第1章 Android基礎與開發環境的建立 1-1 Android的基礎 1-2 Android的系統架構

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1 第1章 Android基礎與開發環境的建立 1-1 Android的基礎 1-2 Android的系統架構

2 1-1 Android的基礎 1-1-1 Google與Android 1-1-2 Android的版本 1-1-3 Android的特點

3 1-1-1 Google與Android Android是一套使用Linux作業系統為基礎開發的開放原始碼（Open Source）作業系統，最初主要是針對手機等行動裝置使用的作業系統，現在Android已經逐漸擴充到平板電腦和其他領域，例如：電子書閱讀器、MP4播放器和Internet電視等。 Android作業系統最初是Andy Rubin創辦的同名公司Android, Inc開發的行動裝置作業系統，在2005年7月Google收購此公司，之後Google拉攏多家通訊系統廠商、硬體製造商等在2007年11月5日組成「開放式手持裝置聯盟」（Open Handset Alliance），讓Android正式成為一套開放原始碼的作業系統。

4 1-1-2 Android的版本 Android版本 釋出日期 代號 1.5 2009/4/30 Cupcake（紙杯蛋糕） 1.6
2009/9/15 Donut（甜甜圈） 2.0/2.1 2009/10/26 Eclair（閃電泡芙，法式奶油夾心甜點） 2.2 2010/5/20 Froyo（冷凍乳酪） 2.3 2010/12/6 Gingerbread（薑餅） 3.0/3.1/3.2 2011/2/22 Honeycomb（蜂窩） 4.x 2011/10/19 Ice Cream Sandwich（冰淇淋三明治） 4.1/4.2/4.3 2012/6/28,10/29,2013/7/24 Jelly Bean（雷根糖） 4.4 2013/9/3 KitKat（奇巧巧克力） 5.x 2014/10 Lollipop（棒棒糖）

5 1-1-3 Android的特點 硬體：支援數位相機、GPS、數位羅盤、加 速感測器、重力感測器、趨近感測器、陀 螺儀和環境光線感測器等。 通訊與網路：支援GSM/EDGE、IDEN、GPRS 、CDMA、EV-DO、UMTS、藍牙、WiFi、LTE 和WiMAX等。 簡訊：支援SMS和MMS簡訊。 瀏覽器：整合開放原始碼WebKit瀏覽器， 支援Chrome的JavaScript引擎。

6 1-1-3 Android的特點 多媒體：支援常用音效、視訊和圖形格式，包含MPEG4、H.264、AMR、AAC、MP3、MIDI、Ogg Vorbis、WAV、JPEG、PNG、GIF和BMP等。 資料儲存：支援輕量化關聯式資料庫SQLite。 繪圖：支援2D函數庫的最佳化繪圖，和3D繪圖OpenGL ES規格。 其他：支援多點觸控、Flash、多工和可攜式無線基地台等。

7 1-1-3 Android的基本操作介面 – 說明 對於習慣Windows作業系統操作的使用者來說，Android操作介面因為是一套行動裝置的作業系統，螢幕尺寸通常比較小，其操作邏輯反而比較像是在Web瀏覽器瀏覽網站的多頁網頁。 在說明Android系統架構和應用程式的組成元件前，我們先來看一看Android作業系統的主要操作介面：首頁畫面和活動。

8 1-1-4 Android的基本操作介面 – 首頁畫面
Android作業系統在啟動後進入的是首頁畫面（Home Screen），這是一個特殊的應用程式，作為使用Android作業系統服務的介面，類似Windows作業系統的桌面，可以將常用程式的捷徑新增至首頁畫面，如右圖所示：

9 1-1-4 Android的基本操作介面 – 應用程式啟動器
在下方中間是應用程式啟動器（App Launcher），內含5個圖示可以啟動常用的電話、聯絡人、簡訊和瀏覽器，選中間圓形的【啟動器】圖示，可以顯示安裝的應用程式清單，如右圖所示：

10 1-1-4 Android的基本操作介面 – 活動 Android應用程式主要是由一或多個活動（Activity）所組成，每一個活動可以建立與使用者互動的操作介面，類似Web網站的表單網頁，如右圖所示：

11 1-2 Android的系統架構 – 圖例 Android 作業系統的系統架構像是在蛋糕店購買的一個多層蛋糕，在行動裝置的硬體和使用者之間是Android軟體堆疊（Android Software Stack），可以分成很多層，如右圖所示：

12 1-2 Android的系統架構 – 應用程式 應用程式
使用者在Android作業系統執行的是應用程式，這也是使用者真正面對的Android作業系統，基本上，Android預設內建多種核心應用程式，包含：瀏覽器、日曆、聯絡人和打電話等，所有Android應用程式都是使用Java語言開發的應用程式。 本書的主要目的是幫助讀者學習如何建立Android系統架構最上層的Android應用程式。

13 1-2 Android的系統架構 – 應用程式框架
位在應用程式之下的是應用程式框架，這一層提供高階的建構元件，即一組類別集合來建立Android應用程式，換句話說，應用程式框架代表Android作業系統已經實作眾多Java類別，我們只需呼叫適當物件的方法，或繼承指定類別來擴充其功能，就可以快速建立Android應用程式。

14 1-2 Android的系統架構 – 函數庫 函數庫
位在應用程式框架之下的是函數庫，負責支援應用程式框架各元件的執行，這是一些使用C/C++語言撰寫的函數庫，包含：瀏覽器引擎的WebKit、3D繪圖的OpenGL、資料庫的SQLite和支援多種媒體播放的函數庫。 基本上，Android應用程式的開發者並不能直接使用這些函數庫，而是需要透過應用程式框架預先建立的Java類別來使用這些函數庫。

15 1-2 Android的系統架構 – Android執行環境1
Android執行環境是由虛擬機器和核心Java函數庫組成，其說明如下所示： 虛擬機器：Android虛擬機器是Google針對行動裝置實作的Java執行環境，因為Android應用程式是使用Java撰寫和編譯，在虛擬機器上執行，4.4之前版本是使用Dalvik VM虛擬機，在4.4版新增更有效率的ART（Android Runtime），需要自行切換使用，5.x版預設是ART。所以，Java程式碼在編譯成Java類別檔後，還需轉換成Android虛擬機器的格式，才能在Dalvik VM或ART虛擬機執行。

16 1-2 Android的系統架構 – Android執行環境2
核心Java函數庫：核心Java函數庫，Android支援的Java API是Java SE API的子集，刪除一些不需要的套件，例如：列印、視窗Swing或AWT等。

17 1-2 Android的系統架構 – Linux核心
Android作業系統是架構在Linux作業系統之上，Linux核心在Android系統架構中扮演硬體與其他軟體堆疊之間的抽象層（Abstraction Layer），5.x版是使用64位元版本的Linux核心。 Linux核心負責提供系統的核心服務，包含：執行緒、低階的記憶體管理、網路、行程管理、電源管理（Power management）和硬體的驅動程式。

18 1-3 Android應用程式的組成元件 – 說明
在Android作業系統上執行的應用程式是由多種元件（Components）組成，它是在Android作業系統管理的Linux行程（Process）上執行的應用程式。Android應用程式的組成有四種元件，如下所示： 活動（Activities）。 內容提供者（Content Providers）。 廣播接收器（Broadcast Receivers）。 服務（Services）。

19 1-3 Android應用程式的組成元件 – 活動
活動是Android應用程式與使用者互動的元件，可以用來定義使用者經驗，活動也是Android作業系統唯一可以讓使用者看到的元件，即使用介面元件組成的螢幕。Android應用程式可以建立一至多個活動來處理應用程式所需的不同互動。 一般來說，一個活動就是使用者在行動裝置上看到的單一螢幕畫面（大多佔滿整個螢幕，不過也有可能是對話方塊或Fragment片段），一個Android應用程式通常擁有一至多個活動，如同Web網站擁有多頁網頁，進一步說明請參閱第5章。

20 1-3 Android應用程式的組成元件 – 意圖
意圖（Intents）是一個啟動其他Android活動、服務和廣播接收器的非同步訊息，非同步（Asynchronous）是指訊息的送出和接收是相互獨立。意圖可以告訴Android作業系統我想作什麼？執行什麼動作？此時，作業系統是使用意圖篩選（Intent Filters）來找出可以處理的元件，例如：啟動其他活動、告訴指定服務可以啟動或停止與送出廣播。

21 1-3 Android應用程式的組成元件 – 內容提供者
內容提供者是在不同Android應用程式之間分享資料的介面，它是一組封裝的資料，提供客製化API來進行讀寫。 例如：聯絡人應用程式並沒有儲存任何聯絡人資料，它是透過內容提供者取得聯絡人資訊：姓名、地址和電話等，換句話說，其他需要使用聯絡人資料的Android應用程式，都可以透過同一個內容提供者來存取聯絡人資料。

22 1-3 Android應用程式的組成元件 – 廣播接收器
廣播接收器顧名思義是用來接收廣播並且做出回應，這是Android實作系統層級的廣播與回應機制，事實上，Android系統本身就會常常發出廣播，例如：接到來電、收到簡訊、啟動相機裝置、時區改變、系統開機、電池剩餘電量過低或使用者選擇偏好語言時，Android系統都會發出廣播。

23 1-3 Android應用程式的組成元件 – 服務
服務是在背景執行的行程，可以執行和活動一樣的工作，只是沒有使用介面。例如：播放背景音樂時，之所以不會打斷我們發送簡訊或收發電子郵件，因為它是一個在背景執行的服務，才能讓音樂播放不會中斷。

24 1-4 Android應用程式的開發環境 – 說明
如同學習其他程式語言一般，我們需要一些工具程式將撰寫的程式碼編譯成執行檔，Android應用程式開發同樣需要一些工具，最重要的是Google提供的Android SDK（Android Software Development Kit），一套免費和跨平台的Android應用程式開發套件，和官方在2014年12月推出的Android Studio整合開發環境。

25 1-4 Android應用程式的開發環境 – Android Studio
Android Studio是在2013年5月推出0.1測試版本，這是第一套Google官方的Android整合開發環境，2014年12月釋出1.0正式版。Android Studio是一套基於IntelliJ IDEA社群版（Community）建立的整合開發環境，可以跨平台支援Windows、Mac OS X 和Linux作業系統。

26 1-4 Android應用程式的開發環境 – Android SDK
除了Android Studio整合開發環境外，開發Android應用程式還需要Android SDK（Android開發套件），此套件包含偵錯器、Android模擬器（Android Virtual Device）、函數庫、文件、範例和教材，可以幫助我們開發與測試執行Android應用程式。

27 1-4 Android應用程式的開發環境 – Android Studio Bundle(說明)
Android Studio Bundle是Google公司推出的Android開發環境的整合安裝套件，用來取代舊版ADT Bundle（Android Development Tools Bundle），其最大差異是將原來Eclipse IDE整合開發環境換成Android Studio，和提供安裝程式進行安裝（ADT Bundle只是一個壓縮檔，直接解壓縮即可使用，並沒有安裝程式）。

28 1-4 Android應用程式的開發環境 – Android Studio Bundle(內容)
Android Studio Bundle包含所有開發Android應用程式所需的相關工具（包含前述Android Studio和Android SDK），其內容如下所示： IntelliJ整合開發環境社群版和Android Studio外掛程式 Android SDK工具。 Android平台工具。 一個Android平台，以本書為例是Android 5.01版。 一個Android模擬器使用的系統映像檔。

29 1-4 Android應用程式的開發環境 – Android模擬器
在Android SDK提供Android模擬器（Android Virtual Devices，英文簡稱AVD），這是一個非常有用的工具，可以在Windows作業系統模擬一台執行Android作業系統的行動裝置，幫助我們測試Android Studio開發的Android應用程式，而不用真正購買一台實機的智慧型手機或平板電腦。 所以，就算讀者沒有或尚未購買執行Android作業系統的行動裝置，我們仍然可以使用Android模擬器來測試執行我們開發的Android應用程式。

30 1-5 下載與安裝Android開發環境 1-5-1 下載和安裝JDK 1-5-2 下載和安裝Android Studio Bundle
1-5-3 更新Android SDK工具與安裝平台套件

31 1-5 下載與安裝Android開發環境 – 基本步驟
現在，建立Android開發環境只需在Windows開發電腦安裝Java語言的JDK後，下載和安裝Android Studio Bundle，就可以建立Android應用程式的開發環境，其基本步驟如下所示： Step 1：下載和安裝JDK（7或8都可以）。 Step 2：下載和安裝Android Studio Bundle。

32 1-5-1 下載和安裝JDK – 下載JDK Android應用程式的原生開發語言是Java，Android 5.x版是使用Java SE 7，不過，我們一樣可以使用最新Java SE 8，但是，在撰寫程式碼時不要使用Java 8新增語法，以避免相容問題。 在Windows開發電腦需要安裝JDK來編譯Java語言撰寫的Android程式碼，本書安裝的是JDK 8（Java SE Development Kit 8）。JDK可以從網路上免費下載，其下載網址如下所示：

33 1-5-1 下載和安裝JDK – 安裝JDK1 在Windows作業系統只需執行此檔案，就可以安裝JDK 8，其步驟如下所示：
Step 1：在本書是使用64位元版本和Windows 7為例，請按二下【jdk-8u25-windows-x64.exe】程式檔案，如果看到「使用者帳戶控制」對話方塊，請按【是】鈕繼續，可以看到歡迎安裝的精靈畫面。 Step 2：請按【Next】鈕，選擇JDK安裝元件和路徑。 Step 3：預設安裝路徑是「C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_25\」，如果需要，請按【Change】鈕更改，以此例沒有更改，按【Next】鈕開始安裝JDK。

34 1-5-1 下載和安裝JDK – 安裝JDK2 Step 4：可以看到目前的安裝進度，稍等數分鐘，等到JDK安裝完成，可以看到選擇安裝Java SE Runtime Environment（即JVM）的目的路徑。 Step 5：不用更改，請按【下一步】鈕，稍等一下，等到完成安裝和設定JVM後，可以看到完成安裝的精靈畫面。 Step 6：按【Close】鈕完成JDK的安裝。

35 1-5-1 下載和安裝JDK – 新增JAVA_HOME環境變數
Step 1：請執行「開始/控制台」指令開啟「控制台」視窗，選【系統及安全性】後，選【系統】，再選左邊最後1個的【進階系統設定】，可以看到「系統內容」對話方塊。 Step 2：請按右下方【環境變數】鈕，可以看到「環境變數」對話方塊。 Step 3：在下方「系統變數」框，按【新增】鈕，可以看到「編輯系統變數」對話方塊。 Step 4：在【變數名稱】欄輸入【JAVA_HOME】，【變數值】欄輸入【C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_25】，按三次【確定】鈕完成環境變數的新增。

36 1-5-2 下載和安裝Android Studio Bundle – 下載Android Studio Bundle
Android Studio Bundle是Google公司推出的Android開發環境的整合安裝套件，在此套件就包含開發Android應用程式所需的開發工具。 Android Studio Bundle可以在Android官方網站免費下載最新版本，其下載網址如下所示：

37 1-5-2 下載和安裝Android Studio Bundle – 安裝Android Studio Bundle1
在新增JAVA_HOME環境變數和成功下載Android Studio Bundle後，就可以開始安裝Android Studio Bundle，其安裝步驟如下所示： Step 1：請按二下【android-studio-bundle exe】安裝程式檔案，稍等一下，如果看到安全性警告，請按【執行】鈕，可以看到歡迎安裝的精靈畫面。 Step 2：按【Next】鈕，選擇安裝的元件。 Step 3：預設選取所有安裝元件（硬碟空間需要3.8GB），不用更改，按【Next】鈕，可以看到版權說明文字。

38 1-5-2 下載和安裝Android Studio Bundle – 安裝Android Studio Bundle2
Step 4：在閱讀版權說明後，按【I Agree】鈕同意授權，就可以選擇Android Studio和Android SDK安裝路徑。 Step 5：預設路徑分別為「C:\Program Files\Android\Android Studio」和「C:\使用者\<登入使用者>\App Data\Local\Android\sdk」，不用更改，請按【Next】鈕，設定Intel HAXM驅動程式（在第3章有進一步說明）。 Step 6：如果電腦支援Intel HAXM驅動程式來加速模擬器執行（即步驟3最後1個安裝元件，不支援，就不會看到此元件），就會看到此步驟的設定頁面，否則直接跳至步驟7，我們需要指定驅動程式最大的可用記憶體空間，建議值是2GB，請視電腦安裝的記憶體來自行調整，完成後，按【Next】鈕指定開始功能表的目錄名稱。

39 1-5-2 下載和安裝Android Studio Bundle – 安裝Android Studio Bundle3
Step 7：預設值是【Android Studio】，不用更改，請按【Install】鈕開始安裝。稍等一下，可以看到目前的安裝進度，等到安裝完成，可以看到完成安裝的精靈畫面。 Step 8：按【Finish】鈕完成安裝，在最後步驟預設勾選【Start Android Studio】，完成安裝就會馬上執行Android Studio的第一次啟動。

40 1-5-2 下載和安裝Android Studio Bundle – 第一次啟動Android Studio來更新元件
在完成Android Studio安裝後，我們需要第一次啟動Android Studio來更新相關元件（請建立Internet連線），其步驟如下所示： Step 1：如果在安裝最後步驟勾選【Start Android Studio】，就會馬上啟動Android Studio，否則請執行「開始/所有程式/Android Studio/Android Studio」指令啟動Android Studio，可以看到商標圖片。 Step 2：稍等一下，如果是第1次啟動，可以看到「Complete Installation」對話方塊（下次啟動就不會再出現）。

41 1-5-2 下載和安裝Android Studio Bundle – 第一次啟動Android Studio來更新元件
Step 3：如果作業系統安裝過舊版Android Studio或IntelliJ IDEA，可以勾選第1個選項匯入舊版設定，如果是第1次使用，不用更改，請按【OK】鈕，可以看到設定精靈自動下載和更新元件的下載進度。 Step 4：等到更新元件下載完成後，可以在最後看到已經新增一個名為【Nexus_5_API21_x86】的Android模擬器（名稱可能不同）。 Step 5：按【Finish】鈕成功更新元件後，就會啟動Android Studio看到「Android Studio」歡迎視窗。

42 1-5-3 更新Android SDK工具與安裝平台套件 – 說明
Android Studio Bundle預設只會安裝一個版本的Android SDK平台套件，對於其他版本的套件或需要更新Android開發工具，我們都需要啟動SDK Manager來進行安裝和更新。 因為Android SDK相關工具和平台套件會常常更新，在安裝Android Studio預設會自動更新一次（如果有更新也會自動提示），如果需要，我們可以啟動SDK Manager自行更新Android SDK相關工具和平台套件。

43 1-5-3 更新Android SDK工具與安裝平台套件 – 更新Android SDK工具與平台套件1
啟動SDK Manager自行更新Android SDK相關工具和平台套件（請先建立Internet連線），其步驟如下所示： Step 1：請啟動Android Studio，在「Android Studio」視窗選【Configure】。 Step 2：再選【SDK Manager】，就可以啟動SDK Manager（如果已經進入主畫面，請執行「Tools/Android/SDK Manager」指令）。 Step 3：等到成功下載和載入套件清單後，在【Status】狀態欄顯示Update available，表示有更新，預設勾選所有可更新項目，如下圖所示：

44 1-5-3 更新Android SDK工具與安裝平台套件 – 更新Android SDK工具與平台套件2
Step 4：請按【Install ? packages】鈕（「?」號項目數，以此例是13），可以看到「Choose Packages to Install」對話方塊。 Step 5：左邊是安裝清單，右邊是授權書，選【Accept All】同意全部授權，按【Install】鈕開始下載和更新選擇的工具或平台套件。 Step 6：等到完成Android工具和平台更新後，如果看到需要重新啟動SDK Manager來完成更新的「Android Tools Updated」對話方塊。 Step 7：請按【OK】鈕後，再按左上角【X】鈕關閉對話方塊，重新啟動SDK Manager，可以看到相關工具和套件都已經更新。

45 1-5-3 更新Android SDK工具與安裝平台套件 – 安裝指定版本的Android SDK平台套件(說明)
Android SDK平台有多種版本，分別對應Android不同版本的作業系統，在Android Studio Bundle內建的平台版本是最新版本，如果讀者需要針對4.4版或特定版本開發應用程式，需要自行下載安裝Android 4.4.2或特定版本的平台套件。 請注意！Android模擬器的System Image有兩種，ARM EABI v7a System Image是針對高通或聯發科等公司的ARM CPU；Intel x86 Atom System Image是Intel公司的Atom CPU。

46 1-5-3 更新Android SDK工具與安裝平台套件 – 安裝指定版本的Android SDK平台套件(步驟)
筆者準備使用Android 4.4.2版本為例說明如何安裝其他版本的Android SDK平台套件（請先建立Internet連線），其步驟如下所示： Step 1：請啟動SDK Manger看到「Android SDK Manager」視窗，在平台套件部分，請勾選【Android 4.4.2】。 Step 2：按右下角【Install ? packages】鈕（「?」號是套件數，以此例是8），可以看到「Choose Packages to Install」對話方塊。 Step 3：左邊是準備安裝的套件清單；右邊是授權書，選【Accept All】同意全部授權後，按【Install】鈕開始下載和安裝選擇的套件。 Step 4：稍等一下，等待時間需視選擇的數目而定，等到安裝完成，可以在「Android SDK Manager」視窗看到安裝的套件清單，Status狀態欄會更新為Installed；Not installed是沒有安裝。

47 1-5-3 更新Android SDK工具與安裝平台套件 – 更新Android Studio整合開發工具
Android Studio整合開發工具本身如果有更新，在啟動時就會提示有更新（也會提示Android SDK的更新），我們也可以手動檢查是否有更新，其步驟如下所示： Step 1：請啟動Android Studio，在「Android Studio」視窗左下方顯示目前的版本，如果有更新，在右上方會提示顯示更新Update Info。 Step 2：請點選右上方的【update】超連接進行更新，或點選左下方【Check】超連接，可以手動檢查是否有更新，有更新，就會看到「Update Info」對話方塊。 Step 3：請按【Update and Restart】鈕，就可以更新和重新啟動Android Studio。

48 End