360資深Android開發帶你入門Framework
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今天，跟大家聊聊，Framework開發的那些事。
系統應用開發，現在來說，已經開始脫離系統，單獨拿出來開發，系統定製介面，已提供給應用呼叫，用來增強功能。
原生的桌面，撥號，設定，已經沒法做出差異化優勢，因此都費盡心機，來進行應用深度開發。
對於之前維護系統應用模組的人來講，修修補補，真的沒有什麼成長。每天的工作來說，沒有很深的技術壁壘，很容易被別人攻陷。
比如設定，比如聯絡人，在小的改動，修改故障的時候，沒有非常高的要求，做過應用開發的，都可以過來參合一腳，改改問題。而讓一個應用開發得去修改系統介面，估計改的心累，並且猶豫不決。
技術壁壘，也便是自己的競爭優勢。只有頑強的技術能力，並持之以恆的學習，擴充自己的深度，廣度，那麼你的位置則牢不可破，不會輕易被替代。
Framework的核心技術
這節，小編從自身的角度，講講系統應用開發，該如何向Framework進軍，進行學習，掌握更加核心的技術。
這裡有人會說，我做應用風生水起，也遊刃有餘，不比你們做系統Framework的差，何必把系統應用開發的貶的一文不值。這裡要說一下，文中沒有這個意思，你的應用做的有聲有色，賺的盆滿缽滿，這裡肯定有其因素。比如它的效能，它的介面絢麗，百變主題。或者它有智慧識別，等等。這些都叫做差異化產品，有其亮點，特色，才能殺出重圍。
而系統應用開發，我這裡偏向於手機整機開發中的OEM廠商，主要做出系統，能夠保證功能正常，不會花費大量人力精力去做應用深度開發，系統重構的。這裡主要會以追求速度，同時滿足客戶的硬體要求，比如多個霍爾器件，多個溫度感測器，多個皮套功能，等等，但很少去大量改動應用架構，以免影響最終量產。
以上，就是特指的這個應用開發人員。 隨後，我來講講，Framework需要掌握哪些知識呢？
作業系統
360資深Android開發帶你入門Framework
熟悉我的人都知道，我特喜歡把這個放在第一位，原因很簡單，它確實支撐了我隨後的所有知識根基，讓我能夠從容不迫的，將一個個系統拆解出來。
我們就拿安卓來講，啟動過程
Android 啟動過程框架
跟linux如出一轍，所以很容易遷移過來，同時，差異化的init程序，完成初始任務，建立安卓世界的孵化器，既然這裡要進入安卓世界，而安卓世界的基礎語言是java，那麼就需要一個Java虛擬機器，於是孵化器就要構造一個虛擬機器，用來解析執行Java編譯出來的位元組流。而孵化器本身是由c cpp語言實現，於是Java虛擬機器就是由c cpp語言寫出來的，linux作業系統也是c（還有一些彙編）寫出來的，於是Java虛擬機器執行的Java語言，就需要跟c cpp打交道，於是就有了JNI。
孵化器做了幾件事情:
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完成Java虛擬機器的構造
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完成JNI對接Java與c的橋樑
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載入公共的共享庫
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等待別人給它發訊息，建立新程序
在這期間，孵化器要做一件事情，便是建立system_server ，這個程序要做什麼呢？我們建立了一個可以執行Java的虛擬機器，這時我們就要提供一堆系統介面，用來協助應用開發，比如請求網路啦，比如建立介面啦，比如定位啦，獲取儲存卡啦，等等支援，方便使用者開發功能。一個平臺的好壞，往往取決於它的功能是否強大，是否有豐富的技術文件，以及開發除錯工具。
所以就有了一堆執行緒，比如AMS，WMS，PMS，BT，WIFI，這些都可以在/proc/{ system_server_pid}/ tast找到記錄。
有了這些執行緒，那麼我們就可以輕鬆的去實現很多功能啦。這時我們就要配套的開發工具，比如AS編輯器，可以編輯，編譯出來APK，安裝到手機執行。
關於作業系統，需要掌握的知識點為:
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程序，執行緒概念
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互斥，死鎖機制與原理，如何避免死鎖
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記憶體管理機制，虛擬記憶體
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靜態庫與動態庫的區別
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程序之間的記憶體屏障，如何通訊（IPC）
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binder的通訊優勢
這裡先想到這些，注意不是要完成懂所有機制，要的是整體理解即可。如下問題，請思考下，看是否能夠答上來。
如果我寫了一個應用，名字叫做，com.codegg.home 在主activity裡面，載入一個佈局，layout_main. xml，佈局裡面寫入了一個TextView，那麼我想除錯這個TextView，要在com.codegg.home這個程序下斷點，還是在system_server程序下斷點呢？如果是想除錯ActivityThread. java的話？應該在哪個程序下斷點呢？
以上答案，都是com.codegg.home下斷點， 原因是這兩個當前的執行程序，都是在com.codegg.home裡，所以要除錯的話，要在com.codegg.home程序下斷點。
那麼我們再來思考下，我現在要去追應用的啟動過程，start Activity的流程，要在哪個地方下斷點呢？
我們知道這個流程，最終核心的都在Activity manager server裡面，而它是在system server程序裡面，以一個執行緒的狀態存在，於是我們要除錯，就要在system server上面下斷點了。
搞清楚了system server後，以我們熟悉的AMS WMS PMS 舉例。這些服務執行緒，完成應用的請求任務，將結果返回給應用。比如檢視當前執行的所有Activity，就是應用發起請求，從作業系統那裡，先找到server manager，這個手裡拿到一堆服務的控制代碼，也可以說令牌，你只能通過這個找到它。
當server manager一看你有許可權，就幫你把對應的AMS的控制代碼給你，這個控制代碼作業系統也認識，對應到system server的AMS引用上，也就是你通過這個控制代碼，呼叫它的方法，作業系統就會將你的請求，傳遞到system server中去，同時作業系統知道這個控制代碼是AMS的第20號（這個20號代表查詢當前執行的所有Activity的方法），然後就喚醒system server，同時從binder執行緒池，這個執行緒跟AMS一樣，是個執行緒，從執行緒池拿出一個，呼叫AMS的20號方法。
呼叫完成後，從作業系統層面，把資料交給呼叫的應用，實現資料傳輸。這裡面定義的傳遞資料格式是包裹，也就是序列化資料。
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瞭解程序通訊
好了，這塊就說這麼多，主要是說下程序通訊，以及binder這種通訊的簡單邏輯。 這裡說下，為什麼要通訊。
因為作業系統設計，管理的軟體單元是程序，程序間本身不聯絡，彼此看不見。一個程序想跟另一個說話，他兩都認識的人是作業系統。因為他們是由作業系統管理的。作業系統通過從硬碟將程式裝載進入記憶體，同時給每一個分配了程序號，於是他們就都在系統裡面有了標記，同時每個都起了名字，一個叫我就喜歡吃，一個叫我就喜歡喝。喜歡喝的一個人孤單，他不認識喜歡吃的，他就問作業系統，有沒有人喜歡吃的，作業系統一查，說有啊，然後把喜歡吃的的程序號給他，他就可以找到喜歡吃的了。
然後作業系統給他了一輛車，讓他把想給喜歡吃的的東西，裝在車上寄過去。這個車子是作業系統提供的，這個車子就是通訊方式。比如汽車，飛機，步行。
於是程序間的通訊方式就是，從作業系統找到目標，然後拿到通訊方式，用作業系統給的通訊工具，進行通訊。
資料結構和演算法
這塊完成了，我們再來講一個內容:
檔案=檔案頭+檔案內容
我們發現，這裡MP3格式，OGG格式，都屬於一個檔案的格式宣告，這個我們可以用HEX工具開啟MP3檔案，可以看到剛開始的位置，這塊屬於描述後面的內容該如何解析，比如檔名字，檔案大小，檔案格式，系統根據這個描述，嘗試用對應的解碼器解碼，解碼完成後進行播放。
這裡解碼器如何解碼，就是演算法。而檔案頭，就是描述這個檔案的資料結構。
於是，我們就知道
程式=資料結構+演算法
比如我要寫個貪吃蛇，如何描述蛇的狀態，長度，當前軌跡，這些都是需要表徵出來，然後圍繞著這個描述內容，進行操作，這塊就屬於演算法。
完成的程式，執行起來，就是程序。所以程序是一個存在於記憶體的東西，作業系統用一個表格記錄程序資料，比如程序號，父類程序，程序開啟的檔案控制代碼，程序當前狀態，程序的上下文（上下文是儲存當前CPU的暫存器，儲存現場用的，因為暫存器是隻有一份，當一個程序被打斷時候，另個程序執行，那麼之前的就要把它當前的暫存器存下來，防止被別人蓋掉，等到下次自己執行的時候，再恢復回來，保證自己執行正常），程式是存在硬碟或者其他儲存裝置，掉電不會丟失，而程序是記憶體的，所以掉電就不再了。
程式如何載入，系統如何識別的呢？這就又回到開頭的地方，資料結構加演算法，也叫檔案頭和檔案內容。原始碼經過編譯連結，變成一個檔案，我們親切的叫它可執行檔案。那麼我們來說說它。
我們常見的兩種可執行檔案，windows上面稱為PE格式，linux稱為ELF，兩者都是從COFF格式演化來的，這塊參考《連結器與載入器》，喜歡感興趣，可以下載閱讀此書。
360資深Android開發帶你入門Framework
程式是如何在CPU執行的？
那麼有了格式描述，作業系統就知道如何解析它了，然後把對應的程式碼段，資料段，堆疊區域配置好，將程式碼裝載進入記憶體中，然後將下一條執行位置，也就是PC暫存器，指向這個可執行檔案配置的text 入口，這個就是程式的入口點，這個我們去寫的main方法，可以簡單理解成入口，實際情況是在這個前面，系統加入了一些程式碼，為執行此程式做準備，準備OK才會真正呼叫到main方法，這段程式碼叫建立此程序的環境，比如引數，堆疊初始化。
聊到這裡，我們從別的緯度，再來看看。
數位電路的與或非邏輯電路，開啟了新世界的大門。我們用斷點，通電，表示兩個狀態。我們不能說，好像有電，好像沒電，所以，計算機的世界，定義了二進位制，因為是非可以界定，孰是孰非不好界定。
於是，在我們的電路板上，規定了0-0.6V，代表了沒電，4.4-5V，代表了有電，中間的數值，代表了器件的錯誤，不穩定性。
於是沒電用0表示，有電用1表示，實際世界就是兩個區間電壓。
CPU在石英晶振的推動下，執行一條條指令。指令是什麼呢？就是一串串數字，每一串代表一個具體含義。
所以，CPU能夠執行多少條指令，是考量它是否強大的一個重要引數，另一個是它執行一天指令的時間，也叫指令週期，越短越好。也就是兩個CPU同時做一個加法，誰用時短誰就強。
CPU拿到一條指令，就會在石英晶振的推動下，將這條指令執行完，然後將PC暫存器加1，讀取下一條指令。
我們經常遇到的非法指令，就是因為CPU拿到了一個不認識的資料串，導致異常。比如它的指令集裡面，有加法，有減法，你給他說你給我翻個跟頭（非法指令），他罵了一句去你的吧，老子不會（異常報錯）。一般這種情況是指令不識別，比如你用了新的arm指令，又在舊的arm板子執行這個程式，就會掛掉，提示非法指令。
剛開始的作業系統，嵌入式的作業系統，是沒有做記憶體保護，就是程式段可以跳到資料段執行，當然現在加入了記憶體管理單元，會將資料段記憶體描述成可讀可寫不可執行，如果PC（程式暫存器）指向了這個地方，去讀取執行的時候，就會報非法訪問。
如果沒有保護，你去讀取資料段的資料，作為指令執行，出現指令異常就太正常了。
好了，今天就給大家介紹這麼多，有什麼想方法或者建議歡迎留言評論。
【附】相關架構及資料
加群Android IOC架構設計領取獲取往期Android高階架構資料、原始碼、筆記、視訊。高階UI、效能優化、架構師課程、NDK、混合式開發（ReactNative+Weex）微信小程式、Flutter全方面的Android進階實踐技術，群內還有技術大牛一起討論交流解決問題。
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