如何在Android上编写高效的Java代码

一、如何在Android上编写高效的Java代码

Java平台一般有三个版本：Java ME（微型版，用于某些手机）、Java SE（标准版，用于台式电脑）、Java EE（企业版，用于服务器端应用）。在谈到Java时，我们通常是指Java SE，因为只有这个版本包含虚拟机和编译器。

首先，Java代码会被编译成称为字节码的中间格式。当字节码在目标电脑上运行时，虚拟机会快速将它解析成目标电脑硬件和操作系统所需要的本机格式。

除了为开发者提供“一次编写，到处运行”的优势，Java还能通过垃圾回收器（GC）实现自动内存管理，开发者可免去手动在代码中释放无用对象的内存。虽然这个功能非常有用，且大大降低了在代码中引入内存问题的风险，但是它会增加运行时的开销，因为需要不停地执行垃圾回收进程。

本文开头将比较Java SE和用于Android开发的Java之间的差异。首先我会介绍开发者习惯的Java

SE语言结构以及它们是如何在Android上运行的。其次，我会介绍如何优化Android中的Java代码，如何优化内存分配，以及如何恰当地处理多线程。

比较Android上的Dalvik Java和Java SE

虽然远在Android出现之前，开发者就能用Java编程语言为移动设备编写应用程序，但它只是Java中功能极为有限的一个版本，称为Java

ME（微型版）。不同的移动设备还需编写不同的代码，因此，写一个应用程序就能在支持Java

ME的任何手机上运行是几乎不可能的。此外，由于当时不存在很好的在线商店，应用发布过程极其复杂。

Android的问世为开发者提供了构建智能手机强大应用的机会，开发者只需用Java编程语言以及他们熟知的标准Java

API编写代码。然而，尽管Android开发者仍使用Java SE编译器来编译应用程序，你会发现，James

Gosling开发的Java和Android设备上的Java存在许多不同之处。

在Android设备上运行的VM（虚拟机）称为Dalvik。它最初由谷歌的Dan

Bornstein开发，适用于CPU和内存受限的移动设备。Java SE和Dalvik Java存在一些差异，主要体现在虚拟机上。Java

SE使用了栈机设计，而Dalvik被设计成了基于寄存器的机器。Android SDK中有一个dx工具，它会把Java

SE栈机器的字节码转换成基于寄存器的Dalvik机器字节码，该转换步骤由IDE自动完成。

基于栈的虚拟机和基于寄存器的虚拟机的定义以及差异将不列入我们的讨论范围。由于历史原因，Android使用基于寄存器的虚拟机。虽然基于寄存器的虚拟机最多可以比基于栈的虚拟机快32％，但这只限于执行时解释字节码的虚拟机（也就是说，解释型虚拟机）。在Android

2.2版本（也称为Froyo）之前，Dalvik虚拟机都是纯解释型的。Froyo版本引入了JIT编译器（即时编译），这是Java

JIT编译，也称为动态翻译。它在执行前把字节码翻译成本机代码（如图1所示），这样主要有两个好处。首先，它消除了那些纯解释型虚拟机的开销；其次，它能对本机代码执行优化，这通常是静态编译代码无法做到的。例如，JIT编译器可以在它运行的CPU上选择最合适的优化，也可以根据应用程序的输入来分析代码是如何运行的，以便进行下一步的优化。

图1Android Java和Java SE翻译步骤

虽然Android的Dalvik JIT编译器有很大的发展前景，但要达到如Java SE的JIT编译器般稳定、成熟度尚需很长一段时间。不过，Dalvik JIT的出现为Android提供了巨大的性能优势，而且它也在不断得以改善。

SE虚拟机和Dalvik虚拟机的另一个区别是，后者进行了优化，可运行在同一个机器上的多个实例中。它在开机时会启动一个叫做zygote的进程，该进程会创建第一个Dalvik实例，由这个实例创建所有其他的实例。当应用程序启动时，zygote进程会收到一个创建新虚拟机实例的请求，并给该应用程序创建一个新进程（如图2所示）。如果开发者已习惯于Java

SE开发，这样的设计可能看起来不切实际，但它有一个很大的优势，可以避免由一个应用程序运行失败导致Dalvik虚拟机崩溃，继而引发多应用程序崩溃。

图2在Android中启动新Dalvik虚拟机实例

SE除了运行的虚拟机不同之外，它们实现API的方式也不一样。Android中属于java和javax包中的API都来自Apache

Harmony（这是一个开源项目，旨在重新实现Java SE软件栈，该项目从2011年11月不再维护）。在开发方面，这些API和Java

SE包中的类似，但也存在一些差别。例如，谷歌对HttpUrlConnection类进行了Java SE版本中所没有的重大升级。

SE中无关的API。例如，Swing/AWT包被完全移除，因为Android使用不同的UI框架。其他被移除的API还有RMI、CORBA、ImageIO和JMX。它们或者被替换为特定的Android版本（在android包空间内），或者因为一些实际原因根本不存在。

SE具备了一些简化编写复杂代码结构的新特性。其中的一些特性会让整个流程变得更简单，但开发者需要了解何时以及如何正确地使用它们。另外，由于Java

SE大多用于服务器端开发（使用Java企业版的API），因而开发人员专门对服务器端Java代码进行了优化。注解和Java虚拟机对脚本语言的支持就是对服务器端开发进行优化的例证。虽然这些工具在构建后端开发时很强大，但在开发Android客户端代码时，这些特性的作用很小，甚至起反作用。Java开发者已经习惯于无限量的RAM和CPU，而Android开发需要密切关注性能和内存分配。简单地说，开发者需要使用稍微不同的方法对待Android和后端的开发。

然而，随着Android的首次发布，情况有所改变。曾经一些在Android上尽量不用的Java规范重新被推荐，这主要因为Android目前的JIT编译器解决了这些规范导致的性能问题。

本文将讨论编写Android应用程序需要了解的Java代码。我们不会深究Java编程语言的细节，而是重点关注对Android开发重要的东西。不过，开发者仍需了解，大多数适用于Java SE的规则和建议同样适用于Android和Dalvik虚拟机。

Java SE 5.0新增了许多方便开发者的新特性。其中最值得期待的是引入了类型安全枚举。枚举在代码中用来表示属于某一组的几个选择。在早期版本的Java中，可以用多个整型常量解决这个问题。虽然这在技术上可行，但是很容易出错。请看下面的代码：

public static final int STOPPED= 10;

public static final int INITIALIZING= 20;

public static final int STARTING= 30;

public static final int RUNNING= 40;

public static final int STOPPING= 50;

public static final int CRASHED= 60;

public void setState(int state){

问题是，虽然这些常量是期望的，但是没有机制保证setState()方法接收不同的值。如果要在设置方法中添加检查，那么一旦得到的是非预期值，开发者就需要处理错误。开发者所需要的是在编译时检查非法赋值。类型安全的枚举解决了这个问题，如下所示：

STOPPED, INITIALIZING, STARTING, RUNNING, STOPPING, CRASHED

public void setState(State state){

注意在声明不同类型安全值的地方新加的内部枚举类。这在编译时就会解决非法赋值的问题，所以代码更不容易出错。

如果Dalvik虚拟机还没有JIT编译器优化代码，不建议在Android平台上使用枚举类型，因为和使用整型常量相比，这种设计带来的内存和性能损失更大。这就是为什么在一些老版本的Android

API中还存在如此多的整型常量的原因。如今有了更强的JIT编译器以及一个不断改进的Dalvik虚拟机，开发者不必再担心这个问题，放心大胆地使用类型安全枚举即可。

然而，仍然存在一些情况使用整型常量是更好的选择。像int这样的Java基本类型，不会增加GC的开销。此外，Android SDK中许多已有的API仍然依赖基本类型，比如Handler类——在这种情况下，你没有太多的选择。

Java SE 5.0还引入了增强版的for循环，提供了一个通用的缩写表达式来遍历集合和数组。首先，比较以下五种方法：

for(int i= 0; i< size; i++){

void loopThree(Collection<String> names){

void loopFour(Collection<String> names){

Iterator<String> iterator= names.iterator();

//不要在ArrayList上使用增强版的for循环

void loopFive(ArrayList<String> names){

for(int i= 0; i< size; i++){

上面显示了四种不同遍历集合和数组的方式。前面两种有着相同的性能，所以如果只是读取元素的话，可以放心地对数组使用增强版for循环。对Collection对象来说，增强版for循环和使用迭代器遍历元素有着相同的性能。ArrayList对象应避免使用增强版for循环。

如果不仅需要遍历元素，而且需要元素的位置，就一定要使用数组或者ArrayList，因为所有其他Collection类在这些情况下会更慢。

一般情况下，如果在读取元素几乎不变的数据集时对性能要求很高，建议使用常规数组。然而，数组的大小固定，添加数据会影响性能，所以编写代码时要考虑所有因素。

通常情况下，应用程序会在一个线程中生产数据，在另一个线程中使用它们。常见的例子是在一个线程中获取网络上的数据，在另一个线程（操作UI的主线程）中把这些数据展现给用户。这种模式称为生产者/消费者模式，在面向对象编程课程中，开发者用算法来实现该模式可能要花上几个小时。下面会介绍一些简化生产者/消费者模式实现的现成类。

虽然已有现成的类并能用更少的代码实现该功能，但许多Java开发者仍然选择使用LinkedList以及同步块实现队列功能。开发者可在java.util.concurrent包中找到同步相关的类。此外，本包还包含信号量、锁以及对单个变量进行原子操作的类。考虑下面使用标准的LinkedList实现线程安全队列的代码。

private LinkedList<String> mList= new LinkedList<String>();

private final Object mLock= new Object();

public void offer(String value){

public synchronized String poll(){

} catch(InterruptedException e){

虽然这段代码是正确的，并有可能在考试中得满分，但实现和测试这样一段代码只是在浪费时间。实际上，所有前面的代码可用下面一行代替。

LinkedBlockingQueue<String> blockingQueue=

new LinkedBlockingQueue<String>();

上面的一行代码能像前面的例子一样提供相同类型的阻塞队列，甚至能提供额外的线程安全操作。java.util.concurrent包含许多可选的队列以及并发映射类，所以，一般情况下，建议使用它们，而不是像之前的示例那样使用更多代码。

Java提供的synchronized关键字允许开发者创建线程安全的方法和代码块。synchronized关键字易于使用，也很容易滥用，对性能造成负面影响。当需要区分读数据和写数据时，synchronized关键字并不是最有效的。幸好，java.util.concurrent.locks包中的工具类对这种情况提供了很好的支持。

public class ReadWriteLockDemo{

private final ReentrantReadWriteLock mLock;

mLock= new ReentrantReadWriteLock();

public void setPersonData(String name, int age, String address){

ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock= mLock.writeLock();

ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock= mLock.readLock();

上面的代码展示了在什么地方使用ReentrantReadWriteLock，它允许多个并发线程对数据进行只读访问，并确保同一时间只有一个线程写入相同的数据。

在代码中使用synchronized关键字仍然是处理锁问题的有效方法，但无论何种情况下，都要考虑ReentrantReadWriteLock是否是

二、简述android源代码的编译过程

编译Android源代码是一个相对复杂的过程，涉及多个步骤和工具。下面我将首先简要概括编译过程，然后详细解释每个步骤。

Android源代码的编译过程主要包括获取源代码、设置编译环境、选择编译目标、开始编译以及处理编译结果等步骤。

1.获取源代码：编译Android源代码的第一步是从官方渠道获取源代码。通常，这可以通过使用Git工具从Android Open Source Project（AOSP）的官方仓库克隆代码来完成。命令示例：`git clone `。

2.设置编译环境：在编译之前，需要配置合适的编译环境。这通常涉及安装特定的操作系统（如Ubuntu的某些版本），安装必要的依赖项（如Java开发工具包和Android Debug Bridge），以及配置特定的环境变量等。

3.选择编译目标：Android支持多种设备和配置，因此编译时需要指定目标。这可以通过选择特定的设备配置文件（如针对Pixel手机的`aosp_arm64-eng`）或使用通用配置来完成。选择目标后，编译系统将知道需要构建哪些组件和变种。

4.开始编译：设置好环境并选择了编译目标后，就可以开始编译过程了。在源代码的根目录下，可以使用命令`make-jN`来启动编译，其中`N`通常设置为系统核心数的1～2倍，以并行处理编译任务，加快编译速度。编译过程中，系统将根据Makefile文件和其他构建脚本，自动下载所需的预构建二进制文件，并编译源代码。

5.处理编译结果：编译完成后，将在输出目录（通常是`out/`目录）中生成编译结果。这包括可用于模拟器的系统镜像、可用于实际设备的OTA包或完整的系统镜像等。根据需要，可以进一步处理这些输出文件，如打包、签名等。

在整个编译过程中，还可能遇到各种依赖问题和编译错误，需要根据错误信息进行调试和解决。由于Android源代码庞大且复杂，完整的编译可能需要数小时甚至更长时间，因此耐心和合适的硬件配置也是成功编译的重要因素。

三、android 开发包括哪些方面

android应用开发框架是 Application Framework.其系统架构由5部分组成，分别是：Linux Kernel、Android Runtime、Libraries、Application Framework、Applications。第二部分将详细介绍这5个部分。下面自底向上分析各层。

Android基于Linux 2.6提供核心系统服务，例如：安全、内存管理、进程管理、网络堆栈、驱动模型。Linux Kernel也作为硬件和软件之间的抽象层，它隐藏具体硬件细节而为上层提供统一的服务。如果你学过计算机网络知道OSI/RM，就会知道分层的好处就是使用下层提供的服务而为上层提供统一的服务，屏蔽本层及以下层的差异，当本层及以下层发生了变化不会影响到上层。也就是说各层各尽其职，各层提供固定的SAP（Service Access Point），专业点可以说是高内聚、低耦合。如果你只是做应用开发，就不需要深入了解Linux Kernel层。

Android包含一个核心库的集合，提供大部分在Java编程语言核心类库中可用的功能。每一个Android应用程序是Dalvik虚拟机中的实例，运行在他们自己的进程中。Dalvik虚拟机设计成，在一个设备可以高效地运行多个虚拟机。Dalvik虚拟机可执行文件格式是.dex，dex格式是专为Dalvik设计的一种压缩格式，适合内存和处理器速度有限的系统。大多数虚拟机包括JVM都是基于栈的，而Dalvik虚拟机则是基于寄存器的。两种架构各有优劣，一般而言，基于栈的机器需要更多指令，而基于寄存器的机器指令更大。dx是一套工具，可以将 Java.class转换成.dex格式。一个dex文件通常会有多个.class。由于dex有时必须进行最佳化，会使文件大小增加1-4倍，以ODEX结尾。 Dalvik虚拟机依赖于Linux内核提供基本功能，如线程和底层内存管理。

Android包含一个C/C++库的集合，供Android系统的各个组件使用。这些功能通过Android的应用程序框架（application framework）暴露给开发者。下面列出一些核心库：系统C库--标准C系统库（libc）的BSD衍生，调整为基于嵌入式Linux设备媒体库--基于PacketVideo的OpenCORE。这些库支持播放和录制许多流行的音频和视频格式，以及静态图像文件，包括MPEG4、 H.264、 MP3、 AAC、 AMR、JPG、 PNG界面管理--管理访问显示子系统和无缝组合多个应用程序的二维和三维图形层 LibWebCore--新式的Web浏览器引擎,驱动Android浏览器和内嵌的web视图 SGL--基本的2D图形引擎 3D库--基于OpenGL ES 1.0 APIs的实现。库使用硬件3D加速或包含高度优化的3D软件光栅 FreeType--位图和矢量字体渲染 SQLite--所有应用程序都可以使用的强大而轻量级的关系数据库引擎

通过提供开放的开发平台，Android使开发者能够编制极其丰富和新颖的应用程序。开发者可以自由地利用设备硬件优势、访问位置信息、运行后台服务、设置闹钟、向状态栏添加通知等等，很多很多。开发者可以完全使用核心应用程序所使用的框架APIs。应用程序的体系结构旨在简化组件的重用，任何应用程序都能发布他的功能且任何其他应用程序可以使用这些功能（需要服从框架执行的安全限制）。这一机制允许用户替换组件。所有的应用程序其实是一组服务和系统，包括：视图（View）--丰富的、可扩展的视图集合，可用于构建一个应用程序。包括包括列表、网格、文本框、按钮，甚至是内嵌的网页浏览器内容提供者（Content Providers）--使应用程序能访问其他应用程序（如通讯录）的数据，或共享自己的数据资源管理器（Resource Manager）--提供访问非代码资源，如本地化字符串、图形和布局文件通知管理器（Notification Manager）--使所有的应用程序能够在状态栏显示自定义警告活动管理器（Activity Manager）--管理应用程序生命周期,提供通用的导航回退功能

Android装配一个核心应用程序集合，包括电子邮件客户端、SMS程序、日历、地图、浏览器、联系人和其他设置。所有应用程序都是用Java编程语言写的。更加丰富的应用程序有待我们去开发！从上面我们知道Android的架构是分层的，非常清晰，分工很明确。Android本身是一套软件堆迭(Software Stack)，或称为「软件迭层架构」，迭层主要分成三层：操作系统、中间件、应用程序。从上面我们也看到了开源的力量，一个个熟悉的开源软件在这里贡献了自己的一份力量。