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商品描述
全書從操作系統的基礎知識入手,全面剖析進程/線程、內存管理、Binder機制、GUI顯示系統、多媒體管理、輸入系統、虛擬機等核心技術在Android中的實現原理。書中講述的知識點大部分來源於工程項目研發,因而具有較強的實用性,希望可以讓讀者“知其然,更知其所以然”。本書分為編譯篇、系統原理篇、應用原理篇、系統工具篇,共4篇25章,基本涵蓋了參與Android開發所需具備的知識,並通過大量圖片與實例來引導讀者學習,以求盡量在源碼分析外為讀者提供更易於理解的思維方式。
本書既適合Android系統工程師,也適合於應用開發工程師來閱讀,從而提升Android開發能力。讀者可以在本書潛移默化的學習過程中更深刻地理解Android系統,並將所學知識自然地應用到實際開發難題的解決中。
編輯推薦
基於Android SDK zui新版本
全面剖析了進程/線程、內存管理、Binder機制、GUI顯示系統、多媒體管理、輸入系統等核心知識在Android中的實現原理Android安全機制虛擬內存優化性能優化
通過大量圖片與實例來引導讀者學習,以求盡量在源碼分析外,為讀者提供更易於理解的思維路徑
由淺入深,由總體框架再到細節實現,讓讀者盡快瞭解Android內核的設計思想
作者簡介
林學森,作者曾於多家跨國企業擔任研發和管理工作,並已在國內外會議、雜誌上發表多篇一作文章,獲得多個發明專利。現為某世界500強科技公司高級專家、資深架構師,在業界也比較有影響力。
目錄大綱
第1篇Android編譯篇
第1章Android系統簡介2
1.1 Android系統發展歷程2
1.2 Android系統特點4
1.3 Android系統框架8
第2章Android源碼下載及編譯11
2.1 Android源碼下載指南11
2.1.1基於Repo和Git的
版本管理11
2.1.2 Android源碼下載流程12
2.2原生Android系統編譯指南16
2.2.1建立編譯環境16
2.2.2編譯流程19
2.3定制產品的編譯與燒錄22
2.3.1定制新產品22
2.3.2 Linux內核編譯26
2.3.3燒錄/升級系統27
2.4 Android Multilib Build 28
2.5 Android系統映像文件31
2.5.1 boot.img 32
2.5.2 ramdisk.img 34
2.5.3 system.img 35
2.5. 4 Verified Boot 35
2.6 ODEX流程37
2.7 OTA系統升級39
2.7.1生成升級包39
2.7.2獲取升級包40
2.7.3 OTA升級—Recovery
模式41
2.8 Android反編譯44
2.9 NDK Build 46
2.10第三方ROM的移植48
第3章Android編譯系統50
3.1 Makefile入門50
3.2 Android編譯系統52
3.2.1 Makefile依賴樹的概念53
3.2.2 Android編譯系統抽象
模型53
3.2.3樹根節點droid 54
3.2 .4 main.mk解析55
3.2.5 droidcore節點59
3.2.6 dist_files 61
3.2.7 Android.mk的編寫規則61
3.3 Jack Toolchain 64
3.4 SDK的編譯過程68
3.4.1 envsetup.sh 68
3.4.2 lunch sdk -eng 70
3.4.3 make sdk 75
3.5 Android系統GDB調試85
第2篇Android原理篇
第4章操作系統基礎90
4.1計算機體系結構
(Computer Architecture) 90
4.1.1馮諾依曼結構90
4.1.2哈佛結構90
4.2什麼是操作系統91
4.3進程間通信的經典實現93
4.3.1共享內存
(Shared Memory) 94
4.3.2管道(Pipe) 95
4.3.3 UNIX Domain Socket 97
4.3.4 RPC(Remote Procedure Calls) 99
4.4同步機制的經典實現100
4.4.1信號量(Semaphore) 100
4.4.2 Mutex 101
4.4.3管程(Monitor) 101
4.4.4 Linux Futex 102
4.4.5同步範例103
4.5 Android中的同步機制104
4.5.1進程間同步——Mutex 104
4.5.2條件判斷——Condition 105
4.5.3 “柵欄、障礙”
——Barrier 107
4.5.4加解鎖的自動化操作
——Autolock 108
4.5.5讀寫鎖— —Reader
WriterMutex 109
4.6操作系統內存管理基礎110
4.6.1虛擬內存
(Virtual Memory) 110
4.6.2內存保護
(Memory Protection) 113
4.6.3內存分配與回收113
4.6.4進程間通信——mmap 114
4.6.5寫時拷貝技術
(Copy on Write) 115
4.7 Android中的Low
Memory Killer 115
4.8 Android匿名共享內存
(Anonymous Shared Memory) 118
4.8.1 Ashmem設備118
4.8.2 Ashmem應用實例122
4.9 JNI 127
4.9.1 Java函數的本地實現127
4.9.2本地代碼訪問JVM 130
4.10 Java中的反射機制132
4.11學習Android系統的兩條線索133
第5章Android進程/線程和
程序內存優化134
5.1 Android進程和線程134
5.2 Handler, MessageQueue,
Runnable與Looper 140
5.3 UI主線程——ActivityThread 147
5.4 Thread類150
5.4.1 Thread類的內部原理150
5.4.2 Thread休眠和喚醒151
5.4.3 Thread實例155
5.5 Android應用程序如何利用
CPU的多核處理能力157
5.6 Android應用程序的典型啟
動流程157
5.7 Android程序的內存管理與優化159
5.7.1 Android系統 內存使用
的限制159
5.7.2 Android中的內存洩露與
內存監測160
第6章進程間通信— Binder 166
6.1智能指針169
6.1.1智能指針的設計理念169
6.1.2強指針sp 172
6.1.3弱指針wp 173
6.2進程間的數據傳遞載體
——Parcel 179
6.3 Binder驅動與協議187
6.3.1打開Binder驅動
——binder_open 188
6.3.2 binder_mmap 189
6.3.3 binder_ioctl 192
6.4 “DNS”服務器——Service
Manager( Binder Server) 193
6.4.1 ServiceManager的啟動193
6.4.2 ServiceManager的構建194
6.4.3獲取ServiceManager服
務—設計思考199
6.4.4 ServiceManagerProxy 203
6.4.5 IBinder和BpBinder 205
6.4.6 ProcessState和IPCThreadState 207
6.5 Binder客戶端——Binder Client 237
6.6 Android接口描述語言——AIDL 242
6.7匿名Binder Server 254
第7章Android啟動過程257
7.1第一個系統進程(init) 257
7.1.1 init.rc語法257
7.1.2 init .rc實例分析260
7.2系統關鍵服務的啟動簡析261
7.2.1 Android的“DNS服務器”
——ServiceManag er 261
7.2.2 “孕育”新的線程和進程
——Zygote 261
7.2.3 Android的“系統服務”
——SystemServer 274
7.2.4 Vold和External Storage
存儲設備276
7.3多用戶管理282
第8章管理Activity和組件運行狀
態的系統進程——Activity ManagerService(AMS) 284
8.1 AMS功能概述284
8.2管理當前系統中Activity
狀態——Activity Stack 286
8.3 startActivity流程288
8.4完成同一任務的“集合”——Activity Task 296
8.4.1 “後進先出”——Last In,First Out 297
8.4.2管理Activity Task 298
8.5 Instrumentation機制300
第9章GUI系統— SurfaceFlinger 305
9.1 OpenGL ES與EGL 305
9.2 Android的硬件接口——HAL 307
9.3 Android終端顯示設備的“化身”
——Gralloc與Framebuffer 309
9.4 Android中的本地窗口313
9.4.1 FramebufferNativeWindow 315
9.4.2應用程序端的本地窗口——Surface 321
9.5 BufferQueue詳解325
9.5.1 BufferQueue的內部原理325
9.5.2 BufferQueue中的緩衝區
分配328
9.5.3應用程序的 典型繪圖
流程333
9.5.4應用程序與BufferQueue
的關係339
9.6 SurfaceFlinger 343
9.6.1 “黃油計劃”——Project Butter 343
9.6.2 SurfaceFlinger的啟動347
9.6.3接口的服務端——Client 351
9.7 VSync的產生和處理355
9.7.1 VSync信號的產生和
分發355
9.7.2 VSync信號的處理361
9.7.3 handleMessageTransaction 363
9.7.4 “界面已經過時/無效,需要重
新繪製”——handleMessage Invalidate 367
9.7.5合成前的準備工作
——preComposition 369
9.7.6可見區域
——rebuildLayerStacks 371
9.7.7為“Composition”搭建環境
——setUpHWComposer 375
9.7.8 doDebugFlashRegions 377
9.7.9 doComposition 377
第10章GUI系統之“窗口管理員”
—WMS 385
10.1 “窗口管理員”——WMS綜述386
10.1.1 WMS的啟動388
10.1.2 WMS的基礎功能388
10.1.3 WMS的工作方式389
10.1.4 WMS,AMS與Activity
間的聯繫390
10.2窗口屬性392
10.2.1窗口類型與層級392
10.2.2窗口策略
(Window Policy) 396
10.2.3窗口屬性
(LayoutParams) 398
10.3窗口的添加過程400
10.3.1系統窗口的添加過程400
10.3.2 Activity窗口的添加
過程409
10.3.3窗口添加實例412
10.4 Surface管理416
10.4.1 Surface申請流程(relayout) 416
10.4. 2 Surface的跨進程傳遞420
10.4.3 Surface的業務操作422
10.5 performLayoutAndPlace
SurfacesLockedInner 423
10.6窗口大小的計算過程424
10.7啟動窗口的添加與銷毀433
10.7.1啟動窗口的添加433
10.7.2啟動窗口的銷毀437
10.8窗口動畫438
10.8.1窗口動畫類型439
10.8.2動畫流程跟踪——Window
StateAnimator 440
10.8.3 AppWindowAnimator 444
10.8.4動畫的執行過程446
第11章讓你的界面炫彩起來的GUI
系統— View體系452
11.1應用程序中的View框架452
11.2 Activity中View Tree的
創建過程455
11.3在WMS中註冊窗口461
11.4 ViewRoot的基本工作方式463
11.5 View Tree的遍歷時機464
11.6 View Tree的遍歷流程468
11.7 View和ViewGroup屬性477
11.7.1 View的基本屬性477
11.7 .2 ViewGroup的屬性482
11.7.3 View、ViewGroup和
ViewParent 482
11.7.4 Callback接口482
11.8 “作畫“工具集——Canvas 484
11.8.1 “繪製UI”——Skia 485
11.8.2數據中介——Surface .
lockCanvas 486
11.8.3解鎖並提交結果——unlock
CanvasAndPost 490
11.9 draw和onDraw 491
11.10 View中的消息傳遞497
11.10.1 View中TouchEvent
的投遞流程497
11.10.2 ViewGoup中Touch-
Event的投遞流程500
11.11 View動畫504
11.12 UiAutomator 509
第12章“問佢哪得清如許,為有源頭
活水來”— InputManager
Service與輸入事件514
12.1事件的分類514
12.2事件的投遞流程517
12.2.1 InputManagerService 518
12.2.2 InputReaderThread 519
12.2.3 InputDispatcherThread 519
12.2.4 ViewRootImpl對事件
的派發523
12.3事件注入524
第13章應用不再同質化—音頻系統526
13.1音頻基礎527
13.1.1聲波527
13.1.2音頻的錄製、存儲
與回放527
13.1.3音頻採樣528
13.1.4 Nyquist–Shannon採樣
定律530
13.1.5聲道和 立體聲530
13.1.6聲音定級——Weber–
Fechner law 531
13.1.7音頻文件格式532
13.2音頻框架532
13.2.1 Linux中的音頻框架532
13.2.2 TinyAlsa 534
13.2.3 Android系統中的
音頻框架536
13.3音頻系統的核心——Audio-
Flinger 538
13.3.1 AudioFlinger服務的
啟動和運行538
13.3.2 AudioFlinger對音頻
設備的管理540
13.3.3 PlaybackThread的
循環主體547
13.3.4 AudioMixer 551
13.4策略的製定者— —Audio-
PolicyService 553
13.4.1 AudioPolicyService
概述554
13.4.2 AudioPolicyService
的啟動過程556
13.4.3 AudioPolicyService
與音頻設備558
13.5音頻流的回放——AudioTrack 560
13.5.1 AudioTrack應用實例560
13.5.2 AudioPolicyService
的路由實現567
13.6音頻數據流572
13.6.1 AudioTrack中的音頻流573
13.6.2 AudioTrack和AudioFlinger
間的數據交互576
13.6.3 AudioMixer中的
音頻流582
13.7音量控制584
13.8音頻系統的上層建築588
13.8.1從功能入手588
13.8.2 MediaPlayer 589
13.8.3 MediaRec order 592
13.8.4一個典型的多媒體
錄製程序595
13.8.5 MediaRecorder
源碼解析596
13.8.6 MediaPlayerService簡析598
13.9 Android支持的媒體格式600
13.9.1音頻格式600
13.9.2視頻格式601
13.9.3圖片格式601
13.9.4網絡流媒體602
13.10 ID3信息簡述602
13.11 Android多媒體文件管理606
13.11.1 MediaStore 607
13.11.2多媒體文件信息的
存儲“倉庫”
——MediaProvider 608
13.11.3多媒體文件管理中
的“生產者”
—MediaScanner 611
第3篇應用原理篇
第14章Intent的匹配規則616
14.1 Intent屬性616
14.2 Intent的匹配規則618
14.3 Intent匹配源碼簡析624
第15章APK應用程序的資源適配628
15.1資源類型629
15.1.1狀態顏色資源630
15.1.2圖形資源631
15.1.3佈局資源632
15.1.4菜單資源633
15.1.5字符串資源633
15.1.6樣式資源634
15.1.7其他資源635
15.1.8屬性資源635
15.2提供可選資源638
15.3最佳資源的匹配流程642
15.4屏幕適配644
15.4.1屏幕適配的 重要參數644
15.4.2如何適配多屏幕646
15.4.3橫豎屏切換的處理648
第16章Android字符編碼格式650
16.1字符編碼格式背景650
16.2 ISO/IEC 8859 651
16.3 ISO/IEC 10646 651
16.4 Unicode 652
16.5 String類型655
16.5.1構建String 655
16.5.2 String對多種編碼
的兼容656
第17章Android和OpenGL ES 660
17.1 3D圖形學基礎661
17.1.1計算機3D圖形661
17.1.2圖形管線662
17.2 Android中的OpenGL ES簡介664
17.3圖形渲染API—EGL 665
17.3.1 EGL與OpenGL ES 665
17.3.2 egl.cfg 665
17.3.3 EGL接口解析667
17.3.4 EGL實例670
17.4簡化OpenGL ES開發
—GLSurfaceView 670
17.5 OpenGL分析利器
—GLTracer 677
第18章“系統的UI”——SystemUI 685
18.1 SystemUI的組成元素685
18.2 SystemUI的實現687
18.3 Android壁紙資源
—WallpaperService 694
18.3.1 WallPaperManager-
Service 695
18.3.2 ImageWallpaper 697
第19章Android常用的工具
“小插件”——Widget機制700
19.1 “功能的提供者”——AppWidgetProvider 700
19.2 App WidgetHost 702
第20章Android應用程序
的編譯和打包707
20.1 “另闢蹊徑”採用第三方工具——Ant 707
20.2通過命令行編譯和打包APK 708
20.3 APK編譯過程詳解709
20.4信息安全基礎概述711
20.5應用程序簽名716
20.6應用程序簽名源碼簡析719
20.7 APK重簽名實例724
第21章Android虛擬機725
21.1 Android虛擬機基礎知識725
21.1.1 Java虛擬機核心概念725
21.1.2 LLVM編譯器框架734
21.1.3 Android中的經典
垃圾回收算法736
21.1.4 Art和Dalvik之爭738
21.1.5 Art虛擬機整體框架741
21.1.6 Android應用程序與
虛擬機742
21.1.7 Procedure Call Standard
for Arm Architecture
(過程調用標準) 744
21.1.8 C++ 11標準中的新
特性746
21.2 Android虛擬機核心文件格式
—Dex字節碼749
21.3 Android虛擬機核心文件格式
—可執行文件的基石ELF 756
21.3.1 ELF文件格式756
21.3.2 Linux平台下ELF文件的加載和動態鏈接過程764
21.3.3 Android Linker和
動態鏈接庫7 71
21.3.4 Signal Handler和
Fault Manager 782
21.4 Android虛擬機核心文件格式
——“主宰者”OAT 786
21.4.1 OAT文件格式解析786
21.4.2 OAT的兩個編譯時機793
21.5 Android虛擬機的典型
啟動流程806
21.6堆管理器和堆空間釋義815
21.7 Android虛擬機中的線程管理823
21.7.1 Java線程的創建過程823
21.7.2線程的掛起過程827
21.8 Art虛擬機中的代碼執行
方式綜述829
21.9 Art虛擬機的“中樞系統”
——執行引擎之Interpreter 836
21.10 Art虛擬機的“中樞系統”——執行引擎之JIT 839
21.10.1 JIT重出江湖的契機839
21.10.2 Android N版本中JIT
的設計目標及策略840
21.10.3 Profile Guided Compilation
(追踪技術) 842
21.10.4 AOT Compilation
Daemon 843
21.11 Art虛擬機的“中樞系統”
——執行引擎之本地代碼844
21.12 Android x86版本兼容ARM二
進制代碼— —Native Bridge 864
21.13 Android應用程序調試
原理解析871
21.13.1 Java代碼調試與
JDWP協 872
21.13.2 Native代碼調試879
21.13.3利用GDB調試
Android Art虛擬機885
第22章Android安全機制透析887
22.1 Android Security綜述887
22.2 SELinux 889
22.2.1 DAC 889
22.2.2 MAC 890
22.2.3基於MAC的SELinux 890
22.3 Android系統安全保護
的三重利劍892
22.3.1第一劍:Permission
機制893
22.3.2加強劍:DAC(UGO)
保護896
22.3.3終極劍:SEAndroid 898
22.4 SEAndroid剖析899
22.4.1 SEAndroid的頂層模型899
22.4.2 SEAndroid相關的核心
源碼900
22.4.3 SEAndroid標籤和規則901
22.4.4如何在Android系統中
自定義SEAndroid 903
22.4.5 TE文件的語法規則905
22.4.6 SEAndroid中的核心
主體—init進程907
22.4.7 SEAndroid中的客體912
22.5 Android設備Root簡析913
22.6 APK的加固保護分析916
第4篇Android系統工具
第23章IDE和Gradle 922
23.1 Gradle的核心要點922
23.1.1 Groovy與Gradle 923
23.1.2 Gradle的生命週期926
23.2 Gradle的Console語法927
23.3 Gradle Wrapper和Cache 929
23.4 Android Studio和Gra dle 931
23.4.1 Gradle插件基礎知識931
23.4.2 Android Studio中的
Gradle編譯腳本932
第24章軟件版本管理937
24.1版本管理簡述937
24.2 Git的安裝937
24.2.1 Linux環境下安裝Git 938
24.2. 2 Windows環境下
安裝Git 939
24.3 Git的使用939
24.3.1基礎配置939
24.3.2新建倉庫940
24.3.3文件狀態942
24.3.4忽略某些文件943
24.3.5提交更新944
24.3.6其他命令944
24.4 Git原理簡析945
24.4.1分佈式版本系統的特點946
24.4.2安全散列算法
—SHA-1 947
24.4.3 4個重要對象948
24.4.4三個區域953
24.4.5分支的概念與實例954
第25章系統調試輔助工具958
25.1萬能模擬器——Emulator 958
25.1.1 QEMU 958
25.1.2 Android工程中
的QEMU 963
25.1.3模擬器控制台
(Emulator Console) 966
25.1.4實例:為Android
模擬器添加串口功能969
25.2此Android非彼Android 970
25.3快速建立與模擬器或真機的
通信渠道——ADB 972
25.3.1 ADB的使用方法972
25.3.2 ADB的組成元素975
25.3. 3 ADB源代碼解析976
25.3.4 ADB Protocol 981
25.4 SDK Layoutlib 984
25.5 TraceView和Dmtracedump 985
25.6 Systrace 987
25.7代碼覆蓋率統計992
25.8模擬GPS位置995