一、操作系统基础

1. Linux 内核机制

内容介绍
Android 基于 Linux 内核，核心机制包括进程管理、内存管理、文件系统、Binder 驱动等。

使用场景

• 多进程应用（如后台服务与前台 UI 分离）。

• 排查内存泄漏和 Native 层崩溃。

• 跨进程通信（AIDL、ContentProvider）。

原理

• 进程调度：Linux 的 CFS（完全公平调度算法）管理线程优先级和时间片分配。

• 内存管理：虚拟内存分页机制，Java 堆内存通过分代 GC 回收。

• Binder 驱动：基于内存映射的高效跨进程通信（IPC）。

学习路线

• 基础：学习《Linux 内核设计与实现》。

• 实践：通过 adb shell dumpsys meminfo 分析内存占用。

• 深入：阅读 AOSP 中 Binder 驱动源码（drivers/android/binder.c）。

进阶方向

• 定制 Linux 内核（如调整 OOM Killer 策略）。

• 开发高性能 IPC 组件（替代 Binder）。

案例解析

• 问题：多进程应用因 Binder 缓冲区溢出崩溃。

• 解决：传输大文件时分片传输或改用 Socket。

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二、Android 系统架构

1. Framework 层核心服务

内容介绍
包括 AMS（Activity 管理）、WMS（窗口管理）、PMS（包管理）等系统服务。

使用场景

• 管理 Activity 任务栈（如 SingleInstance 模式）。

• 实现悬浮窗（需 WMS 权限）。

• 动态权限申请（PMS 权限校验）。

原理

• AMS：通过 ActivityStack 管理 Activity 生命周期和任务栈。

• WMS：通过 SurfaceFlinger 合成窗口层级。

• Binder 通信：系统服务运行在 SystemServer 进程，通过 Binder 暴露接口。

学习路线

• 基础：阅读《Android 开发艺术探索》中四大组件原理。

• 工具：使用 adb shell dumpsys activity 查看任务栈。

• 源码：调试 AOSP 中 ActivityThread 和 WindowManagerGlobal。

进阶方向

• Hook AMS 实现动态权限控制。

• 开发自定义系统服务（如后台任务管理器）。

案例解析

• 需求：实现全局悬浮球（类似 iOS AssistiveTouch）。

• 方案：通过 WindowManager.addView() 添加视图，申请 SYSTEM_ALERT_WINDOW 权限。

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三、应用组件与 UI 系统

1. Activity 生命周期

内容介绍
Activity 生命周期包括 onCreate、onResume、onPause 等回调，管理 UI 状态和资源。

使用场景

• 处理屏幕旋转时的数据保存（onSaveInstanceState）。

• 多 Activity 跳转时的状态管理（如登录流程）。

原理

• 生命周期触发：由 AMS 通过 Binder 通知应用进程。

• 状态保存：通过 Bundle 序列化临时数据。

学习路线

• 基础：官方文档《Activity 生命周期》。

• 实践：实现一个包含 Fragment 的复杂页面。

• 工具：使用 Android Studio 的 Lifecycle 插件。

进阶方向

• 实现单 Activity 多 Fragment 架构（如 Jetpack Navigation）。

• 处理 onNewIntent 和 launchMode 的复杂场景。

案例解析

• 问题：屏幕旋转后数据丢失。

• 解决：在 onSaveInstanceState 中保存数据，onCreate 中恢复。

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四、性能优化

1. 内存优化

内容介绍
包括 Java 堆内存、Native 内存管理，避免泄漏和 OOM。

使用场景

• 大图加载导致 OOM。

• 匿名内部类持有 Activity 引用引发泄漏。

原理

• Java 堆内存：分代 GC（Young GC、Full GC）。

• Native 内存：手动分配/释放（如 JNI 层 malloc/free）。

学习路线

• 工具：LeakCanary 检测泄漏，Android Profiler 分析内存。

• 实践：实现一个图片加载库（管理 Bitmap 缓存）。

进阶方向

• 使用 AddressSanitizer 检测 Native 内存问题。

• 优化 Dalvik/ART 虚拟机内存分配策略。

案例解析

• 问题：应用频繁触发 Full GC 导致卡顿。

• 解决：减少 HashMap 的使用，改用 SparseArray。

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五、安全机制

1. 动态权限管理

内容介绍
Android 6.0+ 需运行时申请危险权限（如相机、定位）。

使用场景

• 用户拒绝权限后引导重新授权。

• 处理权限组（如 ACCESS_FINE_LOCATION 和 ACCESS_COARSE_LOCATION）。

原理

• 权限校验：由 PMS 通过 Binder 调用验证权限状态。

• 用户授权流程：通过系统弹窗交互。

学习路线

• 官方文档《Requesting Permissions》。

• 实践：使用 ActivityResultContracts.RequestPermission。

进阶方向

• 实现权限自动恢复机制（如微信权限缺失引导）。

• 适配 Android 13 的细粒度权限（如 NEARBY_WIFI_DEVICES）。

案例解析

• 需求：用户拒绝权限后，下次启动应用时再次引导。

• 方案：在 onResume 中检查权限状态，弹窗解释必要性。

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六、跨版本与设备兼容

1. 存储适配（Android 10+）

内容介绍
Android 10 引入沙盒存储，限制应用访问公共目录。

使用场景

• 适配 MediaStore 访问图片和视频。

• 使用 SAF（Storage Access Framework）选择文件。

原理

• 沙盒机制：应用私有目录无需权限，公共目录通过 MediaStore 或 SAF 访问。

• 兼容性：通过 requestLegacyExternalStorage 临时禁用沙盒。

学习路线

• 官方文档《Scoped Storage》。

• 实践：实现一个文件管理器应用。

进阶方向

• 开发跨版本文件访问兼容库。

• 适配 Android 13 的 READ_MEDIA_IMAGES 细粒度权限。

案例解析

• 问题：应用升级到 Android 11 后无法访问旧版文件。

• 解决：使用 MediaStore 的 DATA 字段兼容旧路径。

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七、进阶方向

1. Framework 层开发

内容介绍
修改 AOSP 源码，定制系统行为（如 Hook 系统服务）。

使用场景

• 企业定制 ROM（如禁用截屏功能）。

• 开发系统级功能（如全局手势导航）。

原理

• AOSP 编译：下载源码，修改 SystemUI 或 Settings 模块。

• Binder Hook：通过代理模式拦截系统服务调用。

学习路线

• 环境搭建：下载并编译 AOSP（官方文档）。

• 工具：使用 Android Emulator 调试系统镜像。

案例解析

• 需求：禁用状态栏下拉。

• 方案：修改 StatusBarManagerService 的 disable() 方法逻辑。

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八、工具与调试

1. Systrace 性能分析

内容介绍
系统级性能分析工具，定位 UI 卡顿和线程阻塞。

使用场景

• 分析应用启动耗时。

• 定位主线程阻塞（如数据库操作）。

原理

• 数据采集：通过内核的 ftrace 机制记录事件。

• 可视化：Chrome 浏览器打开 .html 报告。

学习路线

• 官方文档《Analyze UI Performance with Systrace》。

• 实践：分析 RecyclerView 滚动卡顿问题。

案例解析

• 问题：应用启动时白屏 2 秒。

• 解决：通过 Systrace 发现 ContentProvider 初始化耗时，延迟加载非必要组件。

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总结

本大纲覆盖 Android 系统核心知识，从操作系统底层到应用层，结合原理、实践和案例，帮助开发者构建完整知识体系。建议结合官方文档、AOSP 源码和实际项目逐步深入，同时关注新技术（如 Jetpack Compose、隐私沙盒）的演进。

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