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tags: [嵌入式系统, 复习, Android开发]
create time: 2026-06-10 11:11
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# Android应用开发基础

## 概述
本文档覆盖Android应用开发的核心知识，包括分层架构、四大组件、Activity生命周期、数据存储、UI布局、权限管理和常用设计模式。这是嵌入式系统课程中移动终端开发部分的复习重点。

## 正文

### 1. Android分层架构

Android系统采用分层架构设计，从底层到顶层分为四层：

```mermaid
graph TD
    A["Applications"] --> B["Application Framework"]
    B --> C["Libraries / Android Runtime"]
    C --> D["Linux Kernel"]

    style A fill:#4fc3f7
    style B fill:#81d4fa
    style C fill:#b3e5fc
    style D fill:#ffcc80
```

| 层级 | 组成 | 说明 |
|------|------|------|
| **Applications** | 短信、电话、浏览器、第三方App | 用户直接使用的应用 |
| **Application Framework** | Activity Manager, Content Provider, Resource Manager, Notification Manager | 提供构建应用的基础API |
| **Libraries / Runtime** | SQLite, OpenGL, WebKit, Media Framework, Dalvik/ART | 系统库和运行时环境 |
| **Linux Kernel** | 驱动、内存管理、进程管理、网络栈 | 底层硬件抽象和系统服务 |

> [!tip] Dalvik vs ART
> - **Dalvik**：Android 4.4之前使用，基于JIT（Just-In-Time）编译
> - **ART**：Android 5.0开始替代Dalvik，使用AOT（Ahead-Of-Time）编译，运行更快但安装更慢

### 2. 四大组件

Android应用由四大核心组件构成：

#### 2.1 Activity（活动）

Activity代表一个**用户界面屏幕**，是用户与应用交互的主要入口。

```java
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
    }
}
```

#### 2.2 Service（服务）

Service在**后台**运行，没有用户界面。适合执行长时间运行的操作（如音乐播放、文件下载）。

两种启动方式：
- **Started Service**：通过startService()启动，独立运行
- **Bound Service**：通过bindService()绑定，提供客户端-服务器接口

#### 2.3 ContentProvider（内容提供者）

ContentProvider用于**跨应用数据共享**。它封装了数据访问接口，其他应用通过ContentResolver来查询和修改数据。

```java
// 在AndroidManifest.xml中注册
<provider
    android:name=".MyContentProvider"
    android:authorities="com.example.myprovider"
    android:exported="true" />
```

> [!question] 为什么需要ContentProvider而不是直接共享数据库？
> ContentProvider提供了统一的数据访问接口和权限控制机制。直接共享数据库会暴露数据结构细节，且难以控制访问权限。

#### 2.4 BroadcastReceiver（广播接收器）

BroadcastReceiver用于接收和响应**系统或应用广播**，实现组件间的松耦合通信。

配置方式有两种：

**XML静态注册**：
```xml
<receiver android:name=".MyReceiver">
    <intent-filter>
        <action android:name="android.intent.action.BOOT_COMPLETED" />
    </intent-filter>
</receiver>
```

**代码动态注册**：
```java
IntentFilter filter = new IntentFilter("com.example.MY_ACTION");
registerReceiver(new MyReceiver(), filter);
```

### 3. Activity生命周期

Activity的生命周期是Android开发的基础知识点：

```mermaid
stateDiagram-v2
    [*] --> Created
    Created --> Started: onCreate -> onStart
    Started --> Running: onResume
    Running --> Paused: onPause
    Paused --> Running: onResume
    Paused --> Stopped: onStop
    Stopped --> Started: onRestart -> onStart
    Stopped --> Created: onDestroy
    Running --> Stopped: onStop
    Paused --> Created: onDestroy
    Created --> [*]: onDestroy

    note right of Created: Activity created
    note right of Started: Visible but not focused
    note right of Running: Foreground, interactive
    note right of Paused: Partially obscured
    note right of Stopped: Fully hidden
```

| 生命周期方法 | 调用时机 | 说明 |
|-------------|----------|------|
| onCreate() | Activity首次创建 | 初始化界面、绑定数据 |
| onStart() | Activity变为可见 | 准备显示 |
| onResume() | Activity获得焦点 | 可与用户交互 |
| onPause() | Activity失去焦点 | 保存临时数据（秒级） |
| onStop() | Activity完全不可见 | 释放资源 |
| onDestroy() | Activity被销毁 | 最终清理 |
| onRestart() | 从Stopped重新启动 | 不会直接到onCreate |

> [!warning] onPause()中不要做耗时操作
> onPause()执行完毕后，新的Activity才会启动。如果在onPause()中做网络请求或大量数据处理，会导致界面切换卡顿。耗时操作应该放到onStop()或异步任务中。

### 4. Intent数据传递

Intent是Android中组件间通信的核心机制，用于启动Activity、Service和发送广播。

**传递数据的两种方式**：

**Serializable**（Java标准序列化）：
```java
// 发送端
Intent intent = new Intent(this, TargetActivity.class);
intent.putExtra("user", (Serializable) userObj);
startActivity(intent);

// 接收端
User user = (User) getIntent().getSerializableExtra("user");
```

**Parcelable**（Android特有序列化，性能更好）：
```java
// 发送端
intent.putExtra("user", (Parcelable) userObj);

// 接收端
User user = getIntent().getParcelableExtra("user");
```

| 比较 | Serializable | Parcelable |
|------|-------------|------------|
| 性能 | 慢（使用反射） | 快（手动实现） |
| 实现 | 简单（实现接口即可） | 复杂（需实现writeToParcel） |
| 用途 | 临时存储、简单对象 | Activity间频繁传递 |
| 开销 | 产生大量临时对象 | 内存开销小 |

### 5. startActivityForResult

当一个Activity需要从另一个Activity**获取返回数据**时，使用startActivityForResult：

```java
// 启动方
Intent intent = new Intent(this, SecondActivity.class);
startActivityForResult(intent, REQUEST_CODE);

// 接收返回数据
@Override
protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {
    if (requestCode == REQUEST_CODE && resultCode == RESULT_OK) {
        String result = data.getStringExtra("result");
        // 处理返回数据
    }
}

// 被启动方设置返回数据
Intent resultIntent = new Intent();
resultIntent.putExtra("result", "hello from second");
setResult(RESULT_OK, resultIntent);
finish();
```

### 6. SQLite数据类型

Android内置SQLite数据库，支持以下5种数据类型：

| 数据类型 | 说明 |
|----------|------|
| NULL | 空值 |
| INTEGER | 整数 |
| REAL | 浮点数 |
| TEXT | 文本字符串 |
| BLOB | 二进制大对象 |

> [!warning] SQLite没有VARCHAR类型
> SQLite使用动态类型系统，TEXT类型可以存储任意长度的字符串，不需要指定VARCHAR(n)。但创建表时写VARCHAR也是合法的（会被忽略长度约束）。

### 7. UI布局

Android支持多种布局方式：

| 布局类型 | 特点 | 适用场景 |
|----------|------|----------|
| **LinearLayout** | 线性排列（水平/垂直） | 简单的行列排列 |
| **RelativeLayout** | 相对定位 | 复杂的相对位置关系 |
| **FrameLayout** | 层叠排列，后面的元素覆盖前面 | 重叠界面、帧动画 |

**SimpleAdapter**用于为ListView等列表控件提供数据：

```java
// 数据源：List<Map<String, Object>>
List<Map<String, Object>> data = new ArrayList<>();
Map<String, Object> item = new HashMap<>();
item.put("title", "标题");
item.put("image", R.drawable.icon);
data.add(item);

// 创建适配器
SimpleAdapter adapter = new SimpleAdapter(
    this,
    data,
    R.layout.list_item,
    new String[]{"title", "image"},    // 数据键
    new int[]{R.id.tvTitle, R.id.ivIcon} // 视图ID
);
listView.setAdapter(adapter);
```

> [!question] SimpleAdapter的数据映射List&lt;Map&gt;中，Map的key和value分别对应什么？
> key是字符串类型的字段名（如"title"），value是该字段的值（如"标题"文本）。适配器通过key从Map中取值，然后绑定到对应的视图控件上。

### 8. 权限管理

Android 7.0将权限分为四种保护级别：

| 权限级别 | 说明 | 安装行为 |
|----------|------|----------|
| **normal** | 低风险权限（如网络访问） | 自动授予 |
| **dangerous** | 高风险权限（如摄像头、位置） | 需要用户确认 |
| **signature** | 只有与应用签名相同的应用才能获得 | 自动授予 |
| **signatureOrSystem** | 签名相同或系统应用才能获得 | 自动授予 |

权限声明方式（AndroidManifest.xml）：
```xml
<uses-permission android:name="android.permission.CAMERA" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" />
```

> [!warning] Android 6.0+运行时权限
> 从Android 6.0开始，dangerous权限需要在运行时动态申请，而不仅仅在Manifest中声明。但signature和normal权限仍然在安装时自动授予。

### 9. SharedPreferences

SharedPreferences是Android提供的轻量级键值对存储机制：

```java
// 保存数据
SharedPreferences prefs = getSharedPreferences("mydata", MODE_PRIVATE);
SharedPreferences.Editor editor = prefs.edit();
editor.putString("username", "admin");
editor.putInt("age", 25);
editor.apply();  // 异步写入

// 读取数据
String name = prefs.getString("username", "default");
int age = prefs.getInt("age", 0);
```

> [!warning] 默认不能跨应用共享
> MODE_PRIVATE表示该SharedPreferences文件只有当前应用可以访问。如果需要跨应用共享数据，应该使用ContentProvider。

### 10. res vs assets

| 比较 | res | assets |
|------|-----|--------|
| 引用方式 | 通过R.java自动生成的ID | 通过AssetManager按文件名访问 |
| 子目录 | 有结构化子目录（drawable, layout等） | 无结构，可自由组织 |
| 自动优化 | 编译时会被压缩/优化 | 原样保留 |
| 文件名限制 | 只能用小写字母、数字、下划线 | 无限制 |

```java
// res资源引用
setContentView(R.layout.activity_main);
ImageView iv = findViewById(R.id.imageView);
iv.setImageResource(R.drawable.icon);

// assets资源访问
InputStream is = getAssets().open("data/config.json");
```

### 11. 单例模式

单例模式确保一个类只有一个实例：

```java
public class DatabaseHelper {
    private static volatile DatabaseHelper instance;

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private DatabaseHelper() {
        // 初始化数据库
    }

    public static DatabaseHelper getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (DatabaseHelper.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new DatabaseHelper();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
```

> [!tip] 双重检查锁定（Double-Checked Locking）
> 单例模式中使用volatile + synchronized实现线程安全的懒加载。volatile防止指令重排序，synchronized保证只创建一次实例。

## 关联笔记
- [[嵌入式系统/试题册/index|试题册索引]]