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Android 淺探(一)

Sep 29th, 2008 by Mr. Holiday

MMDays 通常不寫技術文，不過我想從技術角度出發，來探討 Android 做了些什麼，讓人能做什麼，並且儘量採用非本科也能瞭解的語言。筆者並非 Android 開發者，故疏漏可能難免，還請指正。

Java

Android 所採用的語言是 Java，先從這開始談起。一般所謂 Java 其實包含三個元素，其一是 Java 這個「電腦語言」，也就是像這樣的東西：

class HelloWorld
{
    public static void main(String [] argv)
    {
System.out.println("Hello, world!");
    }
}

也就是用人比較容易看懂的語言(也許不那麼容易啦，但至少比一堆 0 跟 1 來得好)來叫電腦做事，比如上個例子是在螢幕上印一行字 Hello, world。我們還會需要一個「編譯器」，來把這語言從人看得懂的，翻譯成電腦看得懂的。容後再論。

第二個元素是「Java 虛擬機器」(後稱JVM, Java virtual machine)。電腦的核心 CPU是有很多不同種類的。一般我們用的是 Intel 的產品，有些是 32 位元、有些是 64 位元。有些人用的可能是Power，例如部分蘋果電腦的使用者。還有一些小一點的電腦，可能就是用 ARM 架構。總之，不同的 CPU使用方法也不同，指令是不能直接互通的。虛擬機器就是設定一些共通的指令，然後針對各種不同的架構各寫一個程式去配合這套指令。如此一來，我們只需要把程式編譯成「虛擬機器」看得懂的就行了。Java 使用的共通指令就稱做 “Java bytecode”。

其三是 Java runtimelibrary，也就是一個「函式庫」，裡頭存了很多編譯好的現成程式，來讓開發者使用，這樣就可省下很多重覆的工作。比如上頭這例子裡頭的System.out.println就是函式庫提供的。那我們可以想像，如果在程式中我們用了很多某個函式庫裡頭的東西，但是用的人只拿到編譯好的程式，但沒有同樣的函式庫，那這程式還是不能用。比如說，Windows, Linux提供的基本函式庫就很不一樣，所以做同樣事情的程式，寫法可能完全不同。Java函式庫裡頭提供的工具，是有標準可循的，所以以上的程式，不管是要在 Windows 上頭跑，或是 Linux 上頭跑，都是一樣的寫法。

二跟三兩者加起來，合稱 “Java Runtime Environment”, JRE. 它可以讓編譯好的 Java程式「跨平台」。怎麼說呢？我們用 Java 這個語言寫程式，呼叫 Java函式庫裡頭的工具，最後用編譯器編成共通的指令集，交給虛擬機器去執行。如此一來，同樣的程式在各個地方都能跑了。這雖然聽起來很棒，但我們可以想像，由於隔了一層虛擬機器跟函式庫，一定會比直接下命令來得慢，而且也要有人針對某作業系統跟某 CPU架構去寫了這套東西，大家才能用。另外一個想法就是，那為何不直接把程式碼公開，讓大家針對不同的情況去處理，這樣就不需要虛擬機器，速度也一樣快，不就兩全其美了嗎？自由軟體走的就是這樣的路子。

問題是，許多公司不想公布自己的程式碼，因為必須要靠它賺錢。Java 讓他們可以不公布程式碼，只發行編譯好的程式，就在各平台上執行。使用者只需要安裝虛擬機器跟函式庫就行了。我們可以說，Java 是適合商業應用的。這點是很重要的一個特性。

以上的觀念大概瞭解了以後，我們看看 Android 在這部分做了什麼。

一、語言部分

Android 使用的 Java 語言並沒有不同，原本熟悉的工程師仍可以繼續使用。

二、虛擬機器

Android 使用的虛擬機器叫作 Dalvik，原本並不是針對 Java 設計的。它認識的指令集並不是 Java bytecode，而叫 Dalvik executable，簡稱dex。Android 裡頭提供了一個工具程式叫 dx，可以把 Java bytecode 再翻譯成 dex，這樣 Dalvik就知道怎麼執行它了。這虛擬機器為了適合在電話這種比較小型的平台上使用，而做了許多最佳化的處理，例如減低記憶體的使用，而且可以有效率的同時執行好幾個程式。它仰賴底層的 Linux 作業系統來幫他處理一些事情，意味著目前 Dalvik 是綁在 Linux 上的。

三、函式庫

Android 提供了大部分的標準 Java 函式庫(來自於Apache Harmony)，並把他們轉換成 dex 的格式，如此 Dalvik 才認得。除此之外，還提供了很多獨有的函式，讓使用者可以直接呼叫來使用電話、GPS等元件，或者是一些視覺的元件來取得跟其他 Android 程式相同的外觀。

Android 虛擬機器與函式庫合稱 Android Runtime。它有幾個特性：

• 不能直接執行編譯好的 Java 程式。要轉換成 dex 檔案後才能執行。
• 若此程式使用了 Android 未提供的函式，仍不能執行。
• 若我們拿到了 Android 應用程式，無法在 Java Runtime 上跑起來。原因為 1. 必須把 dex 轉回 Java bytecode，這難度目前不明。2. 沒有 Android 提供的獨有函式。

仔細思考的話，會發現所謂 Android Runtime 跟 Java Runtime (尤其是Sun所提供的套件)的不同處很多，只是「剛好」Android 提供了很多 Java 函式庫裡的功能，讓 Java工程師可以無痛的轉換罷了。另外就是他仍然保持了對商業應用的親和性，只要發行編譯好的 dex 檔案，而不需公布程式碼。

延伸閱讀：
1. Dalvik: how Google routed around Sun’s IP-based licensing restrictions on Java ME 關於 Android 如何繞過 Java ME
2. with Android and Dalvik at Google I/O 對 Dalvik 有興趣的話一定要看

(待續)