現(xiàn)實工作中經(jīng)常可以聽到這樣的說法：框架的升級帶來協(xié)議性能的提升、編程模式的變革帶來業(yè)務(wù)的飛躍...... 姑且不論這些表述是否有問題，實際上如果系統(tǒng)地看待事物整體，可能會有不一樣的發(fā)現(xiàn)。以LINUX為例，盡管其內(nèi)核大獲成功，但如果不是遵循POSIX、并成為一個開源、精簡的UNIX實現(xiàn)，很難想象其最終會有何種發(fā)展。因此，對事物進行全局和一定深入的探究有時會有更多啟發(fā)。

今天，阿里高級無線開發(fā)專家所為將結(jié)合自己多年的經(jīng)驗，為你深入闡述整個 Android 技術(shù)域及移動研發(fā)生態(tài)，期待與大家共同探討。

1. Android設(shè)計的現(xiàn)實意義

架構(gòu)的工程意義在于：定義并解決一類問題，為需求到實現(xiàn)的平穩(wěn)過渡提供保障。傳統(tǒng)意義的Android架構(gòu)（圖1）已被人熟知，但不同角色的視角不同，例如認(rèn)為Runtime和框架是其核心、或者將Android看做是一種特異性JVM平臺、還有從嵌入式出發(fā)將其看做是Linux…… 實際上，Android是極少數(shù)幾個用設(shè)計來解決自身發(fā)展問題的系統(tǒng)，其核心在于通過硬件抽象、組件化、接口層三種能力來為發(fā)展提供基礎(chǔ)，并為諸多變數(shù)預(yù)留大量可操作、斡旋的空間。

圖1. Android傳統(tǒng)架構(gòu)

1.1 發(fā)展的前提：硬件抽象

2008年，我國邁入3G時代前夜，基礎(chǔ)設(shè)施的變革讓移動領(lǐng)域充滿變數(shù)，無論設(shè)備、硬件還是軟件都均未定型。擅長架構(gòu)和軟件的Google在這一領(lǐng)域要獲得生存和長足發(fā)展，需要團結(jié)一切可能的、甚至是未知的力量，取得移動運營商、芯片供應(yīng)商、手機制造商的支持則是生存的***步。

硬件抽象層（HAL）在一定程度上起到這樣的目的：它為移動領(lǐng)域五花八門、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的硬件驅(qū)動定義標(biāo)準(zhǔn)接口，避免Android過分依賴Linux，讓后續(xù)的擴展和整機集成更加高效，滿足了手機制造商的重要訴求；同時還起到隔離Linux內(nèi)核的作用，避免廠商充滿硬件秘密的驅(qū)動源碼受GPL協(xié)議影響而開源，保障了芯片等硬件制造商的核心利益。傳統(tǒng)手機OS的定制和集成流程需要修改大量代碼，負(fù)擔(dān)不少，從這個角度來看Android HAL其設(shè)計是領(lǐng)先的。結(jié)合AOSP優(yōu)良的代碼分支、模塊管理，加上基于GNU automake巨集形成的Android build system，廠商享受到超越以往的便捷。

然而HAL并無固定做法（如圖2所示），Android 8.0之前，最初大量采用HAL舊版方式，表現(xiàn)為framework直接加載*.so并依賴，主要集中在網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙等模塊；舊版方式導(dǎo)致framework與具體驅(qū)動接口耦合過緊，后來形成HAL傳統(tǒng)方式，即提供一定規(guī)范和接口進行改進，從而減少直接耦合，但每次廠商支持新版Android依舊有大量改動和適配；為更有效地解決這一問題，Android 8.0開啟Treble項目，從此芯片廠商能通過基于Binder的HIDL提供穩(wěn)定接口，制造商則可不受芯片廠商影響而直接更新Framework，甚至獲得無需重新編譯HAL即可OTA的能力。

圖2. Android對硬件驅(qū)動的設(shè)計

受益于HAL這一設(shè)計，Google在全球獲得更廣泛的支撐，尤其是Android 8.0在國內(nèi)廠商的迅速適配可見一斑。HAL為Android設(shè)備量的持續(xù)增長提供了基礎(chǔ)，并促進有實力的廠商向設(shè)備上層及基礎(chǔ)設(shè)施兩個領(lǐng)域縱深發(fā)展（圖3），體現(xiàn)在掌握核心技術(shù)的廠商（如高通、華為、MTK），通過不斷建設(shè)系統(tǒng)能力來強化競爭力（支持5G標(biāo)準(zhǔn)、硬件能力、軟硬結(jié)合以及系統(tǒng)能力的深度定制等），而具備渠道和資源整合優(yōu)勢的手機制造商（華為、OPPO、小米、VIVO等），則立足OS持續(xù)構(gòu)建更高效的應(yīng)用來拓展版圖（UI、推送、商店、輕應(yīng)用等），這都體現(xiàn)出Android HAL對整個產(chǎn)業(yè)的凝聚和影響，間接彌補Android自身的諸多不足。

圖3. 具備核心競爭力的廠商的發(fā)展趨勢

1.2 能力的樞紐：組件化

對能力進行如何組織和復(fù)用是架構(gòu)的***挑戰(zhàn)，借鑒現(xiàn)有能力是發(fā)展的捷徑。無論是Mircosoft的COM，還是OMG的CORBA，或是從EJB到Spring、從SOA到Serverless，隨著基礎(chǔ)設(shè)施如網(wǎng)絡(luò)、終端設(shè)備的能力提升，這些技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出從重量到輕量、從對中心(總線)的重度依賴到輕量級依賴的趨勢。Android充分結(jié)合各領(lǐng)域先進技術(shù)，并基于移動端資源受限這一***特色，形成了自身的技術(shù)特色：AIDL衍生自復(fù)雜的CORBA IDL，組件由SOA精簡而來，各獨立生老病死的System Service類似一個個微服務(wù)，Binder可以看做是對一種弱化總線、性能更好、可點對點通信的DBUS，UI布局系統(tǒng)則極大程度受到SWING的影響、manifest實際上就是APP與系統(tǒng)通信所必須的組件接口描述文件......

上面提到的領(lǐng)域技術(shù)的確有利于Android發(fā)展，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。回想之前談到的HAL以及整體架構(gòu)，我們看到Android實際上就是個大雜燴，使用的是諸多技術(shù)的混合。過去除Palm等Web OS外，無論是基于Linux/Unix構(gòu)建的系統(tǒng)如Meego，還是Symbian、MTK、UCOS、WindowsCE，無論是實時系統(tǒng)還是非實時系統(tǒng)，這些移動端系統(tǒng)都以C/C++為主且小巧精悍，對內(nèi)存使用和要求極為考究，雖然滿足了資源受限設(shè)備的使用訴求但帶來了門檻；虛擬機類的平臺如KJava、.NET on Windows Phone雖然內(nèi)存使用和能耗方面比較大方，卻勝在研發(fā)效率和容錯性，因而受到不少開發(fā)者歡迎。

所以選擇混合架構(gòu)對于缺乏完整移動領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)鏈支撐的Google既符合其自身技術(shù)理念、又勝算***，于是量身定制的組件化能力便肩負(fù)起這一使命，使得各組件得到有機組合、應(yīng)用之間以及應(yīng)用和系統(tǒng)的溝通更為明確和有約束，最終幫助整個系統(tǒng)靈活運轉(zhuǎn)，能力被迅速放大。

觀察Android系統(tǒng)的啟動運行流程（圖4）以及APP對系統(tǒng)能力的使用（圖5），可以發(fā)現(xiàn)其各類能力已按照組件化標(biāo)準(zhǔn)和粒度進行組織（能力的注冊發(fā)現(xiàn)、接口和通信的標(biāo)準(zhǔn)化、運行空間的隔離等），讓快速迭代的手機硬件和持續(xù)升級的系統(tǒng)能力以最小代價透出，將復(fù)用的價值在移動設(shè)備系統(tǒng)上具體化并***化，從而具備更高的靈活性和兼容性；其背后軟件工程的意義在于為軟件需求、設(shè)計之間架起一座橋梁，解決了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和研發(fā)需求向?qū)崿F(xiàn)平坦過渡的問題。

圖4. Android系統(tǒng)進程架構(gòu)概要

圖5. 使用設(shè)備能力的典型調(diào)用路徑

當(dāng)然，歷史上其他公司面臨這類挑戰(zhàn)時也有不一樣的想法，例如Windows Phone 8.0選擇了另外一條路，無論是提供媲美JAVA的C#及VB.NET框架、還是基于Sliverlight Dependency Property + XAML的UI系統(tǒng)、甚至是為了支持C++研發(fā)出來的C++/CX及一套運行時，都仿佛無時無刻標(biāo)榜著其系統(tǒng)技術(shù)的多樣化與復(fù)雜性，算得上是一場技術(shù)盛宴。

Meego則是另外一個例子，被期待救Nokia于危難，并由Intel聯(lián)袂推出，通過各種開源能力的組合來完成系統(tǒng)的建設(shè)，如Linux內(nèi)核+QEMU模擬器+QT+QML界面，但實際上曇花一現(xiàn)。

1.3 應(yīng)用的基礎(chǔ)-接口層

系統(tǒng)能力基本就緒，如何迎來更多開發(fā)者對Android長遠(yuǎn)發(fā)展至關(guān)重要。選擇JAVA作為上層語言，既需要勇氣又足夠彰顯其野心；為迎合資源受限這一移動領(lǐng)域過去、現(xiàn)在也是未來的***客觀事實，其設(shè)計了基于寄存器架構(gòu)、可執(zhí)行文件更小的Dalvik虛擬機，并通過凈室工程來高質(zhì)量實現(xiàn)，同時結(jié)合諸多工具對外提供了流暢的JAVA編程方式，擺脫類似MTK feature phone只能用KJava寫些小游戲的局限，使得Android研發(fā)兼具JAVA的便利和不錯的性能。

天有不測風(fēng)云，SUN在09年4月被Oracle收購，距離Android 1.0發(fā)布還不到一年。雖然最初選擇Apache Harmony來提供JAVA API十分明智，但卻遭遇到技術(shù)上不支持JAVA 7/8、版權(quán)上Oracle訴訟紛至沓來等諸多挑戰(zhàn)。為應(yīng)對這一切，Google從Android N開始，將JAVA的支持變更為OpenJDK。另外，Kotlin因為特性相近、又可被編譯為class或者dx字節(jié)碼，也獲得了Google青睞和收編（圖6）。

圖6. Android接口層的過去和未來

實際上，之所以Android敢這么做，還是因為有其設(shè)計基礎(chǔ)的支撐，根據(jù)個人的一點粗鄙了解，從Android API的調(diào)用鏈路（圖7）上能發(fā)現(xiàn)端倪：無論底層依賴、實現(xiàn)和流程如何變化，上層的使用形式并不會改變。

圖7. Android內(nèi)部對調(diào)用鏈路的3種實現(xiàn)

這意味著幾乎所有系統(tǒng)能力的核心，已在native library被實現(xiàn)殆盡，并結(jié)合上層提供良好屏蔽。這為其他語言實現(xiàn)Framework提供了可能，尤其是一門特性與JAVA相近的語言。所以是什么語言、是不是kotlin都只事先設(shè)計規(guī)范下的一種合適的選擇。

圖8. 一種未來用kotlin代替java的極端可能

2. 對于我們的象征意義和實踐

綜上所述，Android從三個方面來解決其發(fā)展的關(guān)鍵問題：

• 硬件驅(qū)動：形成廠商的合作基礎(chǔ)，并反過來對整個產(chǎn)業(yè)施加影響。
• 組件化：高效組織各種內(nèi)部能力，尋求自身的更快發(fā)展。
• 接口層：滿足上層對系統(tǒng)和硬件能力的各種使用訴求。

移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)巨頭發(fā)展因為起點以及執(zhí)行理念不同而有所不同，Apple圍繞著其App Store構(gòu)建其整個體系并精心維護，而且在現(xiàn)代化API編程、整機體驗、垂直領(lǐng)域技術(shù)如網(wǎng)絡(luò)/算法等各縱深領(lǐng)域走在前列；Google則用Android帶路，需要在各個層面維護和團結(jié)不同力量來形成自己的發(fā)展特色。所以，Android為系統(tǒng)如何發(fā)展提供了另外一種答案：除關(guān)注系統(tǒng)自身能力的發(fā)展，如何維護好系統(tǒng)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)和前提、如何更好地暴露和讓外界使用系統(tǒng)能力也至關(guān)重要（見圖九）。

圖9. Android設(shè)計對解決問題的啟示

回到我們自身，在重用戶、重交互、手機即人的今天，我們的產(chǎn)品有理由也有必要用其內(nèi)涵延展并放大服務(wù)的價值。要做到這一點并非易事。首先，業(yè)務(wù)迭代越來越快，各種應(yīng)用層出不窮對中間件意味著廣泛的需求；其次，環(huán)境在改變，無論是運行硬件和設(shè)備的五花八門、還是對接集群的復(fù)雜多樣，都對阿里原有端側(cè)中間件帶來巨大沖擊；再次，在基礎(chǔ)技術(shù)發(fā)展變緩的今天，技術(shù)的價值需要被持續(xù)放大，我們希望基于自身能力來構(gòu)建服務(wù)和業(yè)務(wù)的泛連接基礎(chǔ),并將其作為發(fā)展愿景。這要求我們基于集團背景以及核心APP發(fā)展的主要目標(biāo)下，來綜合思考這個發(fā)展問題（圖10）。

圖10. 對泛連接能力建設(shè)的思考

通過Android的啟發(fā)，結(jié)合環(huán)境和現(xiàn)狀，在滿足業(yè)務(wù)目標(biāo)的同時我們從三個層面不斷演進網(wǎng)絡(luò)能力（圖11）。

• 首先，通過覆蓋線上線下、各類場景、形態(tài)各異的設(shè)備，不斷打造高效私有、支持通用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，并提供部分其他端側(cè)網(wǎng)絡(luò)不能或者及其難以提供的特殊能力，來幫助我們構(gòu)建設(shè)備和服務(wù)、用戶與業(yè)務(wù)的泛連接基礎(chǔ)。
• 其次，自底向上地抽象，將非阻塞的IO復(fù)用、用戶態(tài)網(wǎng)絡(luò)棧支持、通道能力擴展以及可支持混合集群的多實例架構(gòu)進行高效組織，從而保障了數(shù)據(jù)在不通層面的流轉(zhuǎn)和管理訴求。
• ***，基于SDK矩陣和接入能力的建設(shè)，我們實現(xiàn)了服務(wù)接入到業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)透出給用戶的目的，并通過提供豐富的數(shù)據(jù)帶來更多價值。

圖11. 泛連接能力的系統(tǒng)性建設(shè)

基于以上的不斷沉淀，目前我們已能觸達(dá)海量設(shè)備和用戶，成為接入阿里內(nèi)外各服務(wù)和平臺的接口，并為終端和服務(wù)分別屏蔽集群的多元化及設(shè)備的多樣性，實現(xiàn)新零售系統(tǒng)能力與用戶的泛連接（圖12）。

圖12.團隊能力在集團中所處的位置

3. 小結(jié)

結(jié)合傳統(tǒng)的C/S觀念，服務(wù)端獲取的信息來源于各網(wǎng)絡(luò)終端，網(wǎng)絡(luò)+協(xié)議屏蔽或規(guī)范了外界對服務(wù)輸入的多樣性，使得服務(wù)端過去關(guān)注的是集群和高并發(fā)，但現(xiàn)在無論是上云還是利用率，背后都是業(yè)務(wù)、成本規(guī)模和邊際效應(yīng)在驅(qū)動，這里面發(fā)展的代際主旨鮮明。但回到客戶端，由于受到環(huán)境和交互等多樣性直接影響，即便是動態(tài)性的技術(shù)也難以代表端側(cè)的全部甚至是主流。所以在某種局部技術(shù)比拼武功，成為過去客戶端的一種行業(yè)“潮流”。

在局部技術(shù)和單點深入的確有其意義，筆者也曾有過一些班門弄斧，如非輪詢方式獲取手機棧頂Activity、面向阿里特有復(fù)雜集群的SDK多實例設(shè)計、Sophix熱修復(fù)及云上產(chǎn)品等。但結(jié)合過往經(jīng)驗及Android設(shè)計，可以更系統(tǒng)性地看待這一現(xiàn)象：即除了滿足業(yè)務(wù)核心訴求（因為投入大量資源，必須、肯定要成，至少小成），更應(yīng)該關(guān)注技術(shù)如何更好地服務(wù)業(yè)務(wù)以及如何持續(xù)挖掘能力護城河這兩頭的問題。所以要打造和發(fā)展好一個系統(tǒng)，除構(gòu)建系統(tǒng)各中堅能力外，還需維護好系統(tǒng)發(fā)展的前提、組織好各系統(tǒng)能力的內(nèi)聚、滿足好外部對系統(tǒng)的訴求。