Android開發將來的出路在哪裏

原文參考：Android技術架構演進與將來

Android開發的現狀

目前，移動開發已經處於飽和的階段，Android開發也不如當年盛況，已經再也不像前幾年前那麼火爆。正如一種編程語言若是經歷過盛極一時，那麼必然有這樣的一條曲線，像咱們學的正弦曲線先急速上升，而後到達頂點，而後再降低，最後再趨近一個平穩的值。 能夠看到，從2016年的下半年開始，移動互聯網基本處於緩慢發展的階段，不少大佬稱之爲互聯網的下半場。若是移動互聯網的前半場是粗放式的強地盤階段，那麼下半場就是守地盤的階段，這一階段，會出現衆多的寡頭。 在技術上，相比以前以前面試只問Android四大組件，數據庫，網絡和項目經驗不一樣，如今面試Android崗位會設計各類原理（包括系統的一些原理以及第三方庫的原理及流程）、Android優化以及與Android相關的跨平臺技術。除此以外，稍微大點的公司還會對App的用戶體驗、流暢度等等提出要求，因此說，Android的面試已經不可同日而語。

關於Android的面試，能夠參考我以前的文章：

Android開發初級中級高級怎麼劃分
史上最全的Android面試題集錦

從Android 1.0版本誕生至今，Android已經走過了10餘年，這一路走來Android遇到哪些問題？大版本升級朝着什麼方向演進？Android的將來如何？

Android發展歷程

先來看看Android系統的發展過程，從2008年發佈Android 1.0系統，到2019年發佈的Android 10.0系統，Android延續着每一年發佈新系統的頻率。每一年Android都會帶來不少的系特性，特別是最近幾年，隨着Android對底層系統的優化，Android和iOS的差距愈來愈小。

下面咱們來看一下Android發佈重要時間節點。

• 2003年10月，Andy Rubin團隊創辦Android公司；
• 2005年8月，谷歌收購Android公司，Andy Rubin擔任谷歌工程部副總裁繼續負責Android項目；
• 2008年9月，谷歌正式發佈Android 1.0系統；
• 2011年1月，Android系統設備的用戶總數達到了1.35億，成爲智能手機領域佔有量第一的系統；
• 2011年8月，Android手機佔據全球智能機市場48%份額，並在亞太地區市場佔據統治地位，終結了Symbian系統的霸主地位，躍居全球第一；
• 2012年1月，谷歌Android Market已有10萬開發者，推出超過40萬應用；
• 2013年11月，Android 4.4正式發佈，系統更智能、UI更現代；
• 2013年到2018年，這個階段安卓進入飛速發展期，被升級的有攝像頭、內存、機身、芯片等，原來的3.5寸小屏已退出歷史舞臺，全面屏、劉海屏、水滴屏已成爲當下主流屏幕方案。

系統演進

無論是什麼系統，必然會面臨多個版本的迭代。做爲目前最流行的移動操做系統之一，Android系統也歷經10餘年的迭代和更新，在用戶體驗、流暢性、續航、安全、隱私、機器學習等方面都取得較大的改進。下圖演示了Android每一個版本的更新狀況。

圖中是每一個大版本中最具表明性的特徵標記在圖中，並不表明着該版本所有特徵，一樣專項計劃也不是隻在某一個版本執行，好比續航和性能優化，每個版本都在持續改進中，Treble計劃也一直在迭代至今。下面，咱們來看一下Android歷個版本的更新狀況。

Android 1.0到Android 4.0，系統各項功能和特性迭代到一個較完善的階段。

Android 4.1系統，Google開展了黃油計劃（Project Butter），爲了讓Android系統擺脫UI交互上的嚴重滯後感，但願能像「黃油」同樣順滑。 核心原理是系統框架中的渲染和動畫統一採用垂直同步技術(VSYNC)，以及三重緩衝技術(Triple Buffer)，讓滑動、翻頁等操做更加一致與順滑。

Android 4.4系統，Google開展了瘦身計劃（Project Svelte），力求下降安卓系統的內存使用，解決低端機型升級難的問題，讓Android 4.4可正常運行在全部Android手機，從而減小安卓系統繼續碎片化。UI設計上，支持新的「沉浸式模式」，用戶界面由過去的黑色與藍色爲主的色調轉向帶有透明度的淺色系，視覺語言變得更加明亮與現代化。

Android 5.0系統，Google開展了伏特計劃（Project Volta），力求提高續航能力，這方面Google落後於業界廠商，廠商直面用戶對續航尤其迫切，每每系統資源管控更爲嚴格。另外，系統採用全新的ART，拋棄Dalvik虛擬機，大幅提高運行效率。UI設計上，使用全新的扁平化Material Design設計風格，更加清新與質感的設計，統一Android設備的外觀和使用體驗。

Android 6.0系統，Google引入新的運行時權限，讓用戶可以更好地瞭解和控制權限；引入了Doze模式，進一步提高電池續航能力。UI設計上，新增夜間模式，大幅改進通知欄，讓通知更簡潔。

Android 7.0系統，引入新的JIT編譯器，對AOT編譯器的補充，可節省存儲空間和加快更新速度；進一步優化Doze喚醒機制；UI設計上，支持分屏功能。

Android 8.0系統，Google開展了計劃（Project Treble），從新架構Android，將安卓系統框架與Vendor層解耦，力求完全解決安卓碎片化這一老大難的問題，這是安卓系統架構最大的變化。系統層面增強對後臺服務、廣播、位置的管控限制。UI設計上，改進通知欄，智能文本選擇和自動填充功能。

Android 9.0系統，引入神經網絡API，採用機器學習的思路來預測用戶使用習慣來作省電優化，繼續強化Treble計劃；文件系統(sdcardf/F2FS)持續提高；私有API的限制進一步規範化Android生態，強化隱私和安全，硬件安全性模塊以及統一輩子物識別身份驗證界面。 UI設計上，新的手勢導航，增強支持劉海屏，UI搜索界面使用到機器學習，AI正在逐步強化Android系統。

Android 10.0系統，Google開展了主線計劃（Project Mainline），相關模塊（Modules）不容許廠商直接修改，只能由Google應用商店來更新升級，強化用戶隱私、系統安全與兼容性，支持臉部生物識別。

Android系統架構

無論Android系統如何升級，可是Android的總體架構是基本沒有改變的，即從上到下能夠分爲應用程序層、 應用框架層、系統運行庫層和Linux內核層，以下圖所示。

1， 應用程序層

頂層中有全部的Android應用程序，包括通信錄、瀏覽器等，你寫的應用程序也被安裝在這層；全部的的應用程序都是使用Java語言編寫的。

2，應用框架層

這一層主要提供構建應用程序是可能用到的各類API，Android自帶的一些核心應用就是使用這些API完成的，開發者也能夠經過使用API來構建本身的應用程序。

• 活動管理者（Activity Manager）：控制應用程序生命週期和活動棧的全部方面
• 內容提供器（Content Providers）：容許程序之間發佈和分享數據。
• 資源管理器（Resource Manager）：提供對非代碼嵌入資源的訪問，如字符串、顏色設置和用戶界面佈局。
• 通知管理器（Notification Manager）：容許應用程序顯示對話框或者通知給用戶
• 視圖系統（View System）：一個可拓展的視圖集合，用於建立應用程序用戶界面

3，系統運行庫層

程序庫

Android包含一些C/C++庫，這些庫能被Android系統中不一樣的組件使用。他們經過Android應用程序框架爲開發者提供服務，如下是一些核心庫：

• 系統C庫（libc）:一個從BSD繼承來的標準C系統函數庫，他是專門爲基於embedded linux的設備定製的媒體庫（Media Framework）：基於Packet Video opencore; 該庫支持多種經常使用的音頻、視頻格式回放和錄製，同時支持靜態圖像文件。編碼格式包括 MPEG4。H26四、MP三、AAC、AMR、JPG、PNG。
• Surface Manager：對顯示子系統的管理，而且爲多個應用程序提供了2D和3D圖層的無縫融合。
• SGL：底層的2D圖形引擎。
• 3D libraries：基於OpenFLES1.0 APLs實現，該庫可使用硬件3D加速或者使用高度優化3D軟加速。
• FreeType：位圖（bitmap）和矢量（vector）字體顯示。
• SQLite：一個對於全部應用程序可用，功能強勁的輕型關係型數據庫引擎。

Android運行庫

Android包括了一個核心庫，該核心庫提供了Java編程語言核心庫的大多數功能。

每個Android應用程序都在它本身的進程中運行，都擁有一個獨立的Dalvik虛擬機實例。Dalvik被設計成一個設備能夠同時高效地運行多個虛擬系統。Dalvik虛擬機執行（.dex）的Dalvik可執行文件，該個稅文件針對小內存使用作了優化。同時虛擬機是基於寄存器的，全部的類都經由java編譯器編譯，而後經過SDK中的」dx」工具轉化成 .dex格式由虛擬機執行

Dalvik虛擬機依賴於linux內核的一些功能，好比線程機制和底層內存管理機制。

4，Linux內核層

Android系統基於Linux2.6內核，這一層爲Android設備各類硬件提供了底層驅動，如顯示驅動，音頻驅動，照相機驅動，藍牙驅動，WIFI驅動，電源管理等

Android系統碎片化

Android歷經10餘年的迭代，在流暢性、內存、續航、安全、隱私等方面都取得很大的進步，但Android系統的碎片化一直是痛點問題，帶來不一致的用戶體驗。

Android的開放性，是其長久發展的主要緣由，讓大多數的廠商都選擇Android系統，但開放性的背後是碎片化，從Android誕生至今問題就一直存在，Google一直在努力從技術角度來解決碎片化問題。從Android 8.0提出Treble項目，從新架構系統將system與vendor解耦合，用於加快Android新版本的適配，效果並不明顯，Google繼續在後續的Android P以及Android Q一直在竭盡全力地持續完善Treble項目，力爭加快系統升級速度。

Android系統碎片化，讓安全、隱私問題存在風險，且存在體驗不一致性問題，但老版本手機的OTA維護升級對廠商來講成本是昂貴的，Ｇoogle感受到對Android系統掌控力度不足，要想完全改變，除非不讓各大廠商定製化，這勢必致使Android手機徹底同質化，手機廠商就無法玩了，等於自掘墳墓，Google確定不會這麼幹。因而，Google在Android 10.0提出了」Project Mainline「，將對隱私、安全、兼容性形成重大影響的少數模塊獨立成module，每一個module打包成APEX格式（一種相似於APK的新格式），由Google經過應用商店按期來升級，從而保證低版本的手機不會由於碎片化而得不到隱私、安全與兼容性的更新。

這些module是由Google維護的主線，各大廠商只能跟Google溝通並將代碼upstream到AOSP主線。Google花費了大量的人力在努力完善並推行Mainline，Google但願統一管控的機制，廠商但願最大的自由定製空間，這是一場有趣的角逐，筆者跟團隊一塊兒跟Google協商落地module的落地計劃，最終將某些module影響較大模塊爭取Android 11再上線，Mainline更新機制以下圖。

Android應用開發演進

Android系統離不開各App來提供豐富的功能，下面再來講一說應用開發涉及的一些技術演進。

移動端跨平臺技術

從最開始以Cordova爲基礎(依賴於WebView)的Hybrid混合開發技術，到React Native的橋接（將JS轉爲Native）的技術，再到最新的Flutter技術，都說明如今移動端在多端開發中的嘗試。 Flutter是Google發佈的全新的移動跨平臺UI框架，渲染引擎依靠跨平臺的Skia圖形庫來實現，依賴系統的只有圖形繪製相關的接口，能夠在最大程度上保證不一樣平臺、不一樣設備的體驗一致性，邏輯處理使用Dart語言，執行效率比JavaScript高。另外，Google內部正在開發的另外一個操做系統Fuchsia的UI layer採用的是Flutter，也就是說Flutter自然能夠支持Android、IOS以及將來的Fuchsia。在大前端方向，對於跨平臺開發中一直在不斷迭代中尋找更好、更優的解決方案，目前來看Flutter仍是更有優點。

跨平臺相關的內容能夠參考：移動跨平臺技術方案總結

應用架構

所謂軟件架構（Software Architecture），是指軟件開發過程當中涉及的一系列抽象模式，用於指導大型軟件系統各個方面的設計，軟件架構是構建計算機軟件系統的理論基礎。在Android開發中，前後提出了MVC、MVP和MVVM等軟件架構模式，這些軟件架構模式爲Android項目開發提供了理論基礎。

MVC模式（Model–view–controller）但Activity類過於臃腫，爲解決這個問題，有了MVP（Model–view–presenter），presenter不只要操做數據，並且要更新view；再到MVVM（Model-View-ViewModel）解決了MVP大量的手動View和Model同步的問題，提供雙向綁定機制。

熱修復與插件化

所謂熱修復，指的是爲了修復線上問題而提出的修補方案，程序修補過程無需從新發版！熱修復的主要應用場景是爲了讓用戶無感得修復線上缺陷，好比Tinker，Andfix，Sophix等。 插件化則是爲了減小模塊耦合，可減小主程序的規模，可按需加載，好比DroidPlugin，OpenAtlas等。關於各個熱修復與插件化的細節再也不展開，這裏就說一點，Android 7.0對Native的NDK的調用限制是手銬，尤爲是Android 9.0對Java層SDK的調用限制就是腳銬，那麼對於Android應用想再搞插件化之類的黑科技即是帶着腳手銬跳舞，能跳但舞姿可能不太美觀。

關於熱修復能夠參考：

Android熱修復技術總結
Android 熱修復框架比較

關於插件化則能夠參考：

深刻理解Android插件化技術
Android插件化常見衝突解決
Android 插件化的Hook方案
攜程Android App的插件化和動態加載技術剖析
蘑菇街Android組件化與插件化
Android 插件化之ClassLoader詳解

App動態化框架

隨着應用不斷演講，功能愈來愈複雜，且應用針對不一樣屏幕設備、不一樣國家語言資源都打包在同一個App，致使應用包不斷增大，據統計自2012年以來應用包大小增加5倍。雖然如今手機的存儲空間愈來愈大，但用戶照片、視頻等媒體文件品質在逐漸提高，致使設備可用空間逐漸緊縮。爲此Google在去年Google I/O大會講述Android引入新的App動態化框架（即Android App Bundle，縮寫爲AAB）。利用Split Apk完成動態加載，使用AAB動態下發方式，可顯著縮小應用體積，減小對存儲空間的佔用。

App Bundle相關的內容能夠參考：

Android動態化框架App Bundles簡介

Kotlin

Kotlin是Google推薦的官方靜態編程語言，與Java互通，可相互轉換。Kotlin編譯成Java字節碼，也能夠編譯成JavaScript，運行在沒有JVM的設備上，簡潔安全。使用Kotlin更快速地編寫Android應用，能夠提升開發者的工做效率，少編寫樣板代碼，被稱之爲 Android 世界的Swift。 谷歌開發者社區作過一個問卷調查，大概有50%的Android開發者已使用過Kotlin。這裏並不是鼓勵你們必定都要使用Kotlin，學習新語言就像一次投資，要權衡團隊成本與收益之間的利弊。若是你是一位原生Android開發，那麼掌握Kotlin將是你必須掌握的技能。做爲一名移動開發老兵，筆者在2018年出版了一本《Kotlin入門與實戰》，Kotlin簡潔的語法至今令我印象深入。

Fuchsia

Fuchsia，是由Google公司開發的繼Android和Chrome OS以後的第三個系統，已在Github中公開的部分源碼能夠得知。不一樣於安卓使用的Linux內核，Fuchsia採用的比較新的Zircon的內核。該系統與當下Android相比，不管是存儲器仍是內存之類的硬件要求都大幅下降，能夠看出這是一款面向物聯網的家用電器用的系統。據悉Flutter引擎+Dart語言將頗有可能成爲Fuchsia系統主要的UI開發框架。谷歌Fuchsia選擇Flutter做爲UI並不使人意外，畢竟Dart語言由谷歌親生，一方面不用擔憂被人起訴，另外當Fuchsia有須要時，也能靈活地在Dart虛擬機作出針對性的改變。

Fuchsia會是Android的終結者嗎? 筆者認爲至少將來三五年內不太可能取代Android。當年爲了和蘋果iOS抗衡，Android系統研發做爲Google重中之重，在這種狀況下，Android誕生依然花費了Google 3年時間。而Fuchsia只是公司目前的實驗項目，且Fuchsia並不是基於業界成熟Linux內核，而是採用全新Zircon內核，項目工程路還很遠。下面是Fuchsia的整個技術架構圖。

從Fuchsia技術架構來看，內核層zircon的基礎LK是專爲嵌入式應用中小型系統設計的內核，代碼簡潔，適合嵌入式設備和高性能設備，好比IOT、移動可穿戴設備等，目前這些領域標準化級別的壟斷者。以及在框架層中有着語音交互、雲端以及智能化等模塊，由此筆者揣測將來Fuchsia率先應用在音控等智能設備。

Fuchsia基於功能的模塊化操做系統，應該會使各組件模塊能獨立升級更新能力，保證體驗一致性。Fuchsia在IOT領域佔據必定份額後，加之其良好的跨平臺，能夠再逐步滲透到移動手機、筆記本電腦等設備，進而三位一體，打造手機、電腦與IOT完美的互聯互通的統一平臺體驗，讓多端設備都離不開Fuchsia。在2018年10月，在「藍牙特別興趣小組（Bluetooth SIG）」舉辦的UnPlugFest（UPF）測試大會上，Google再展現了Fuchsia與Android設備的互聯性，能夠窺見一斑。Fuchsia的定位是物聯網，相信隨着5G時代的到來，Fuchsia將可能一統江湖。不過，目前來看，Fuchsia還有至關長的路要走。

Android開發的將來

移動操做系統的演變過程，從按鍵交互的塞班功能機到觸摸屏交互的Android/IOS智能機，從小屏幕手機到全面屏、劉海屏、水滴屏。總結一下，任何系統無非幹兩件事：輸入和輸出，接收到外部輸入信號後通過操做系統處理後輸出信息。

Android發展至今，已成爲全球用戶量最普遍的移動操做系統，手機行業競爭異常激烈，通過幾番洗牌，國內手機廠商主要是華米OV四大公司，而且隨着移動互聯網增加見頂，國內Android開發的需求也愈來愈少，那麼Android的將來在哪裏呢？

目前，Android在應用層次的發展已經見頂，將來的發展主要集中在人工智能和5G結合的產業，智能汽車、智能家居、IOT都將是Android發展的廣闊市場。但就目前人工智能的奇點還沒到來，技術還處於前期階段，一旦奇點來臨將會爆炸式發展，或將從新定義生活方式。汽車的智能化和互聯網化是將來一大趨勢，Google這兩年確實在汽車領域發力，Android Auto在過去一年的用戶增加250％。天生的移動特性加上愈來愈多的互聯網服務需求，汽車須要一個具有多種感知能力的系統，或將成爲是繼手機、電視後Android的下一重點開拓領域。

對於Android開發人員來講，我有如下幾點建議：

• 在Android領域深耕，作到極致，努力成爲這個方向的專家，提高工程架構思惟和能力，由於軟件工程思想都是相通的。只要一個領域作到極致，即使Android被淘汰了，換新領域面試官依然會相信你也能作到極致。
• 在有深度的狀況下，適當拓寬本身的廣度，在每完成一個項目後就進行總結，並可以熟知整個系統的總體架構，對核心有深入的認知。