原文参考：Android技术架构演进与未来

Android开发的现状

目前，移动开发已经处于饱和的阶段，Android开发也不如当年盛况，已经不再像前几年前那么火爆。正如一种编程语言如果经历过盛极一时，那么必然有这样的一条曲线，像我们学的正弦曲线先急速上升，然后到达顶点，然后再下降，最后再趋近一个平稳的值。可以看到，从2016年的下半年开始，移动互联网基本处于缓慢发展的阶段，很多大佬称之为互联网的下半场。如果移动互联网的前半场是粗放式的强地盘阶段，那么下半场就是守地盘的阶段，这一阶段，会出现众多的寡头。在技术上，相比之前之前面试只问Android四大组件，数据库，网络和项目经验不同，现在面试Android岗位会设计各种原理（包括系统的一些原理以及第三方库的原理及流程）、Android优化以及与Android相关的跨平台技术。除此之外，稍微大点的公司还会对App的用户体验、流畅度等等提出要求，所以说，Android的面试已经不可同日而语。

关于Android的面试，可以参考我之前的文章：

Android开发初级中级高级怎么划分
 史上最全的Android面试题集锦

从Android 1.0版本诞生至今，Android已经走过了10余年，这一路走来Android遇到哪些问题？大版本升级朝着什么方向演进？Android的未来如何？

Android发展历程

先来看看Android系统的发展过程，从2008年发布Android 1.0系统，到2019年发布的Android 10.0系统，Android延续着每年发布新系统的频率。每年Android都会带来很多的系特性，特别是最近几年，随着Android对底层系统的优化，Android和iOS的差距越来越小。

下面我们来看一下Android发布重要时间节点。

2003年10月，Andy Rubin团队创办Android公司；
2005年8月，谷歌收购Android公司，Andy Rubin担任谷歌工程部副总裁继续负责Android项目；
2008年9月，谷歌正式发布Android 1.0系统；
2011年1月，Android系统设备的用户总数达到了1.35亿，成为智能手机领域占有量第一的系统；
2011年8月，Android手机占据全球智能机市场48%份额，并在亚太地区市场占据统治地位，终结了Symbian系统的霸主地位，跃居全球第一；
2012年1月，谷歌Android Market已有10万开发者，推出超过40万应用；
2013年11月，Android 4.4正式发布，系统更智能、UI更现代；
2013年到2018年，这个阶段安卓进入飞速发展期，被升级的有摄像头、内存、机身、芯片等，原来的3.5寸小屏已退出历史舞台，全面屏、刘海屏、水滴屏已成为当下主流屏幕方案。

系统演进

不管是什么系统，必然会面临多个版本的迭代。作为目前最流行的移动操作系统之一，Android系统也历经10余年的迭代和更新，在用户体验、流畅性、续航、安全、隐私、机器学习等方面都取得较大的改进。下图演示了Android每个版本的更新情况。

图中是每个大版本中最具代表性的特征标记在图中，并不代表着该版本全部特征，同样专项计划也不是只在某一个版本执行，比如续航和性能优化，每一个版本都在持续改进中，Treble计划也一直在迭代至今。下面，我们来看一下Android历个版本的更新情况。

Android 1.0到Android 4.0，系统各项功能和特性迭代到一个较完善的阶段。

Android 4.1系统，Google开展了黄油计划（Project Butter），为了让Android系统摆脱UI交互上的严重滞后感，希望能像“黄油”一样顺滑。核心原理是系统框架中的渲染和动画统一采用垂直同步技术(VSYNC)，以及三重缓冲技术(Triple Buffer)，让滑动、翻页等操作更加一致与顺滑。

Android 4.4系统，Google开展了瘦身计划（Project Svelte），力求降低安卓系统的内存使用，解决低端机型升级难的问题，让Android 4.4可正常运行在所有Android手机，从而减少安卓系统继续碎片化。UI设计上，支持新的“沉浸式模式”，用户界面由过去的黑色与蓝色为主的色调转向带有透明度的浅色系，视觉语言变得更加明亮与现代化。

Android 5.0系统，Google开展了伏特计划（Project Volta），力求提升续航能力，这方面Google落后于业界厂商，厂商直面用户对续航尤为迫切，往往系统资源管控更为严格。另外，系统采用全新的ART，抛弃Dalvik虚拟机，大幅提升运行效率。UI设计上，使用全新的扁平化Material Design设计风格，更加清新与质感的设计，统一Android设备的外观和使用体验。

Android 6.0系统，Google引入新的运行时权限，让用户能够更好地了解和控制权限；引入了Doze模式，进一步提升电池续航能力。UI设计上，新增夜间模式，大幅改进通知栏，让通知更简洁。

Android 7.0系统，引入新的JIT编译器，对AOT编译器的补充，可节省存储空间和加快更新速度；进一步优化Doze唤醒机制；UI设计上，支持分屏功能。

Android 8.0系统，Google开展了计划（Project Treble），重新架构Android，将安卓系统框架与Vendor层解耦，力求彻底解决安卓碎片化这一老大难的问题，这是安卓系统架构最大的变化。系统层面加强对后台服务、广播、位置的管控限制。UI设计上，改进通知栏，智能文本选择和自动填充功能。

Android 9.0系统，引入神经网络API，采用机器学习的思路来预测用户使用习惯来做省电优化，继续强化Treble计划；文件系统(sdcardf/F2FS)持续提升；私有API的限制进一步规范化Android生态，强化隐私和安全，硬件安全性模块以及统一生物识别身份验证界面。 UI设计上，新的手势导航，加强支持刘海屏，UI搜索界面使用到机器学习，AI正在逐步强化Android系统。

Android 10.0系统，Google开展了主线计划（Project Mainline），相关模块（Modules）不允许厂商直接修改，只能由Google应用商店来更新升级，强化用户隐私、系统安全与兼容性，支持脸部生物识别。

Android系统架构

不管Android系统如何升级，但是Android的整体架构是基本没有改变的，即从上到下可以分为应用程序层、应用框架层、系统运行库层和Linux内核层，如下图所示。

1，应用程序层

顶层中有所有的Android应用程序，包括通讯录、浏览器等，你写的应用程序也被安装在这层；所有的的应用程序都是使用Java语言编写的。

2，应用框架层

这一层主要提供构建应用程序是可能用到的各种API，Android自带的一些核心应用就是使用这些API完成的，开发者也可以通过使用API来构建自己的应用程序。

活动管理者（Activity Manager）：控制应用程序生命周期和活动栈的所有方面
内容提供器（Content Providers）：允许程序之间发布和分享数据。
资源管理器（Resource Manager）：提供对非代码嵌入资源的访问，如字符串、颜色设置和用户界面布局。
通知管理器（Notification Manager）：允许应用程序显示对话框或者通知给用户
视图系统（View System）：一个可拓展的视图集合，用于创建应用程序用户界面

3，系统运行库层

程序库

Android包含一些C/C++库，这些库能被Android系统中不同的组件使用。他们通过Android应用程序框架为开发者提供服务，以下是一些核心库：

系统C库（libc）:一个从BSD继承来的标准C系统函数库，他是专门为基于embedded linux的设备定制的媒体库（Media Framework）：基于Packet Video opencore; 该库支持多种常用的音频、视频格式回放和录制，同时支持静态图像文件。编码格式包括 MPEG4。H264、MP3、AAC、AMR、JPG、PNG。
Surface Manager：对显示子系统的管理，并且为多个应用程序提供了2D和3D图层的无缝融合。
SGL：底层的2D图形引擎。
3D libraries：基于OpenFLES1.0 APLs实现，该库可以使用硬件3D加速或者使用高度优化3D软加速。
FreeType：位图（bitmap）和矢量（vector）字体显示。
SQLite：一个对于所有应用程序可用，功能强劲的轻型关系型数据库引擎。

Android运行库

Android包括了一个核心库，该核心库提供了Java编程语言核心库的大多数功能。

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被设计成一个设备可以同时高效地运行多个虚拟系统。Dalvik虚拟机执行（.dex）的Dalvik可执行文件，该个税文件针对小内存使用做了优化。同时虚拟机是基于寄存器的，所有的类都经由java编译器编译，然后通过SDK中的”dx”工具转化成 .dex格式由虚拟机执行

Dalvik虚拟机依赖于linux内核的一些功能，比如线程机制和底层内存管理机制。

4，Linux内核层

Android系统基于Linux2.6内核，这一层为Android设备各种硬件提供了底层驱动，如显示驱动，音频驱动，照相机驱动，蓝牙驱动，WIFI驱动，电源管理等

Android系统碎片化

Android历经10余年的迭代，在流畅性、内存、续航、安全、隐私等方面都取得很大的进步，但Android系统的碎片化一直是痛点问题，带来不一致的用户体验。

Android的开放性，是其长久发展的主要原因，让大多数的厂商都选择Android系统，但开放性的背后是碎片化，从Android诞生至今问题就一直存在，Google一直在努力从技术角度来解决碎片化问题。从Android 8.0提出Treble项目，重新架构系统将system与vendor解耦合，用于加快Android新版本的适配，效果并不明显，Google继续在后续的Android P以及Android Q一直在不遗余力地持续完善Treble项目，力争加快系统升级速度。

Android系统碎片化，让安全、隐私问题存在风险，且存在体验不一致性问题，但老版本手机的OTA维护升级对厂商来说成本是昂贵的，Ｇoogle感觉到对Android系统掌控力度不足，要想彻底改变，除非不让各大厂商定制化，这势必导致Android手机完全同质化，手机厂商就没法玩了，等于自掘坟墓，Google肯定不会这么干。于是，Google在Android 10.0提出了”Project Mainline“，将对隐私、安全、兼容性造成重大影响的少数模块独立成module，每个module打包成APEX格式（一种类似于APK的新格式），由Google通过应用商店定期来升级，从而保证低版本的手机不会因为碎片化而得不到隐私、安全与兼容性的更新。

这些module是由Google维护的主线，各大厂商只能跟Google沟通并将代码upstream到AOSP主线。Google花费了大量的人力在努力完善并推行Mainline，Google希望统一管控的机制，厂商希望最大的自由定制空间，这是一场有趣的角逐，笔者跟团队一起跟Google协商落地module的落地计划，最终将某些module影响较大模块争取Android 11再上线，Mainline更新机制如下图。

Android应用开发演进

Android系统离不开各App来提供丰富的功能，下面再来说一说应用开发涉及的一些技术演进。

移动端跨平台技术

从最开始以Cordova为基础(依赖于WebView)的Hybrid混合开发技术，到React Native的桥接（将JS转为Native）的技术，再到最新的Flutter技术，都说明现在移动端在多端开发中的尝试。 Flutter是Google发布的全新的移动跨平台UI框架，渲染引擎依靠跨平台的Skia图形库来实现，依赖系统的只有图形绘制相关的接口，可以在最大程度上保证不同平台、不同设备的体验一致性，逻辑处理使用Dart语言，执行效率比JavaScript高。另外，Google内部正在开发的另一个操作系统Fuchsia的UI layer采用的是Flutter，也就是说Flutter天然可以支持Android、IOS以及未来的Fuchsia。在大前端方向，对于跨平台开发中一直在不断迭代中寻找更好、更优的解决方案，目前来看Flutter还是更有优势。

跨平台相关的内容可以参考：移动跨平台技术方案总结

应用架构

所谓软件架构（Software Architecture），是指软件开发过程中涉及的一系列抽象模式，用于指导大型软件系统各个方面的设计，软件架构是构建计算机软件系统的理论基础。在Android开发中，先后提出了MVC、MVP和MVVM等软件架构模式，这些软件架构模式为Android项目开发提供了理论基础。

MVC模式（Model–view–controller）但Activity类过于臃肿，为解决这个问题，有了MVP（Model–view–presenter），presenter不仅要操作数据，而且要更新view；再到MVVM（Model-View-ViewModel）解决了MVP大量的手动View和Model同步的问题，提供双向绑定机制。

热修复与插件化

所谓热修复，指的是为了修复线上问题而提出的修补方案，程序修补过程无需重新发版！热修复的主要应用场景是为了让用户无感得修复线上缺陷，比如Tinker，Andfix，Sophix等。插件化则是为了减少模块耦合，可减少主程序的规模，可按需加载，比如DroidPlugin，OpenAtlas等。关于各个热修复与插件化的细节不再展开，这里就说一点，Android 7.0对Native的NDK的调用限制是手铐，尤其是Android 9.0对Java层SDK的调用限制就是脚铐，那么对于Android应用想再搞插件化之类的黑科技便是带着脚手铐跳舞，能跳但舞姿可能不太美观。

关于热修复可以参考：

Android热修复技术总结
 Android 热修复框架比较

关于插件化则可以参考：

深入理解Android插件化技术
 Android插件化常见冲突解决
 Android 插件化的Hook方案
 携程Android App的插件化和动态加载技术剖析
 蘑菇街Android组件化与插件化
 Android 插件化之ClassLoader详解

App动态化框架

随着应用不断演讲，功能越来越复杂，且应用针对不同屏幕设备、不同国家语言资源都打包在同一个App，导致应用包不断增大，据统计自2012年以来应用包大小增长5倍。虽然现在手机的存储空间越来越大，但用户照片、视频等媒体文件品质在逐渐提升，导致设备可用空间逐渐紧缩。为此Google在去年Google I/O大会讲述Android引入新的App动态化框架（即Android App Bundle，缩写为AAB）。利用Split Apk完成动态加载，使用AAB动态下发方式，可显著缩小应用体积，减少对存储空间的占用。

App Bundle相关的内容可以参考：

Android动态化框架App Bundles简介

Kotlin

Kotlin是Google推荐的官方静态编程语言，与Java互通，可相互转换。Kotlin编译成Java字节码，也可以编译成JavaScript，运行在没有JVM的设备上，简洁安全。使用Kotlin更快速地编写Android应用，可以提高开发者的工作效率，少编写样板代码，被称之为 Android 世界的Swift。谷歌开发者社区做过一个问卷调查，大概有50%的Android开发者已使用过Kotlin。这里并非鼓励大家一定都要使用Kotlin，学习新语言就像一次投资，要权衡团队成本与收益之间的利弊。如果你是一位原生Android开发，那么掌握Kotlin将是你必须掌握的技能。作为一名移动开发老兵，笔者在2018年出版了一本《Kotlin入门与实战》，Kotlin简洁的语法至今令我印象深刻。

Fuchsia

Fuchsia，是由Google公司开发的继Android和Chrome OS之后的第三个系统，已在Github中公开的部分源码可以得知。不同于安卓使用的Linux内核，Fuchsia采用的比较新的Zircon的内核。该系统与当下Android相比，无论是存储器还是内存之类的硬件要求都大幅降低，可以看出这是一款面向物联网的家用电器用的系统。据悉Flutter引擎+Dart语言将很有可能成为Fuchsia系统主要的UI开发框架。谷歌Fuchsia选择Flutter作为UI并不令人意外，毕竟Dart语言由谷歌亲生，一方面不用担心被人起诉，另外当Fuchsia有需要时，也能灵活地在Dart虚拟机做出针对性的改变。

Fuchsia会是Android的终结者吗? 笔者认为至少未来三五年内不太可能取代Android。当年为了和苹果iOS抗衡，Android系统研发作为Google重中之重，在这种情况下，Android诞生依然花费了Google 3年时间。而Fuchsia只是公司目前的实验项目，且Fuchsia并非基于业界成熟Linux内核，而是采用全新Zircon内核，项目工程路还很远。下面是Fuchsia的整个技术架构图。

从Fuchsia技术架构来看，内核层zircon的基础LK是专为嵌入式应用中小型系统设计的内核，代码简洁，适合嵌入式设备和高性能设备，比如IOT、移动可穿戴设备等，目前这些领域标准化级别的垄断者。以及在框架层中有着语音交互、云端以及智能化等模块，由此笔者揣测未来Fuchsia率先应用在音控等智能设备。

Fuchsia基于功能的模块化操作系统，应该会使各组件模块能独立升级更新能力，保证体验一致性。Fuchsia在IOT领域占据一定份额后，加之其良好的跨平台，可以再逐步渗透到移动手机、笔记本电脑等设备，进而三位一体，打造手机、电脑与IOT完美的互联互通的统一平台体验，让多端设备都离不开Fuchsia。在2018年10月，在“蓝牙特别兴趣小组（Bluetooth SIG）”举办的UnPlugFest（UPF）测试大会上，Google再展示了Fuchsia与Android设备的互联性，可以窥见一斑。Fuchsia的定位是物联网，相信随着5G时代的到来，Fuchsia将可能一统江湖。不过，目前来看，Fuchsia还有相当长的路要走。

Android开发的未来

移动操作系统的演变过程，从按键交互的塞班功能机到触摸屏交互的Android/IOS智能机，从小屏幕手机到全面屏、刘海屏、水滴屏。总结一下，任何系统无非干两件事：输入和输出，接收到外部输入信号后经过操作系统处理后输出信息。

Android发展至今，已成为全球用户量最广泛的移动操作系统，手机行业竞争异常激烈，经过几番洗牌，国内手机厂商主要是华米OV四大公司，并且随着移动互联网增长见顶，国内Android开发的需求也越来越少，那么Android的未来在哪里呢？

目前，Android在应用层次的发展已经见顶，未来的发展主要集中在人工智能和5G结合的产业，智能汽车、智能家居、IOT都将是Android发展的广阔市场。但就目前人工智能的奇点还没到来，技术还处于前期阶段，一旦奇点来临将会爆炸式发展，或将重新定义生活方式。汽车的智能化和互联网化是未来一大趋势，Google这两年确实在汽车领域发力，Android Auto在过去一年的用户增长250％。天生的移动特性加上越来越多的互联网服务需求，汽车需要一个具备多种感知能力的系统，或将成为是继手机、电视后Android的下一重点开拓领域。

对于Android开发人员来说，我有以下几点建议：

在Android领域深耕，做到极致，努力成为这个方向的专家，提升工程架构思维和能力，因为软件工程思想都是相通的。只要一个领域做到极致，即便Android被淘汰了，换新领域面试官依然会相信你也能做到极致。
在有深度的情况下，适当拓宽自己的广度，在每完成一个项目后就进行总结，并能够熟知整个系统的整体架构，对核心有深刻的认知。