Android面试之—Android的虚拟机Dalvik 介绍

Dalvik 和标准Java虚拟机（JVM）之间的首要差别之一，就是Dalvik基于寄存器，而JVM基于栈。一直以来都有人在猜测，选择基于寄存器的方式是因为它对提前优化（ahead-of-time optimization）提供了更好的支持，而这对类似于移动电话这样的受限环境是颇有裨益的。另一份针对基于寄存器虚拟机和基于栈虚拟机更深入的比较分析指出，基于寄存器的虚拟机对于更大的程序来说，在它们编译的时候，花费的时间更短。

　　Dalvik和Java之间的另外一大区别就是运行环境——Dalvik经过优化，允许在有限的内存中同时运行多个虚拟机的实例，并且每一个 Dalvik应用作为一个独立的Linux进程执行。Neil Bartlett指出，给每一个应用赋予独立的进程可以允许动态安装、激活和去激活，但是他对Dalvik为什么要选择这种方式而没有使用OSGi在单一进程中实现表示疑问——Radoslav Gerganov回复说，独立的进程可以防止在虚拟机崩溃的时候所有程序都被关闭。Carl Rosenberger也指出OSGi也可以被移植到Android平台，而Jilles van Gurp对Google为何选择重新实现若干组件，如跨进程通信，表示疑问。

　　此外，Java也已经不再是人们在Dalvik上开发所选择的唯一语言了——已经有人在Dalvik上运行Scala取得了成功，并且Hecl也已经被成功移植了。另外更有人对运行Groovy做了一次尝试，不过目前为止还不怎么成功。Mono项目的创始人Miguel de Icaza也对在Dalvik源码公开之后将Mono整合到Dalvik上表示了兴趣，而且也已经有人猜测如何用多种方式来实现整合了，包括与随 Android SDK提供的Java到Dalvik重编译器类似的CIL（Common Intermediate Language，通用中间语言）到Dalvik重编译器。

　　Dalvik的诞生也导致人们开始忧虑Java平台的第一次大规模的分道扬镳或许已经是进行时了——有人已经把Davlik和微软的JVM以及Sun 对微软的诉讼联系起来，等着看Google身上是否也会发生类似事情；另外一些人则指出，Google并没有宣称Dalvik是一个Java实现，而微软却是这样做的。Sun也对可能带来的阵营分裂表达了忧虑情绪，并提出和Google合作来保证Dalvik和JVM之间的兼容性——Google对此的解释是，Dalvik是对解决目前Java ME平台上分裂的一次尝试，也是为了提供一个拥有较少限制许可证的平台。甚至还有人怀疑这是否是Sun和Google两大阵营对Java之未来的一次大规模较量。Ian Skerret认为，Dalvik的诞生是对Sun尝试控制和保护来自Java ME收入来源的一次反应，以及对建立OpenJDK统辖理事会迟迟未果的回答。这也导致Dalibor Topic怀疑Google是否要重履Sun走过的路：

　　当然，一个很有意思的问题是，为什么没人有勇气拿Google关于OpenJDK的问题反过来问Google呢？
　　虽然Android号称开源，但它仍是专有产品。Android做过兼容性保证，是在秘密会议室中签署和保管的。Android不具备任何治理模型，也没有证据指出将来会出现治理模型。Android没有规范，并且它的许可证禁止任何替代实现的开发，因为这并非Google在SDK许可证中授权许可的使用权。Android完全在Google的掌控之下，一旦有竞争性应用在财政上损害了Google的利益，Google是保有一刀抹杀这些应用的权利的。从设计伊始，Android就收到限制，只能在Google的财务利益允许的条件内开放。专有的Java也不是什么好货色，旧瓶装新酒而已。

　　这就好像我们在见证JCP的重生一样，人们排着队把开源社区的“街头信誉”在一个单一的、专有的实现的基础上借给另外一个封闭的厂商垄断集团。只不过这次的大头改姓Google，而不是Sun了。
Stefano Mazzocchi发布了一篇分析报告，深切入里地探讨了围绕Java ME和Dalvik的许可证问题，他得出结论说，Dalvik的市场定位良好，足以给移动电话市场带来冲击。尽管Google一直都很小心避免引起诉讼的几个关键点，但Mazzocchi相信Sun还是会起草知识产权案的状告书（IBM也有可能）。他还指出，由于在JCP之外操作，Google可以非常快地对Android进行更改，而且可以避开Sun对任何JCP更动的否决权——这样他们也可以为诸如USB和蓝牙这样的组件加入接口，而这些组件在基础 Java ME实现中是不可用的。最后，通过在Apache许可证下授权许可Dalvik的源码，移动电话运营商更有可能采用Dalvik，因为运营商可以在不花费许可费用的情况下使用和修改它。

Android面试之—-谈谈你对Java中Native关键字的认识
JNI是J ava Native Interface的缩写。从Java 1.1开始，Java Native Interface (JNI)标准成为java平台的一部分，它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互。JNI一开始是为了本地已编译语言，尤其是C和C++而设计的，但是它并不妨碍你使用其他语言，只要调用约定受支持就可以了。

使用java与本地已编译的代码交互，通常会丧失平台可移植性。但是，有些情况下这样做是可以接受的，甚至是必须的，比如，使用一些旧的库，与硬件、操作系统进行交互，或者为了提高程序的性能。JNI标准至少保证本地代码能工作在任何Java 虚拟机实现下。

JNI（Java Native Interface）的书写步骤

?编写带有native声明的方法的java类
?使用javac命令编译所编写的java类
?使用javah ?jni java类名生成扩展名为h的头文件
?使用C/C++（或者其他编程想语言）实现本地方法
?将C/C++编写的文件生成动态连接库

1) 编写java程序：
这里以HelloWorld为例。
代码1：

class HelloWorld { 
    public native void displayHelloWorld(); 
   
    static { 
        System.loadLibrary("hello"); 
    } 
   
    public static void main(String[] args) { 
        new HelloWorld().displayHelloWorld(); 
    } 
}

class HelloWorld {

public native void displayHelloWorld();

static {

System.loadLibrary("hello");

}

public static void main(String[] args) {

new HelloWorld().displayHelloWorld();

}

声明native方法：如果你想将一个方法做为一个本地方法的话，那么你就必须声明改方法为native的，并且不能实现。其中方法的参数和返回值在后面讲述。
Load 动态库：System.loadLibrary("hello");加载动态库（我们可以这样理解：我们的方法displayHelloWorld()没有实现，但是我们在下面就直接使用了，所以必须在使用之前对它进行初始化）这里一般是以static块进行加载的。同时需要注意的是 System.loadLibrary();的参数“hello”是动态库的名字。
main()方法
2) 编译没有什么好说的了

javac HelloWorld.java
3) 生成扩展名为h的头文件
javah jni HelloWorld
头文件的内容：

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include  
/* Header for class HelloWorld */
   
#ifndef _Included_HelloWorld 
#define _Included_HelloWorld 
#ifdef __cplusplus 
extern "C" { 
#endif 
/* 
* Class: HelloWorld 
* Method: displayHelloWorld 
* Signature: ()V 
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld 
(JNIEnv *, jobject); 
   
#ifdef __cplusplus 
} 
#endif 
#endif

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */

#include

/* Header for class HelloWorld */

#ifndef _Included_HelloWorld

#define _Included_HelloWorld

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

* Class: HelloWorld

* Method: displayHelloWorld

* Signature: ()V

JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld

(JNIEnv *, jobject);

#ifdef __cplusplus

}

#endif

（这里我们可以这样理解：这个h文件相当于我们在java里面的接口，这里声明了一个Java_HelloWorld_displayHelloWorld (JNIEnv *, jobject);方法，然后在我们的本地方法里面实现这个方法，也就是说我们在编写C/C++程序的时候所使用的方法名必须和这里的一致）。
4) 编写本地方法
实现和由javah命令生成的头文件里面声明的方法名相同的方法。
代码2：

#include  
#include "HelloWorld.h" 
#include 
JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld(JNIEnv *env, jobject obj)  
{ 
printf("Hello world!\n"); 
return; 
}

#include

#include "HelloWorld.h"

#include

JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_displayHelloWorld(JNIEnv *env, jobject obj)

{

printf("Hello world!\n");

return;

}

注意代码2中的第1行，需要将jni.h（该文件可以在%JAVA_HOME%/include文件夹下面找到）文件引入，因为在程序中的JNIEnv、 jobject等类型都是在该头文件中定义的；另外在第2行需要将HelloWorld.h头文件引入（我是这么理解的：相当于我们在编写java程序的时候，实现一个接口的话需要声明才可以，这里就是将HelloWorld.h头文件里面声明的方法加以实现。当然不一定是这样）。然后保存为HelloWorldImpl.c就 ok了。
5) 生成动态库
这里以在Windows中为例，需要生成dll文件。在保存HelloWorldImpl.c文件夹下面，使用VC的编译器cl成。
cl -I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32 -LD HelloWorldImp.c -Fehello.dll
注意：生成的dll文件名在选项-Fe后面配置，这里是hello，因为在HelloWorld.java文件中我们loadLibary的时候使用的名字是hello。当然这里修改之后那里也需要修改。另外需要将-I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32参数加上，因为在第四步里面编写本地方法的时候引入了jni.h文件。
6) 运行程序
java HelloWorld就ok。

JNI（Java Native Interface）调用中考虑的问题

在首次使用JNI的时候有些疑问，后来在使用中一一解决，下面就是这些问题的备忘：

1。 java和c是如何互通的？
其实不能互通的原因主要是数据类型的问题，jni解决了这个问题，例如那个c文件中的jstring数据类型就是java传入的String对象，经过jni函数的转化就能成为c的char*。
对应数据类型关系如下表：
Java 类型本地c类型说明
boolean jboolean 无符号，8 位
byte jbyte 无符号，8 位
char jchar 无符号，16 位
short jshort 有符号，16 位
int jint 有符号，32 位
long jlong 有符号，64 位
float jfloat 32 位
double jdouble 64 位
void void N/A

2. 如何将java传入的String参数转换为c的char*，然后使用?
java 传入的String参数，在c文件中被jni转换为jstring的数据类型，在c文件中声明char* test，然后test = (char*)(*env)->GetStringUTFChars(env, jstring, NULL);注意：test使用完后，通知虚拟机平台相关代码无需再访问：(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, jstring, test);

3. 将c中获取的一个char*的buffer传递给java？
这个char*如果是一般的字符串的话，作为string传回去就可以了。如果是含有’\0’的buffer，最好作为bytearray传出，因为可以制定copy的length，如果copy到string，可能到’\0’就截断了。
有两种方式传递得到的数据：
一种是在jni中直接new一个byte数组，然后调用函数(*env)->SetByteArrayRegion(env, bytearray, 0, len, buffer);将buffer的值copy到bytearray中，函数直接return bytearray就可以了。
一种是return错误号，数据作为参数传出，但是java的基本数据类型是传值，对象是传递的引用，所以将这个需要传出的byte数组用某个类包一下，如下：
class RetObj
{
public byte[] bytearray;
}
这个对象作为函数的参数retobj传出，通过如下函数将retobj中的byte数组赋值便于传出。代码如下：
jclass cls;
jfieldID fid;
jbyteArray bytearray;
bytearray = (*env)->NewByteArray(env,len);
(*env)->SetByteArrayRegion(env, bytearray, 0, len, buffer);
cls = (*env)->GetObjectClass(env, retobj);
fid = (*env)->GetFieldID(env, cls, "retbytes", "[B"]);
(*env)->SetObjectField(env, retobj, fid, bytearray);

4. 不知道占用多少空间的buffer，如何传递出去呢？
在jni的c文件中new出空间，传递出去。java的数据不初始化，指向传递出去的空间即可。

Android面试之—-谈谈对android架构的理解
我们对android有了个大致的了解，知道如何搭建android的环境及简单地写一个HelloWorld程序，而且知道一个android项目包括哪些文件夹和文件及相应的作用。本篇将站在顶级的高度——架构，来看android。我开篇就说了，这个系列适合0基础的人且我也是从0开始按照这个步骤来学的，谈架构是不是有点螳臂挡车，自不量力呢？我觉得其实不然，如果一开始就对整个android的架构了然于胸，就不会误入歧途，能够很好地把握全局。本文的主题如下：

* 1、架构图直观
* 2、架构详解
o 2.1、Linux Kernel
o 2.1、Android Runtime
o 2.3、Libraries
o 2.4、Application Framework
o 2.5、Applications
* 3、总结

可以很明显看出，Android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。
2、架构详解

现在我们拿起手术刀来剖析各个部分。其实这部分SDK文档已经帮我们做得很好了，我们要做的就是拿来主义，然后再加上自己理解。下面自底向上分析各层。
2.1、Linux Kernel

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。也就是说各层各司其职，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。
2.2、Android Runtime

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，可以將 Java .class 转换成 .dex 格式。一个dex文件通常会有多个.class。由于dex有時必须进行最佳化，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。
2.3、Libraries

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

2.4、Application Framework

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

2.5、Applications

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！
3、总结

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本身是一套软件堆叠(Software Stack)，或称为「软件叠层架构」，叠层主要分成三层：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。