[干货]快速了解Android重要机制 | wingjay

本文主要面向两类同学：
1、准备Android开发者岗位面试的同学。
2、希望快速学习Android系统机制的同学。
首先，如果是大公司，比起项目经历，更加看重你对Android系统的了解程度。

“一般培训学校培训几个月出来的学生都能写代码，那你的优势又在哪呢？”

没错，我们的优势在于对Android系统机制的深入理解。
废话不多说，下面开始介绍。

一、Android系统底层研究

关于底层的知识点不是在一篇文章中能讲解清楚，参见本人的Android底层研究系列，不断更新中。

二、Android重要知识点

下面精选了较为常见的知识点，坚决杜绝简单罗列答案的方式，因为那样理解不了也记不住。所以尽量以层层递进而简单粗暴的方式来表达。耐心点看，一定能帮你应对大多数面试问题。

Tips：可以先阅读自己熟悉的知识点，然后再去看那些不太熟悉的。

1、Activity启动模式

什么是启动Activity？

一般而言是先创建一个Activity对象，然后把Activity放入一个Task堆栈里进行管理（包括切换、关闭等）。那么问题来了，如果该堆栈里已经有这个Activity对象呢，我还要不要创建一个新的对象呢？Android提供了四种选择方案：

• 不管堆栈里有没有，都创建一个新的activity放在堆栈顶部：standard模式
• 如果我要打开的activity正好在堆栈顶部，那就直接用它；否则也创建新的： singleTop模式
• 这个比较霸道。即如果activity已经存在在堆栈里，那么当要打开这个activity时，就算栈的上层还有其他activity，也统统移除，成为栈顶。而如果没有，就也要创建。：singleTask模式
• 这个更加霸道。即打开这个activity时，直接创建一个堆栈，并创建这个activity放入新堆栈中，不去和别人挤一个堆栈。以后再要打开这个activity时，直接跳转到这个新堆栈里去用。：singleInstance模式（即只创建一个实例，单独放在一个task堆栈里给别的task栈共享）

启动模式

2、Activity（或组件）通信机制

Activity（组件）之间何时需要通信？

一般当需要从一个Activity（组件）向其他的Activity（组件）传递数据时，就会涉及到通信机制。例如打开一个新的Activity并向其传递数据。

如何来通信/传递数据？

较常用的是android系统的信使：Intent。
Intent的作用是，带上要传递的数据，然后出发前往指定的目的地。
那么问题来了，如果带上各种各样的数据呢？又如何导航去找到目的地呢？

如何带上各种各样的数据？

就像发信一样，你不可能把一堆凌乱的信纸直接塞给信使让人家送，而会用信封把信都装起来。
android里也一样，会把数据先打包，再给信使，这里就涉及到 bundle。对，我们把一堆凌乱的数据放在一个bundle里，然后把bundle给Intent就可以了。

 如何导航找到目的地呢？

如果你想邮寄东西有两种方式：1、在信封上写好详细地址；2、如果你想邮寄没用的棉被书籍给灾区，但你又无所谓寄给哪个灾区，你就可以写帮我随便寄到一个灾区去，然后邮局管理员会在全国范围内查询，如果查到了灾区如汶川，那就邮寄到那。
android里也一样，有显式Intent和隐式Intent，前者会指定特定组件名，如指定目标activity；后者不指定名称，只给一个描述(Intent-Filter)。然后android会依据这个描述去搜索。

但是，关于数据打包，有个问题是，如果传递普通数据可以直接放入bundle中，但 如果要传递对象呢。

如何在bundle中打包并传递对象呢！？

3、对象序列化机制

前面已经知道了，我们要在组件间通信时会先用bundle对数据打包，然后交给信使intent。那么问题来了？

bundle如何打包数据呢？

这里的数据我们分成两种，一种是原型数据，如int、string等，可以直接打包并传递。打包方式如下：

bundle.putInt("key1", 20);
bundle.putString("key2", "hello");

另一种是java对象，这是不能直接给bundle的，而要通过序列化后再给bundle，然后对象会以二进制流形式传输，直到目标组件接受到bundle后，要对该对象二进制数据反序列化才能获取真实的的对象。

那么如何对对象进行序列化呢？

两种方法。

• 基于java语言的Serializable序列化方法：对象类要实现Serializable接口；
• 基于android系统提出的Parcel序列化方法：实现Parcelable接口。
  只要类实现了这两个接口，就可以把对象存入bundle中：

bundle.putSerializable(Key, Object);
bundle.putParcelable(Key, Object);

那么

 这两种机制有何区别？

• JAVA中的Serialize机制是将对象转化为字节流存储在外部设备，在需要时重新生成对象(采用java反射机制)。主要用于外部设备保存对象状态，网络传输对象等场景。缺点是产生很多中间对象及造成一定的GC(垃圾回收)，简而言之Serialize更慢；
• Android提供的Parcel机制是针对移动设备的轻量级高效对象序列化机制。整个过程均在内存进行，不涉及外部设备，反序列化时读取的就是原对象，而不会创建新对象。简单来说Parcel更快；不过它使用复杂。

这一步我们知道，要对对象进行序列化后才可以放入bundle由intent传递给其他组件，那么，

为什么需要对对象序列化后才能通过intent在组件间传递呢！？

以startActivity(intent)为例，该函数作用时从A Activity中启动B Activity，同时把数据打包给intent并传递给B。也就是说，如果intent里的数据有java对象，那就要序列化这个对象才能传递给B。
下面直接给出原因：(详细可参见从源码角度轻松学习Intent机制)
因为在启动B Activity过程中，需要离开应用程序所在进程，转而调用native方法，进入linux kernel进程中去执行activity切换的实际操作。完成后再重新把传输数据带回到应用程序进程中，对原始打包数据进行解析。
也就是说，在启动B Activity过程中，所打包的数据要经过不同进程：应用程序->linux kernel->应用程序，而java对象是无法直接在进程间传输的（见下文），所以，我们需要提前序列化java对象，才能让它经得住后面跨进程传输的考验。

4、进程间通信机制IPC

什么是进程？

简单来说，一个进程往往代表一个应用程序。操作系统会为每一个进程分配一定的内存空间等资源，然后进程就在这块内存里跑。

什么是进程间通信？

一般而言，为了保证安全，进程获得的内存空间时一块抽象的内存，然后会映射到实际的某一块物理内存，从而，每个进程都无法访问其他进程所在内存里的数据。比如手机上开了qq和某银行客户端，操作系统会为他俩创建两个独立的内存区供运行，而qq进程是无法访问到银行客户端数据的，这就保证了数据的安全性。
但是，带来的缺陷是，进程间无法直接进行数据传输，所以要引入特有的进程间通信机制。

进程间可以直接传递对象吗？

前面知道，不同进程间通信，也就意味着在两块不同的物理内存间传递数据。首先，原生的数据如int string数据是可以传递的，只要你说明这个数据时什么类型，那么就可以在目标进程里复原。但是对象数据，如果直接把对象传递过去，目标进程是无法复原的，因而也无法识别。

内存区数据通信

Android系统中不同应用程序之间通信示意图。一个进程代表一个应用程序。

进程间通信

附加：IPC机制中很重要的是Binder机制，利用Binder实现不同进程间传递。这部分内容面试一般不会问的太难。
目前本人还在整理该部分内容，继续更新中。

5、多线程管理

前面提到了进程间通信，下面讲解下Android里的多线程管理，后面会讲解线程间通信。
首先，线程基本概念此处不过多讲解，只要知道线程是轻量级进程，在有限的进程内存空间资源中去执行实际操作。

什么是Main Thread 和 Worker Thread?

当应用程序开启时会自动创建一个主线程 (Main Thread)，也叫UI线程，主要功能是完成UI界面绘制和与用户交互。除主线程之外的其他线程称为子线程或Worker Thread。这些线程往往用执行耗时操作如网络通信或数据库访问等。
如果在主线程中执行耗时操作，那么在执行过程中，就无法绘制界面或响应用户操作，在用户看来就是卡顿，可能造成ANR现象，破坏用户体验。

主线程是线程不安全的

网上很多地方解释线程不安全并非解释原因，而是在‘解释’结果，即：（因为主线程是线程不安全的，所以）UI控件只能在主线程中操作，而不能在其他线程中操作，否则多个线程同时操作一个控件会出错。
这种解释不仅没解释为何主线程是线程不安全的，反而让人感觉android系统里限定了只能在主线程操作ui元素，容易误解为那不是很安全吗？
我的解释是：
首先我们是的的确确可以通过代码，在子线程里操作UI元素，然后引发程序崩溃。假设主线程是安全的，那么安全的情况是：即使我们不小心在子线程操作UI也不用担心，因为系统会屏蔽这种操作。而实际上系统并未屏蔽，只要开发者在子线程操作UI元素，很有可能会导致崩溃。所以我们才说android系统里主线程并不安全。

附加知识：什么是线程安全/不安全？
在多线程环境里，往往一段代码会被多个线程分别执行。而常见的情况是一个线程执行了该段代码的一部分后，
会被另一个线程抢走时间片又去执行这段代码，并修改其中变量。
当原线程再次回来继续运行时，其实里面的变量已经被别人改动了但它却不知，最后会导致错误。
这种线程就是不安全的。而安全的线程在执行一段代码时，只要没执行完，
其他线程就不能来执行这段代码或修改变量知道它执行完。

那么

多个线程间时如何通信的呢？

这里就涉及到另一套机制handler、looper、MessageQueue机制，在本人另一篇文章中有生动详细的描述，见Handler实现机制
简单来说，每个线程拥有上面这三个东西，如线程A想发送消息给线程B，那么在线程A中调用线程B的handler来发送消息，消息会自动发送线程B的消息队列中，同时线程B的looper在不断遍历这个队列，如果发现有新消息就会自动去处理。

常见问题：

如何避免发生ANR(Application Not Response)现象呢？

尽量在子线程中执行耗时操作（如网络请求或数据库读取等）或者资源开销较大的操作，当子线程执行完毕后，利用handler通知主线程做出更新。

6、内存管理机制

前面提到了，每个应用程序运行在独立的进程中（实际是一个独立的Dalvik进程），而且系统会为它分配固定的内存。在内存使用中常常会发生内存泄漏(memory leak)和内存溢出(OOM)，其中，内存溢出非常严重，往往会导致程序崩溃。所以，合理有效的管理内存非常的重要。
详细的管理（包括面试重点：图片缓存机制）均可以参考本人另一篇文章：Android之内存管理及优化

此处不再赘述。

只说一下三种图片缓存思路：

• LRU算法：设置缓存图片最大数量，当图片数量超过最大值久删除使用较少的图片，从而优化内存。
• FTU算法：设置图片的缓存时限，从最后一次使用算起，当达到时限即删除。
• FMU算法：设置固定大小的缓存空间，当达到空间限制后删除最大尺寸的图片。

7、下一步：

文章还在继续更新中，读者有感兴趣的话题可以在评论里回复！

谢谢！

wingjay

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