作者：华清远见教育集团 季久峰 刘洪涛
出版社：人民邮电出版社有限公司
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Android应用程序开发与典型案例(微课版)试读：
前言
Android一词的本义指“机器人”，是由Google公司于2007年11月正式对外发布的一种以Linux为基础的开放源代码操作系统，主要用于便携设备。依靠Google的强大开发和媒体资源，凭借其开放性和优异性，Android平台在发展的过程中得到了包括手机厂商和著名移动运营商在内的业界的广泛支持，除应用于手机外，目前已逐渐扩展到平板电脑及其他领域。随着行业的迅猛发展，Android研发工程师日益成为IT职场的紧缺人才。近年来，高校已经纷纷开设Android移动开发专业。但是，各院校在Android专业教学建设的过程中大都面临教材难觅、内容更新迟缓的困境。虽然目前市场上与Android开发相关的书籍比较多，但大都是针对有一定基础的业内研发人员编写的，并不完全符合高校的教学要求。高校教学需要一套充分考虑学生现有知识基础和接受度的、明确各门课程教学目标的、便于学校安排课时的Android专业系列教材。
针对高校专业教材缺乏的现状，我们以多年来在嵌入式工程技术领域及移动开发行业内人才培养、项目研发的经验为基础，汇总分析了近几年积累的数百家企业对Java及Android研发相关岗位的真实需求，并结合行业应用技术的最新状况及未来发展趋势，调研了开设Android专业的高等院校的课程设置情况、学生特点和教学用书现状，通过整理和分析，对专业技能和基本知识进行合理划分，编写了系列教材，包括《Java编程详解（微课版）》和《Android应用程序开发与典型案例（微课版）》。
本书由华清远见教育集团创始人季久峰和教研副总裁、研发中心总经理刘洪涛任主编，高明旭、吴昊、陆晓燕任副主编。本书的完成得到了华清远见嵌入式学院及创客学院的帮助，教材内容参考了学院与嵌入式及移动开发企业需求无缝对接的、科学的专业人才培养体系。
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由于编者水平有限，书中疏漏及不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。编者2018年12月平台支撑
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■ 目前Android这个词已经随处可见，并且随时随地都会听到，但Android到底是什么，竟有如此大的威力可以在短短的几年内风靡全球？本章将带领大家详细了解Android。1.1 Android简介1.1.1 Android是什么
Android本义指“机器人”。Android系统早期由名为“Android”的公司开发，Google公司在2005年收购Android公司后，继续对Android系统开发运营。Android系统最初由安迪·鲁宾等人开发制作。最初开发这个系统的目的是创建一个数码相机的先进操作系统，后来发现市场需求不够大，加上智能手机市场快速成长，于是Android被改造为一款面向智能手机的操作系统。图1-1所示为Android系统的Logo。图1-1 Android系统的Logo
Google公司于2007年宣布发布基于Linux平台的开源操作系统Android SDK 1.0（预览版），官方中文名为安卓。底层Linux内核只提供基本功能，其他应用软件则由各公司自行开发，大部分程序以Java语言编写。
由于Android系统的开源特性，很多制造商都在生产Android系统的设备，如三星、摩托罗拉、HTC、索爱、LG、小米、华为、魅族等。安卓系统简介
Android系统除了运行在智能手机上之外，还可以用在平板电脑、电视、汽车、手表、眼镜等很多设备上。1.1.2 Android的发展史■ 1996年，手机性能低下，直接浏览网页比较困难，所以出现了
WAP制式。■ WAP：（Wait And Pay），由移动运营商将网站转发出去，网页
格式为WML（Wireless Markup Language，无线标记语言）。
WML是精简版的HTML语言，少了很多HTML标签，解析成本较
低。■ 2005年，Google公司收购Android公司，开始研究Dalvik VM。■ 2007年发布SDK 1.0预览版。■ 2008年公布Android源代码，我国成立“核高基”（核心高级基
础）项目，主要研发本国的移动操作系统。■ 2012年在Google I/O大会上，Android 4.1（Jelly Bean“果冻
豆”）随搭载Android 4.1的Nexus 7平板电脑一起发布。■ 2013年，Google在Android.com上宣布下一版本名为KitKat“奇
巧”，版本号为4.4。原始开发代号为Key Lime Pie“酸柠派”。
此外，Google在此版本封锁了Flash Player，用户由Android 4.3
升级到Android 4.4后变得无法播放Flash。■ 2014年于Google I/O 2014大会上发布Developer版（Android
L），之后在2014年10月15日正式发布且将名称定为Lollipop“棒
棒糖”。■ 2016年正式发布了Android 7.0的首个测试版本Developer
Preview，数据包大小在1.1GB左右。相比往年测试版的公开时
间，2016年的Android 7.Z0明显来得要早了一些。而谷歌负责人
透露这样做也是为了给开发者争取到更多测试时间。1.2 Android平台特性
随着科技的发展，移动电话（Mobile Phone）正向着智能化的方向迈步，并逐步成为多种工具的功能载体，而Android就是这样一个智能手机的平台，一个多种工具的功能载体。
1. 通信工具
移动电话的最基本功能即为通信，因此，使用运营商提供的通信网络进行语音通话也是Android平台的最基本功能。除了传统的语音通话功能外，Android平台还具有短消息功能，以及通常移动电话都具有的个人信息系统管理方面的功能，如电话本等。
2. 网络工具
随着数字业务使用的普遍化，移动电话作为网络工具，可以完成计算机的部分功能。由此，Android平台在网络方面的功能主要包括浏览器、IM（即时信息）、邮件等，基本包含了网络方面的大部分功能。
3. 媒体播放器
随着多媒体技术的应用，在移动电话上进行音频和视频播放已经成为经常使用的功能。由此，Android平台具有支持更多的音频/视频格式，支持更高分辨率的视频流畅地播放，以及和网络结合的流媒体方面等的功能。
4. 媒体获取设备
随着移动电话与媒体获取设备的集成日益增强，Android平台提供了照相机、录音机、摄像机等功能。
5. 多类型的连接设备
Android平台提供了多种连接方式，如USB、GPS、红外、蓝牙、无线局域网等。
6. 友好和绚丽的用户界面
Android平台具有友好的用户界面，使用户更容易学习和操作，同时其绚丽的用户界面具有良好的视觉效果。
7. 可以个性化定制的平台
Android平台对于用户的个性化需求，提供了全面自定义手机的功能。
除了以上介绍的Android平台的功能以外，其在技术上还具有以下几个方面的特点。■ 全开放智能移动电话平台。■ 支持多硬件平台。■ 使用众多的标准化技术。■ 核心技术完整、统一。■ 完善的SDK和文档。■ 完善的辅助开发工具。1.3 Android系统框架
Android操作系统结构可分为4层，由上到下依次是应用程序、应用程序框架、程序库及Android运行时、Linux内核，如图1-2所示。Android四层架构简介图1-2 Android系统框架1.3.1 Linux内核（Linux Kernel）
Android的核心系统服务依赖于Linux 2.6，如安全性、内存管理、进程管理、网络堆栈、驱动模型。Linux内核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。
除了标准的Linux内核以外，Android系统还增加了内核的驱动程序，如显示驱动、蓝牙驱动、相机驱动、闪存卡驱动、Binder IPC驱动、输入设备驱动、USB驱动、Wi-Fi驱动、音频系统驱动、电源管理等，为Android系统的运行提供基础性支持。
这样分层的好处就是使用下层提供的服务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变化时，不会影响上层。也就是说，各层各尽其职，各层提供固定的SAP（Service Access Point），即高内聚、低耦合。1.3.2 程序库（Libraries）
Android包含一个C/C++库的集合，以供Android系统的各个组件使用。这些功能通过Android的应用程序框架展现给开发者。下面列出一些程序库。■ libc（系统C库）：由BSD继承衍生的标准C系统函数库（libc），
调整为基于嵌入式Linux设备的库。■ Media Framwork（媒体库）：基于PacketVideo的OpenCORE。
这些库支持播放和录制多种流行的音频及视频格式，以及多种媒
体格式的编码/解码格式，包括MPEG4、H.264、MP3、AAC、
AMR、JPG、PNG。■ Surface Manager（界面管理）：显示子系统的管理器，管理、访
问、显示子系统，无缝组合多个应用程序的二维和三维图形层。■ SGL：Skia图形库，基本的2D图形引擎。■ OpenGLIES：基于OpenGL ES APIs实现的3D库。该库使用硬件
3D加速或使用高度优化的3D软加速。■ FreeType：位图（Bitmap）和矢量（Vector）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。1.3.3 Android运行时（Android Runtime）
Android运行时包括以下两部分。■ Android核心库（Core Libraries）：提供了Java库的大多数功能。■ Dalvik虚拟机（Dalvik Virtual Machine）：依赖于Linux内核的一些
功能，比如线程机制和底层内存管理机制。同时虚拟机是基于寄
存器的，Dalvik采用简练、高效的byte code格式运行，它能够在
低资耗和没有应用相互干扰的情况下并行执行多个应用，每一个
Android应用程序都在它自己的进程中运行，都拥有一个独立的
Dalvik虚拟机实例。Dalvik虚拟机中的可执行文件为.dex文件，该
格式文件针对小内存的使用做了优化。所有的类都经由Java编译
器编译，然后通过SDK中的“dx”工具转换成.dex格式文件由虚
拟机执行。1.3.4 应用程序框架（Application Framework）
位于Android程序库和运行时上面的是应用程序框架层。通过提供开放的开发平台，Android使开发者能够访问核心应用程序所使用的API框架，这样使得组件的重用得以简化，任何应用程序都能发布它的功能且任何其他应用程序都可以使用这些功能（需要服从框架执行的安全限制），从而使开发者可以编制极其丰富和新颖的应用程序，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。■ 丰富而又可扩展的视图系统（Views System）：可以用来构建应
用程序，包括列表（lists）、网格（grids）、文本框（text
boxes）、按钮（buttons），甚至包括可嵌入的Web浏览器。■ 内容提供器（Content Providers）：使得应用程序可以访问另一
个应用程序的数据（如联系人数据库），或者共享它们自己的数
据。■ 资源管理器（Resource Manager）：提供非代码资源的访问，如
本地字符串、图形、布局文件（layoutfiles）。■ 通知管理器（Notification Manager）：使得应用程序可以在状态
栏中显示自定义的提示信息。■ 活动管理器（Activity Manager）：用来管理应用程序生命周期并
提供常用的导航回退功能。1.3.5 应用程序（Applications）
Android应用程序层就是客户可见的Android应用，Android装配一个核心应用程序集合，连同系统一起发布，这些应用程序包括电子邮件客户端、SMS程序、日历、地图、浏览器、联系人和其他设置等。而所有应用程序都是用Java语言编写的，由用户开发的Android应用程序和Android核心应用程序是同一层次的。1.4 Android开发框架
Android系统作为一个开放的系统，体积庞大。对于不同的开发者来说，在开发过程中并不需要掌握整个Android系统，只需要进行其中某一部分的开发即可。由此，从功能上将Android开发分为移植开发移动电话系统、Android应用程序开发，以及Android系统开发3种。
从商业模式的角度来讲，移植开发移动电话系统和Android应用程序开发是Android开发的主流。移植开发移动电话系统主要由移动电话的制造者来进行开发，其产品主要是Android手机；而公司、个人和团体一般进行Android应用程序的开发，产生各种各样的Android应用程序。
对于Android移植开发，其主要工作集中于Linux内核中的相关设备驱动程序及Android本地框架中的硬件抽象层接口的开发；对于Android应用程序开发，其开发的应用程序与Android系统的第四个层次的应用程序是一个层次的内容；对于Android系统开发，涉及Android系统的各个层次，一般情况下是从底层到上层的整体开发。
Android开发框架包括基本的应用功能开发、数据存储、网络访问三大块。1.4.1 应用方面
一般而言，一个完整的Android程序包括Activity、Broadcast Receiver、Service、Content Provider四部分。这四部分被称为Android四大组件，它们有各自不同的功能，但并不是每个Android程序都必须全部包括这四大组件，只需要根据功能要求选择相应的组件即可。
1. Activity
Activity是Android应用开发中最频繁、最基本的模块。在Android中，Activity类主要与界面资源文件相关联（res/layout目录下的xml资源，也可以不含任何界面资源），包含控件的显示设计、界面交互设计、事件的响应设计及数据处理设计、导航设计等Application设计的方方面面。
因此，对于一个Activity来说，它就是手机上的一个界面，相当于一个网页。所不同的是，每个Activity运行结束时都返回一个值，类似一个函数。Android系统会自动记录从首页到其他页面的所有跳转信息，并且自动将以前的Activity压入系统堆栈，用户可以通过编程的方式删除历史堆栈中的Activity Instance。
2. Broadcast Receiver
Broadcast Receiver为各种不同的Android应用程序间进行通信提供了可能。如当电话呼叫来临时，可以通过Broadcast Receiver来接收系统发出的电话来临的广播消息。对用户而言，用户是无法看到Broadcast Receiver事件的，它对用户是不透明的。Broadcast Receiver既可以在资源AndroidManifest.xml中注册，也可以在代码中通过Context.register-Receiver()进行注册。在AndroidManifest.xml中注册以后，当事件来临时，即使程序没有启动，系统也会自动启动此应用程序。另外，各应用程序可以很方便地通过Context.sendBroadcast()将自己的事件广播给其他应用程序。
3. Service
Android中的Service和Windows中的Service是一个概念，它是可以长期在后台运行的不可见的一个组件。用户可以通过StartService（Intent Service）启动一个Service，也可通过Context.bindService来绑定一个Service。
4. Content Provider
Content Provider提供了应用程序之间数据交换的机制，一个应用程序通过实现一个Content Provider的抽象接口将自己的数据暴露出去，并且隐蔽了具体的数据存储实现，这样就实现了Android应用程序内部数据的保密性。标准的Content Provider提供了基本的CRUD（Create、Read、Update、Delete）接口，并且实现了权限机制，保护了数据交互的安全性。
Android应用程序的工程文件目录包括以下几大部分。■ Java源代码部分（包含Activity）：放置在src目录中。■ R.java文件：由Eclipse自动生成与维护，开发者不需要修改，提
供了对Android资源的全局索引。■ Android Library：应用程序运行的Android库。■ assets目录：主要用于放置多媒体等文件。■ res目录：放置的是资源文件，drawable里面包含的是图片文
件，layout里面包含的是布局文件，values里面主要包含的是字
符串（strings.xml）、颜色（colors.xml）及数组（arrays.xml）资
源。■ AndroidManifest.xml：应用的配置文件，在这个文件中需要声明
所有用到的Activity、Service、Receiver等。1.4.2 数据存储
Android应用中会对数据进行一定的操作，根据需求可对数据进行一定的存储。Android系统自带5种存储方式。
1. SharedPreferences存储数据
这种方式只保存少量的数据，且这些数据的格式非常简单：字符串型、基本类型。比如应用程序的各种配置信息（如是否打开音效、是否使用震动效果、小游戏的玩家积分等），解锁口令密码等。
2. 文件存储
Context提供了两个方法来打开数据文件里的文件I/O流：FileInputStream openFileInput(String name，int mode)和FileOutputStream openFileOutput(String name, int mode)。这两个方法的第一个参数用于指定文件名，第二个参数指定打开文件的模式。
3. SQLite存储数据
SQLite是轻量级嵌入式数据库引擎，它支持SQL语言，并且只利用很少的内存就有很好的性能。现在的主流移动设备，如Android、iPhone等，都使用SQLite作为复杂数据的存储引擎。在为移动设备开发应用程序时，也许会使用到SQLite来存储大量的数据，所以需要掌握移动设备上的SQLite开发技巧。
4. Content Provider存储数据
Android系统和其他操作系统不太一样，需要记住的是，数据在Android中是私有的。这些数据包括文件数据、数据库数据及一些其他类型的数据。这时，一个程序可以通过实现一个Content Provider的抽象接口将自己的数据完全暴露出去，而且Content Provider以类似数据库中表的方式将数据暴露，也就是说Content Provider就像一个“数据库”。
5. 网络存储数据
前面介绍的几种存储都是将数据存储在本地设备上，除此之外，还有一种存储（获取）数据的方式，就是通过网络来实现数据的存储和获取。其详细应用会在后面内容中具体讲解。1.4.3 网络访问
Android主要通过java.net.*及Android.net.*来进行HTTP访问技术的封装；利用其提供的HttpPost、DefaultHttpClient、HttpResponse等访问接口来实现具体的Web服务访问。而Google官方也给我们提供了较多好用的网络请求框架。
1. HttpClient
HttpClient高效稳定，但是维护成本高昂，故Android开发团队不愿意继续维护该库，而是转投更为轻便的OkHttp。
2. HttpURLConnection
在Android 2.2版本之前，HttpClient拥有较少的Bug，因此使用它是最好的选择。而在Android 2.3版本及以后，HttpURLConnection则是最佳的选择。它的API简单，体积较小，因而非常适用于Android项目。压缩和缓存机制可以有效地减少网络访问的流量，在提升速度和省电方面也起到了较大的作用。对于新的应用程序，应该更加偏向于使用HttpURLConnection，因为在以后的工作当中，我们也会将更多的时间放在优化HttpURLConnection上。
3. OkHttp
OkHttp是一个Java的HTTP+SPDY客户端开发包，同时也支持Android，需要Android 2.3以上版本。特点：OkHttp是Android版HTTP客户端；非常高效，支持SPDY、连接池、GZIP和HTTP缓存；默认情况下，OkHttp会自动处理常见的网络问题，像二次连接、SSL的握手问题。
4. Volley
Volley是Google公司于2013年推出的网络请求框架，非常适合进行数据量不大但通信频繁的网络操作。而对于大数据量的网络操作，如下载文件等，Volley的表现则会非常糟糕。
5. Retrofit
Retrofit和Volley框架的请求方式很相似，底层网络请求采用OkHttp（效率高，Android 4.4底层采用OkHttp），采用注解方式来指定请求方式和URL地址，减少了代码量。
优秀的开源框架很多，这里不再一一赘述，推荐多多浏览GitHub网页，相信大家一定可以找到更多的优秀框架。1.5 Android开发环境搭建
Android应用软件开发需要的开发环境如下。■ 操作系统：Windows XP/7/10、Mac OS X10、Linux Ubuntu
Drapper。■ 软件开发包：Android SDK。■ IDE：Eclipse IDE+ADT。■ 其他：JDK、Apache Ant等。
以上所提到的软件开发包的下载地址如下。■ JDK 1.8，http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/
downloads/index.html。■ Android Studio，http://www.androiddevtools.cn/。■ Android SDK 7.0，http://developer.android.com。1.5.1 JDK的安装和Java环境变量设置
1. JDK的安装
安装Android开发环境前，需要先下载JDK安装包并进行安装和配置。例如，得到JDK 1.8版本的安装文件jdk-8u73-windows-x64.exe，双击进行安装。接受许可协议，选择需要安装的组件和安装路径后，单击“下一步”按钮，完成安装过程。
安装完成后，利用以下步骤检查安装是否成功：打开CMD窗口，输入java –version命令，如果屏幕出现图1-3所示内容，说明JDK安装成功。图1-3 JDK安装检查
2. JDK环境变量配置（1）JAVA_HOME
JDK安装成功后就可以配置环境变量了，为了以后方便修改JDK配置的路径，一般我们会新创建一个JAVA_HOME路径。这个环境变量本身不存在，需要创建。创建完则可以利用%JAVA_HOME%作为统一引用路径，其值为JDK在计算机上的安装路径，如图1-4所示。图1-4 JAVA_HOME环境变量配置（2）Path
Path属性已存在，可直接编辑，作用是配置路径，简化命令的输入，其值为%JAVA_HOME%\bin，如图1-5所示。图1-5 Path环境变量配置1.5.2 Android Studio的安装（1）根据自己计算机的情况下载匹配的Android Studio，如android-studio-bundle2.1-windows.exe，双击相应图标，出现安装界面，如图1-6所示，单击“Next”按钮。图1-6 Android Studio安装步骤1（2）单击“Next”按钮后会出现选择安装Android Studio组件的界面，将复选框全部勾选，它们是开发中需要用到的SDK和虚拟机，如图1-7所示，勾选之后单击“Next”按钮。图1-7 Android Studio安装步骤2（3）出现图1-8所示的界面后单击“I Agree”按钮。图1-8 Android Studio安装步骤3（4）出现图1-9所示的界面，选择Android Studio和SDK的安装路径，安装路径可根据自己的习惯设置，SDK路径在进行SDK配置时会用到。图1-9 Android Studio安装步骤4（5）单击“Next”按钮后，设置虚拟机硬件加速器可使用的最大内存，如图1-10所示。如果计算机的配置较高，默认设置2GB即可；如果配置较低，建议设置为1GB，如果设置得过大会影响其他软件的运行。图1-10 Android Studio安装步骤5（6）单击“Next”按钮后，进入自动安装模式，一小段时间后会看到图1-11所示的界面，说明安装成功。图1-11 Android Studio安装步骤6（7）打开Android Studio后，进入相关配置页面，如图1-12所示。图1-12 Android Studio安装步骤7（8）进行相关配置后单击“OK”按钮，进入下一个页面，如图1-13所示，这是程序在检查SDK的更新情况。图1-13 Android Studio安装步骤8（9）检查完成后进入图1-14所示的Android Studio界面，则可以创建一个新的Android工程。图1-14 Android Studio安装步骤9（10）进入SDK和JDK路径的配置页面，如图1-15所示。图1-15 Android Studio安装步骤10（11）将安装JDK的路径和SDK的路径目录配置好后，Android Studio的安装配置就完成了。1.5.3 SDK的安装和配置
Android Studio的SDK在进行Android Studio的安装时就已经进行了下载，这里只进行SDK的配置即可。Android Studio的SDK的配置是非常简单的。（1）打开Android Studio后在工具栏上找到“Project Structure”按钮，如图1-16所示。图1-16 Android Studio的SDK配置（2）单击“Project Structure”按钮后会进入Project Structure界面，在左侧选择“SDK Location”条目，在右侧进行配置，如图1-17所示，路径配置完成后单击“OK”按钮即可。图1-17 SDK配置界面1.6 创建Android项目Android项目流程简介（1）这里的MyApplication相当于Eclipse中的workspace，Module相当于Eclipse中的project，所以单击鼠标右键，通过快捷菜单新建一个Module，如图1-18所示。图1-18 Android项目创建步骤1（2）在打开的界面中选择第一项，然后单击“Next”按钮，如图1-19所示。图1-19 Android项目创建步骤2（3）在打开的界面中修改Module名称，然后单击“Next”按钮，如图1-20所示。图1-20 Android项目创建步骤3（4）在打开的界面中选择布局类型，然后单击“Next”按钮，如图1-21所示。图1-21 Android项目创建步骤4（5）在打开的界面中修改主文件和主布局文件的名称，然后单击“Finish”按钮，如图1-22所示。图1-22 Android项目创建步骤51.7 Android应用程序目录结构介绍
本节在前面内容的基础上来分析Android项目目录结构，对Android项目进一步介绍。首先启动Android Studio，选择Project视图，如图1-23所示。Android项目结构简介图1-23 Android项目目录结构
由图1-23可以看出，Android Studio创建的项目工程的目录结构分为两部分，首先对编译系统和配置文件进行讲解。■ .gradle：gradle编译系统，版本由wrapper指定。■ .idea：Android Studio IDE所需的文件。■ build：代码编译后生成的文件存放的位置。■ gradle：wrapper的jar和配置文件所在的位置。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]