

.gitignore

该文件是用来将指定的目录或文件排除在版本控制之外的。

build.gradle

这是项目全局的gradle构建脚本，通常这个文件中的内容是不需要更改的。

gradle.properties

该文件是全局的gradle配置文件，在这里配置的属性将会影响到项目中所有的gradle编译脚本。

gradles和gradlew.bat

这两个文件是用来在命令行界面中执行gradle命令的，其中gradlew是在Linux或Mac系统中使用的，gradlew.bat是在Windows系统中使用的。

local.properties

该文件用于指定本机中的Android SDK路径，通常内容是自动生成的，无需更改。如果本机中的Android SDK位置发生了变化，将该文件中的路径更改为新的位置即可。

settings.gradle

该文件用于指定项目中所有引入的模块。由于HelloWorld项目中只有一个app模块，因此该文件中也就只引入了app这一个模块。通常情况下，模块的引入是自动完成的。

上面提到的文件和目录大部分都是自动生成的，无需更改，而app目录下内容才是项目中的重点，其结构为：

这里看一下上面显示的内容含义。

build

该目录和之前的build目录类似，也包含了一些在编译时自动生成的文件，其内容也更加复杂，不过也无须关心。

libs

如果项目中包含了第三方jar包，就需要把这些jar包都放在libs目录下，放在这个目录下的jar包会被自动添加到项目的构建路径中。

androidTest

这里是用来编写Android Test测试用例的，可以对项目进行一些自动化测试。

java

该目录是放置所有Java代码的地方，也包含Kotlin的代码，在该目录下，系统已经主动生成了一个MainActivity文件。

res

该目录下的内容包含项目中使用到的所有图片，布局，字符串等资源。该目录还包含很多子目录，图片放在drawable目录下，布局放在layout目录下，字符串放在values目录下。

AndroidManifest.xml

这是整个项目的配置文件，程序中定义的所有四大组件都需要在该文件中注册，另外还可以在该文件中给应用程序添加权限声明。

test

这里用来编写Unit Test测试用例，是对项目进行自动化测试的另一种形式。

.gitignore

该文件用于将app模块内指定的目录或文件排除在版本控制之外，作用和外层的.gitignore

文件类似。

build.gradle

这里app模块的gradle构建脚本，该文件中指定了很多项目构建相关的配置。

proguard-rules.pro

该文件用于指定项目代码的混淆规则，当代码开发完成后打包成安装包文件，如果不希望代码被别人破解，通常会将代码进行混淆。

项目运行规则

这里看一下HelloWorld项目是如何运行的。首先是AndroidManifest.xml文件：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="com.example.helloworld">

    <application
        android:allowBackup="true"
        android:icon="@mipmap/ic_launcher"
        android:label="@string/app_name"
        android:roundIcon="@mipmap/ic_launcher_round"
        android:supportsRtl="true"
        android:theme="@style/Theme.HelloWorld">
        <activity
            android:name=".MainActivity"
            android:exported="true">
            <intent-filter>
                <action android:name="android.intent.action.MAIN" />

                <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
            </intent-filter>
        </activity>
    </application>

</manifest>

上边的文件中，activity节点中的代码段表示对MainActivity的注册，没有在AndroidManifest.xml文件中注册的Activity是不能够使用的。其中intent-filter中的两行代码比较重要，表示MainActivity是该项目的主Activity，在手机上点击应用图标，首先启动的就是该Activity。

而MainActivity其实就是之前启动项目后出现的界面，其代码为：

class MainActivity : AppCompatActivity() {
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
    }
}

从上面可以看出，MainActivity继承自AppCompatActivity的。AppCompatActivity是AndroidX中提供的一种向下兼容的Activity，可以使Activity在不同系统版本中的功能保持一致性。

而Activity类是Android系统提供的一个基类，项目中所有自定义的Activity都必须继承它或者它的子类才能拥有Activity的特性(AppCompatActivity是Activity的子类)。

同时上面的代码中还有一个onCreate()方法，该方法是一个Activity被创建时必定要执行的方法，其中只有两行代码，并且没有“Hello World!”的字样。那么其显示又是从何而来的？

其实Android程序设计讲究逻辑与视图分离，因此更一般的做法是在布局文件中编写界面，然后在Activity中引入进来。可以看到onCreate()方法的第二行调用了setContentView()方法，就是该方法给当前的Activity引入了一个activity_main布局：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".MainActivity">

    <TextView
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="Hello World!"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"
        app:layout_constraintRight_toRightOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />

</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

之前提到图片，布局，字符串等内容都放置在res目录下，同样上面的文件也位于res/layout目录下，上边的TextView中的内容正是"Hello World!"。

项目中的资源

既然所有的资源都是在res目录下的，那么看一下其目录结构：

上边显示的内容中：

drawable：所有以drawable开头的目录都是用来存放图片的
mipmap：所有以mipmap开头的目录都是用来存放应用图标的
values：所有以values开头的目录都是用来存放字符串，样式，颜色等配置的
layout：所有以layout开头的目录都是用来存放布局文件的

而之所以有很多mipmap开头的目录，其实是为了使程序能够更好地兼容各种设备，其它目录也有类似的作用，虽然Android Studio没有自动生成，但是用户也可以手动创建drawable-hdpi，drawable-xhdpi，drawable-xxhdpi等目录。在应用开发时，最好能够为同一张图片准备不同分辨率的版本，放置在对应目录下，程序在运行的时候，会自动根据当前运行设备分辨率的高低选择加载哪个目录下的图片。只不过这是最好的情况，更多的时候只会存在一份图片，此时只要将所有图片都放在drawable-xxhdpi目录下就好了，因为这是最主流的设备分辨率目录。

比如res/values/strings.xml文件：

<resources>
    <string name="app_name">HelloWorld</string>
</resources>

上面文件中定义了app_name，这对应应用程序名的字符串，可以通过两种方式进行应用：

在代码中通过R.string.app_name引用该字符串
在XML中通过@string/app_name引用该字符串

上边提到的是基本的语法，其中string部分可以替换为drawable，以引用图片资源，替换为mipmap，以引用应用图标，替换为layout，以引用布局文件。

比如之前提到的AndroidManifest.xml文件中的icon，lable，roundIcon等都是采用了上面的引用形式：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="com.example.helloworld">

    <application
        android:allowBackup="true"
        android:icon="@mipmap/ic_launcher"
        android:label="@string/app_name"
        android:roundIcon="@mipmap/ic_launcher_round"
        android:supportsRtl="true"
        android:theme="@style/Theme.HelloWorld">
        <activity
            android:name=".MainActivity"
            android:exported="true">
            <intent-filter>
                <action android:name="android.intent.action.MAIN" />

                <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
            </intent-filter>
        </activity>
    </application>

</manifest>

build.gradle文件

Android Studio是通过Gradle进行项目构建的，该工具基于Groovy的领域特定语言(DSL)来进行项目设置，而不同于基于XML的繁琐配置。

在之前的目录结构中，提到存在两个build.gradle文件，一个在最外层的项目目录下，另一个在app目录下，这两个文件都对项目构建起到了重要的作用。这里看一下这两个文件，首先是最外层的build.gradle文件：

// Top-level build file where you can add configuration options common to all sub-projects/modules.
buildscript {
    repositories {
        google()
        mavenCentral()
    }
    dependencies {
        classpath "com.android.tools.build:gradle:7.0.0"
        classpath "org.jetbrains.kotlin:kotlin-gradle-plugin:1.5.20"

        // NOTE: Do not place your application dependencies here; they belong
        // in the individual module build.gradle files
    }
}

task clean(type: Delete) {
    delete rootProject.buildDir
}

上面的代码都是自动生成的：

repositories声明了google()和mavenCentral()两行配置，分别对应了一个代码仓库，声明了这两行配置后，就可以在项目中使用相关的依赖库了
dependencies使用classpath声明了Gradle和Kotlin插件，因为Gradle插件不是专门为创建Android项目而开发的，其它项目如Java/C++也可以使用Gradle来构建，因此需要声明。其声明部分最后表示的是插件的版本号，其一般是和当前Android Studio的版本对应的。而Kotlin插件则表示当前项目是使用Kotlin开发的。

而内层app下的build.gradle文件为：

plugins {
    id 'com.android.application'
    id 'kotlin-android'
}

android {
    compileSdk 33

    defaultConfig {
        applicationId "com.example.helloworld"
        minSdk 21
        targetSdk 33
        versionCode 1
        versionName "1.0"

        testInstrumentationRunner "androidx.test.runner.AndroidJUnitRunner"
    }

    buildTypes {
        release {
            minifyEnabled false
            proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'
        }
    }
    compileOptions {
        sourceCompatibility JavaVersion.VERSION_1_8
        targetCompatibility JavaVersion.VERSION_1_8
    }
    kotlinOptions {
        jvmTarget = '1.8'
    }
}

dependencies {

    implementation 'androidx.core:core-ktx:1.3.2'
    implementation 'androidx.appcompat:appcompat:1.2.0'
    implementation 'com.google.android.material:material:1.3.0'
    implementation 'androidx.constraintlayout:constraintlayout:2.0.4'
    testImplementation 'junit:junit:4.+'
    androidTestImplementation 'androidx.test.ext:junit:1.1.2'
    androidTestImplementation 'androidx.test.espresso:espresso-core:3.3.0'
}

上面的内容中：

plugins：说明了相关的插件
- com.android.application：表示这是一个应用程序模块(com.android.library表示这是一个库模块，两者区别在于应用程序模块可以直接运行，库模块只能作为代码库依附于别的应用程序模块来运行)
- kotlin-android：表示应用了该插件
android：配置项目构建的各种属性
- compileSdk：用于指定项目的编译版本
- defaultConfig：可以配置项目的相关细节
  - applicationId：是每个应用的唯一标识符，默认使用项目创建时指定的包名，如果后期需要更改包名，就是修改这里
  - minSdk：指定项目最低兼容的Android系统版本
  - targetSdk：表示在该目标版本上已经进行了充分测试，系统将会为应用程序启用一些最新的功能和特性
  - versionCode：用于指定项目的版本号
  - versionName：用于指定项目的版本名
  - testInstrumentationRunner：用于在当前项目中启用JUnit测试，可以为当前项目编写测试用例，以保证功能的正确性和稳定性
- buildTypes：用于指定生成安装文件的相关配置，通常只会有两个子项，release和debug
  - release：用于指定生成正式版安装文件的配置
    - minifyEnabled：用于指定是否对项目的代码进行混淆，true表示混淆，false表示不混淆
    - proguardFiles：用于指定混淆时使用的规则文件，这里指定了两个文件，proguard-android-optimize.txt是在Android SDK/tools/prouard目录下的，该目录包含所有项目通用的混淆规则，proguard-rules.pro是在当前项目的根目录下的，里边可以编写当前项目特有的混淆规则
  - debug：用于指定生成测试版安装文件的配置，可以忽略不写。不过通过Android Studio运行项目生成的都是测试版安装文件
- compileOptions：指定编译选项配置
  - sourceCompatibility：指定编译编译.java文件的jdk版本
  - targetCompatibility：确保class文件与targetCompatibility指定版本，或者更新的Java虚拟机兼容
- kotlinOptions：指定Kotlin的相关选项
  - jvmTarget：指定kotlin相关的编译配置
dependencies：指定当前项目的所有依赖关系，通常项目中可能存在三种依赖关系：本地依赖，库依赖和远程依赖。本地依赖可以对本地的jar包或目录添加依赖关系，库依赖可以对项目中的库模块添加依赖关系，远程依赖则可以对之前提到的仓库上的开源项目添加依赖关系
- implementation fileTree()：表示本地依赖声明，这里没有用到
- implementation：表示远程依赖，如 androidx.appcompat:appcompat:1.2.0就是一个标准的远程依赖库格式， androidx.appcompat表示域名部分，用于和其它公司的库做区分，appcompat表示工程名部分，用于和同一个公司中不同的库工程做区分，1.2.0表示版本号，用于和同一个库不同的版本做区分。加上这句声明后，Gradle在项目构建时会首先检查一下本地是否已经有该库的缓存，如果没有的话则会自动联网下载，然后再添加到项目的构建路径中。
- implementation project()：表示库依赖声明，这里没有用到
- testImplementation：用于声明测试用例库
- androidTestImplementation：用于声明测试用例库

日志工具

日志工具类

Android中的日志工具类是Log(Android.util.log)，该类中提供了5种方法来打印日志：

Log.v()：对应级别verbose，级别最低，用于打印琐碎的，重要性最小的日志信息
Log.d()：对应级别debug，级别次低，用于打印一些调试信息，以进行程序调试和分析问题
Log.i()：对应级别info，级别中等，用于打印一些比较重要的数据，以帮助分析用户行为
Log.w()：对应级别warn，级别次高，用于打印一些警告信息，以提示用户可能存在潜在的风险
Log.e()：对应级别error，级别最高，用于打印错误信息，比如catch语句中的内容

为了验证打印内容，可以将之前的MainActivity修改为：

package com.example.helloworld

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity
import android.os.Bundle
import android.util.Log

class MainActivity : AppCompatActivity() {
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
        Log.d("MainActivity","Hello World")
    }
}

在Log.d()中存在两个参数：

tag：一般传入当前类名，主要用于对打印信息进行过滤
msg：实际想要打印的内容

之后运行项目，在Logcat中就可以看到打印信息：

2022-09-04 20:05:49.382 11550-11550/com.example.helloworld D/MainActivity: Hello World

打印的内容包含日期，时间，进程号，包名，日志等级，类名，打印信息，可以说是很详细了。

Log和println()

其实从上面的内容看，Log类的作用就是进行信息的打印，其功能和println差不多，这里将上边的代码进行修改，对比一下：

package com.example.helloworld

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity
import android.os.Bundle
import android.util.Log

class MainActivity : AppCompatActivity() {
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
        Log.d("MainActivity","Hello World")
        println("MainActivity" + " " + "Hello World")
    }
}

其相关打印结果为：

2022-09-04 20:17:06.043 11854-11854/com.example.helloworld D/MainActivity: Hello World
2022-09-04 20:17:06.043 11854-11854/com.example.helloworld I/System.out: MainActivity Hello World

从上面打印结果来看，虽然都能够定位到是MainActivity这个类，但是其形式并没有使用Log类方便。同时使用Log类还有两个好处，一个是可以对打印内容的重要性进行分级，另一个是可以在调试的时候对打印内容进行过滤。

上图显示的内容为：

Show only selected application：表示只显示当前选中程序的日志
Firebase：是Google提供的一个开发者工具和基础架构平台，可以忽略
No Filters：相当于没有过滤器
Edit Filter Configuration：则可以配置过滤器

比如添加如下的过滤器：

这样就能够在Logcat中过滤tag为MainActivity的所有日志。

而Logcat还可以进行日志级别控制：

上图显示的内容为：

Verbose：显示所有等级日志
Debug：显示Debug等级及其以上等级的日志
Info：显示Info等级及其以上等级的日志
Warn：显示Warn等级及其以上等级的日志
Error：显示Error等级及其以上等级的日志
Assert：和Assert有关

同时Logcat中还支持关键字搜索，其功能类似文本编辑器中的内容搜索，不过Logcat中的关键字搜索支持正则表达式。