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文檔簡介
1、<p> 畢業(yè)論文(設(shè)計) </p><p> 題 目 Google Android手機嵌入式系統(tǒng)的研究與開發(fā) </p><p> 學 院 </p>
2、<p> 專 業(yè) 數(shù)字媒體技術(shù) </p><p> 學生姓名 </p><p> 學 號 年級 </p><p> 指導教師
3、 </p><p> Google Android手機嵌入式系統(tǒng)的研究及開發(fā)</p><p><b> 數(shù)字媒體技術(shù)</b></p><p> [摘要] 隨著手機的普及以及手機應(yīng)用的深入人心,近幾年“智能手機”成為了人們關(guān)注的話題。在現(xiàn)今這個智能手機系統(tǒng)群雄紛爭的時候,2008年Google推出了一款名為Android的開源智能
4、手機操作系統(tǒng)。Android憑借其開放性和良好的人機界面,受到廣大手機生產(chǎn)商的重視,隨著3G時代的到來,Android有可能會改變現(xiàn)在智能手機市場的格局。Android 是由Linux操作系統(tǒng)、中間件以及核心應(yīng)用程序組成的專門為移動終端設(shè)備開發(fā)的層次軟件集。在對Android學習中,主要做了以下的研究:首先,Android系統(tǒng)是一個層次的軟件集,所以先從層次方面對Android進行系統(tǒng)研究,主要對其運行時環(huán)境層以及Android應(yīng)用框架
5、層的研究;其次,通過對Android平臺上應(yīng)用的開發(fā),更進一步了解Android這個系統(tǒng),在開發(fā)中,尤其注重Android的Intent機制的使用。</p><p> [主題詞] Android; Android 內(nèi)核層; Android構(gòu)架;Android應(yīng)用; Android SDK;Android 開發(fā)
6、 </p><p> The research and development of Google Android embedded system </p><p> Computer Science</p><p> Student: Zhang Xiaoy
7、ong Adviser: Xie Xin</p><p> [Abstract] With the popularity of mobile phones, “smart phone” become the subject of attention. Now days, there are lots of companies who compete in the filed “Smart Phon
8、e System”. In 2008, Google released their opening source smart phone operating system which called Android. Because of opening source and it’s nice UI. More and more mobile phone manufacturers use Android in their phones
9、. With the becoming of 3G,Android may change the field of smart phones. Android compose of Linux kernel, middl</p><p> [Key Words] Android;Android Kernel;Android Truss; Android Application;Android SDK;Andr
10、oid Development</p><p><b> 目錄</b></p><p><b> 1 緒論1</b></p><p> 1.1智能手機平臺1</p><p> 1.2 Android 平臺介紹2</p><p> 2 Android的系統(tǒng)研究
11、4</p><p> 2.1 Android構(gòu)架4</p><p> 2.1.1 Android的構(gòu)架綜述4</p><p> 2.1.2內(nèi)核層5</p><p> 2.1.3 Android Runtime和函數(shù)庫層5</p><p> 2.1.4 Dalvik 虛擬機7</p>&
12、lt;p> 2.1.5 Android的進程管理機制10</p><p> 2.1.6 應(yīng)用程序框架層11</p><p> 2.1.7 應(yīng)用程序?qū)?1</p><p> 2.2 Android的應(yīng)用11</p><p> 2.2.1 Android應(yīng)用的組成11</p><p> 2.2.
13、2 Activity12</p><p> 2.2.3 Intent Receiver12</p><p> 2.2.4 Service12</p><p> 2.2.5 Content Provider13</p><p> 2.2.6 AndroidManifest.xml13</p><p>
14、 2.3 Android 文件系統(tǒng)15</p><p> 2.3.1 系統(tǒng)文件夾分析15</p><p> 2.3.2 系統(tǒng)構(gòu)架與系統(tǒng)文件的對應(yīng)16</p><p> 3 Android的開發(fā)17</p><p> 3.1 Android開發(fā)工具17</p><p> 3.2 Android開發(fā)平臺
15、的搭建17</p><p> 3.3簡單短信功能軟件(miniSMS)的開發(fā)17</p><p> 3.3.1 miniSMS工程建立及分析18</p><p> 3.3.2 AndroidManifest.xml設(shè)計19</p><p> 3.3.3 UI設(shè)計20</p><p> 3.3.4 短
16、信發(fā)送功能的實現(xiàn)22</p><p> 3.3.5短信息的接收功能24</p><p> 3.3.6 虛擬機中運行28</p><p><b> 總結(jié)29</b></p><p><b> 參考文獻30</b></p><p><b> 聲 明
17、31</b></p><p><b> 致 謝32</b></p><p><b> 附錄33</b></p><p><b> ?。?lt;/b></p><p><b> 1 緒論</b></p><p>&
18、lt;b> 1.1智能手機平臺</b></p><p> Android(['ændr?id])是一個以Linux為基礎(chǔ)的半開源操作系統(tǒng),主要用于行動設(shè)備,由Google和開放手持設(shè)備聯(lián)盟開發(fā)與領(lǐng)導。 Android 系統(tǒng)最初由安迪·魯賓(Andy Rubin)制作,最初主要支持手機。2005年8月17日被Google收購。2007年11月5日,Google與84
19、家硬件制造商、軟件開發(fā)商及電信營運商組成開放手持設(shè)備聯(lián)盟(Open Handset Alliance)來共同研發(fā)改良Android系統(tǒng)并生產(chǎn)搭載Android的智慧型手機,并逐漸拓展到平板電腦及其他領(lǐng)域上。隨后,Google以Apache免費開源許可證的授權(quán)方式,發(fā)布了Android的源代碼。</p><p> 說起手機,沒有一個人會感到陌生。近幾年來一個名詞一直影響著許許多多的手機用戶,它就是智能手機。智能手
20、機憑借其強大的功能吸引住了許多用戶的眼球,因為有了廣大的用戶基礎(chǔ),智能手機也風靡一時。說起智能手機,除了他有一顆強大的CPU和其他一些較高配置的硬件外,其真正的智能還要歸功于其不可缺少的智能操作系統(tǒng)。</p><p> 當今,智能手機所搭載的智能手機操作系統(tǒng)平臺大致如下:</p><p> ?。?)Symbian OS。搭載在具有廣泛群眾基礎(chǔ)的Nokia手機上,并以此占據(jù)了智能手機的半壁
21、江山,其主要的智能平臺為大部分諾基亞手機搭載的的S60系列和索尼愛立信手機搭載的UIQ系列;</p><p> ?。?)Windows Mobile。Microsoft在桌面系統(tǒng)獲得成功之后,覬覦手機的巨大市場開發(fā)的智能手機系統(tǒng),因其界面和桌面windows系統(tǒng)較為接近和其強大的微軟后臺,成為國內(nèi)市場占有率緊跟Symbian之后成為國人比較喜歡的操作系統(tǒng);</p><p> (3)Mac
22、 OS X(iPhone OS)。蘋果一直都是個性和時尚的代名詞,受廣大中高層次手機用戶的喜歡。iPhone,以其酷炫的UI和獨特的操作方式,給傳統(tǒng)手機帶來一場革命,同時也給Symbian和Windows Mobile帶來巨大沖擊的;</p><p> (4)Blackberry。以商務(wù)應(yīng)用為主,在國外尤其是歐美等地,受到商務(wù)人士歡迎的Black Barry占據(jù)了近一半的無線商務(wù)電子郵件業(yè)務(wù)市場,就連美國總統(tǒng)奧
23、巴馬也使用該品牌的手機。但是在國內(nèi)還是受到一些基礎(chǔ)設(shè)施的制約,所以在國內(nèi)市場不是太好;</p><p> ?。?)Palm OS。專門為PDA開發(fā),一度占據(jù)了90%的PDA市場的份額,雖然其并不專門針對于手機設(shè)計,但是以其優(yōu)秀性和對移動設(shè)備的支持同樣使其能夠成為一個優(yōu)秀的手機操作系統(tǒng)。</p><p> ?。?)Linux。對于Linux系統(tǒng),想必很多人都不會太陌生,桌面系統(tǒng)中以其開源的特
24、性,贏得了不少用戶的喜愛。智能手機平臺的Linux同樣具有源代碼開放、軟件授權(quán)費用低、應(yīng)用開發(fā)人才資源豐富等優(yōu)點,便于開發(fā)個人和行業(yè)應(yīng)用。但是因為其平臺上的應(yīng)用少而不被國人所接受。</p><p> ?。?)Google Android。自2007年推出,2008年第一部搭載Android系統(tǒng)的G1上市至今不到短短五年時間,他已被許多人接受并且認可及歡迎。</p><p> 雖然如今的智
25、能手機系統(tǒng)市場仍被Symbian、Windows Mobile的占領(lǐng),但是iPhone的革命以后,以及后起之秀Android的推出,在將來,智能手機市場將發(fā)生翻天覆地的變化。</p><p> 1.2 Android 平臺介紹</p><p> Android從誕生到現(xiàn)在也不過3年的時間,但是也就是在這短短的3年內(nèi)Android創(chuàng)造了一個迅速被人們知曉并追捧的奇跡。2007 年11 月
26、5 日,Google 與其他33 家手機制造商(包含摩托羅拉、宏達電、三星、LG)、手機晶片供應(yīng)商、軟硬體供應(yīng)商、電信業(yè)者所聯(lián)合組成的開放手持裝置聯(lián)盟(Open Handset Alliance),發(fā)布了名為Android的開放手機軟硬體平臺。該聯(lián)盟的成員宣布日后都會在Android平臺上開發(fā)他們的新的業(yè)務(wù)。不久之后的2008 年9 月24 日,T-Mobile 公司首度公布第一臺Android 手機(G1)的細節(jié),同日Google 也
27、放出了Android SDK 1.0 rc1。這樣Android進入了人們的視線。</p><p> Android以其特有的開放性優(yōu)勢越來越受到人們和智能手機廠商的關(guān)注。</p><p> 對于第三放軟件開發(fā)商來說,Android 是一個真正意義上的開放性移動設(shè)備綜合平臺,Android系統(tǒng)是免費向開發(fā)人員提供的,這樣就避免了開發(fā)中專利權(quán)的障礙。因此,就能夠為第三方軟件開發(fā)商省下大筆
28、資金。</p><p> 對于設(shè)備制造商來說,Android是一個免費的平臺。當設(shè)備制造商每制造一臺手機時,那些支付給手機系統(tǒng)制造商的費用也省去了,這樣也降低了每臺手機的生產(chǎn)費用,同時就降低了手機的價格,這樣在市場上也提高了競爭力。</p><p> 對硬體開發(fā)廠商來說,Android也是個開放的平臺。使用Android平臺的廠商可以更具自己的需求以及能力為Android開發(fā)具有該廠商
29、特色的功能,但是這樣的增加完全不用考慮版權(quán)的問題。</p><p> 同時Android平臺支持各種先進的網(wǎng)絡(luò)、繪圖、3D 處理能力,可以用來提供更好的使用者體驗。</p><p> Google Android 系統(tǒng)作為一個完全開源的操作系統(tǒng),是由操作系統(tǒng)(Linux)、中間件以及核心應(yīng)用程序組成的軟件棧(software stack)。通過 android SDK 提供的 API
30、以及相應(yīng)的開發(fā)工具, 程序員可以很方便的開發(fā)android平臺上的應(yīng)用程序。其整個系統(tǒng)由應(yīng)用程序(Application),應(yīng)用程序框架(Application Framework),應(yīng)用程序庫(Libraries),Android運行庫(Android Runtime),Linux內(nèi)核(Linux Kernel)五個部分組成。Android操作系統(tǒng)內(nèi)置了一部分應(yīng)用程序, 包括電子郵件客戶端、SMS程序、日歷、地圖、瀏覽器、通訊錄以及其
31、他的程序,值得一提的是這些所有的程序都是用java編寫的。</p><p> 因為應(yīng)用程序框架使得組件更易于重用,所以開發(fā)者的應(yīng)用程序可以很容易的調(diào)用API函數(shù)實現(xiàn)我們想要的功能。在遵守應(yīng)用程序框架的安全機制約束的前提下,開發(fā)者開發(fā)的一個應(yīng)用程序可以使用其他程序所開發(fā)的功能。雖然Android的應(yīng)用程序是用Java語言開發(fā)的,但是Android給應(yīng)用程序開發(fā)者提供了一系列的 C/C++ 程序庫,通過Androi
32、d的一些特殊的設(shè)計,我們開發(fā)者可以使用這些庫,這在后面的敘述中將看到。</p><p> 現(xiàn)今,Android操作系統(tǒng)已成為許多手機制造商的寵兒,其中包括HTC、索尼愛立信、Samsung、摩托羅拉以及國內(nèi)的聯(lián)想、華為、海爾、華禹等。其中值得一提的是摩托羅拉公司,就在2009年11月憑借其一款搭載Android平臺的Droid手機,兩個月內(nèi)就突破百萬臺,擊敗了蘋果的iPhone 3GS,被《時代》雜志評選為“年
33、度最佳科技產(chǎn)品”。因此告別了兩年多的低迷態(tài)勢,走出了泥潭。</p><p> 2 Android的系統(tǒng)研究</p><p> 2.1 Android構(gòu)架</p><p> 2.1.1 Android的構(gòu)架綜述</p><p> Android是一個包括操作系統(tǒng),中間件以及一些重要應(yīng)用程序的專門針對移動設(shè)備的層次結(jié)構(gòu)的軟件集[1]。作為
34、一個層次結(jié)構(gòu)的軟件集,一定有一個層次的系統(tǒng)構(gòu)架,下圖為Android的構(gòu)架圖:</p><p> 圖2-1 Android 系統(tǒng)構(gòu)架</p><p> 從圖2-1中明顯的可以看出該系統(tǒng)從下到上包括Linux內(nèi)核層、Libraries和運行時環(huán)境層、應(yīng)用程序框架層、應(yīng)用程序?qū)铀膶咏Y(jié)構(gòu)。在Android的最下層的操作系統(tǒng)基于Linux2.6內(nèi)核,往上的中間件包括Libraries和運行時環(huán)
35、境層和應(yīng)用程序框架層兩個層次,最上層則是應(yīng)用程序?qū)印?lt;/p><p> 在Android構(gòu)架中,可以很明顯的看到,底層的Linux內(nèi)核則采用的是C語言,libraries采用C或者C++,但是應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層和運行時環(huán)境中的Android核心庫采用Java語言編寫,也就是說Android雖然底層用的是C或者C++但是應(yīng)用程序的開發(fā)則用的是Java。Google采用這樣的模式可能是因為相對于C或者C++
36、,Java的開發(fā)周期更短的緣故,這樣的話就能在短時間內(nèi)為Android提供大量的應(yīng)用軟件。我們知道,作為一個智能手機平臺,只有擁有了大量的源源不斷的應(yīng)用程序作為支持,才能受人們的歡迎,從而才能占領(lǐng)市場。之前Nokia的s60第三版就是一個很好的例子,因此Nokia S60v3的系統(tǒng)才被世人所熟知,并且曾經(jīng)在智能手機行業(yè)占有很大的市場。而另一個例子就是Linux系統(tǒng),在所有操作系統(tǒng)中,穩(wěn)定性和性能上能夠和Linux抗衡的系統(tǒng)不多吧,但是在
37、智能手機市場上為什么Linux卻可以說是一敗涂地,其原因也和其第三方應(yīng)用少是脫不了關(guān)系的。</p><p><b> 2.1.2內(nèi)核層</b></p><p> Google Android 作為一個開源的操作系統(tǒng)其內(nèi)核采用了同樣開源的被業(yè)界認為是相當穩(wěn)定的Linux作為其內(nèi)核,其中Linux內(nèi)核包括以下功能模塊:安全(Security)、存儲器管理(Memory
38、 Management)、進程管理(Process Management)、網(wǎng)絡(luò)堆棧(Network Stack)、驅(qū)動程序模型(Driver Model)等,另外也在給其上層的軟件和下層硬件間建立起一個抽象層(Abstraction Layer)。同時Android在Linux 2.6的內(nèi)核上進行了一些增加和刪改,使Linux更加適應(yīng)ARM平臺。</p><p> ?、旁黾恿艘粋€基于ARM構(gòu)架的GoldFish
39、平臺作為虛擬機的虛擬CPU。</p><p> ?、圃黾恿薡AFFS2 FLASH系統(tǒng)文件,因此增加了對NANDFLASH支持。</p><p> ?、窃黾恿薃ndroid相關(guān)的驅(qū)動。例如Android的IPC(進程間通信機制)binder,使用這個能使運行的進程為其他進程提供服務(wù);Android的日志系統(tǒng)(Logger)和內(nèi)存控制臺(Ram_console);同時Google還重寫了電源
40、管理(Power)</p><p> ?、仍黾恿诵碌墓蚕矸绞紸shmem(匿名共享內(nèi)存),多個應(yīng)用程序可以這種方式共享內(nèi)存獲取信息,為進程間提供大量共享內(nèi)存,同時為內(nèi)核提供回收和管理這個內(nèi)存的機制。</p><p> 2.1.3 Android Runtime和函數(shù)庫層</p><p> 2.1.3.1函數(shù)庫</p><p> Andr
41、oid 包含一些C/C++庫,Android系統(tǒng)中的各種不同組件都能夠使用這些庫函數(shù)。這些庫函數(shù)通過Android 應(yīng)用程序框架為開發(fā)者提供服務(wù)。以下列舉了一些庫函數(shù)[2]:</p><p> ①系統(tǒng) C 庫-一個專門為Embedded Linux設(shè)備定制的從BSD(Berkeley Software Distribution 伯克利軟件套件)繼承來的標準C系統(tǒng)函數(shù)庫。</p><p>
42、 ②媒體庫 - 基于 PacketVideo公司的OpenCORE開發(fā)設(shè)計的。該庫支持MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG多種常用的音頻、視頻格式的回放和錄制,同時支持靜態(tài)圖像文件。</p><p> ③Surface Manager - 對顯示子系統(tǒng)的管理,并且為多個應(yīng)用程序提 供了2D和3D圖層的無縫融合,提供如同類似iPhone的界面管理功能。</p>
43、<p> ④LibWebCore - 一個支持Android瀏覽器和一個可嵌入的web視圖的最新的web瀏覽器引擎。</p><p> ⑤3D libraries - 基于OpenGL ES 1.0 APIs實現(xiàn);該庫可以使用硬件 3D加速(如果可用)或者使用高度優(yōu)化的3D軟加速。</p><p> ?、轘QLite - 一個功能強勁的輕型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫引擎,Android中
44、所有應(yīng)用程序都可以調(diào)用它。</p><p> ?、逨reeType -位圖(bitmap)和矢量(vector)字體顯示。</p><p> ?、郤GL - 底層的2D圖形引擎。</p><p> 2.1.3.2 Android Runtime</p><p> 前面說到Android采用Java作為應(yīng)用程序的開發(fā)語言,但是雖然使用的是J
45、ava語言,但是Google卻沒使用傳統(tǒng)的Java Runtime來執(zhí)行應(yīng)用程序而是采用Android自己特有的Android Runtime。從Android 的系統(tǒng)構(gòu)架圖中可以清楚的看到,Android Runtime由Android函數(shù)庫(Android Libraries)和Dalvik虛擬機組成[3]。</p><p> Android函數(shù)庫中里包含了大部分Java程序語言所需要調(diào)用的函數(shù)庫,如dat
46、a structure, network, utilities, file system等,其中很多代碼是源于2005年的Apache Harmony項目。這樣做的話能夠使Android的虛擬機的類庫與Java SE的類庫有非常大的相似性,進而提高了Java SE類庫的兼容性,最大限度的降低了一個程序員從Java平臺開發(fā)到Andorid平臺開發(fā)的難度,這樣就降低了對Android開發(fā)的準備時間以及前期培訓的費用,從而降低了Android
47、應(yīng)用程序開發(fā)的周期以及開發(fā)費用,這樣的話短時間內(nèi)就能讓Google Android系統(tǒng)能夠擁有大量的可執(zhí)行的應(yīng)用程序。另外,使用Apache Harmony 類庫還能完全擺脫Sun的束縛而走上完全開源的Java之路,這樣也奉行了Google對Android完全開源的原則。</p><p> 我們知道,對一個應(yīng)用程序而言,都采用一個屬于該應(yīng)用程序的進程作為執(zhí)行的載體,同樣,對于Android也是,一個應(yīng)用程序也是
48、有一個屬于它的進程。之前說過Android采用Java作為開發(fā)語言,在進程執(zhí)行時應(yīng)該會有一個Java虛擬機來為進程提供服務(wù)。在Android構(gòu)架圖中可以看到, 該系統(tǒng)采用的是一個叫做Dalvik的虛擬機。在前面的研究中我們了解到Dalvik虛擬機是一個Java 虛擬機,但是又和Java虛擬機有所不同。Dalvik虛擬機和傳統(tǒng)的Java虛擬機所不同之處的是傳統(tǒng)的Java虛擬機是一個虛擬機來為不同應(yīng)用程序提供服務(wù),而Google自己開發(fā)的D
49、alvik虛擬機則是每一個Android應(yīng)用程序都擁有一個其自身的Dalvik虛擬機,換句話說就是專屬于每一個應(yīng)用程序?qū)?yīng)著一個Dalvik虛擬機而這個Dalvik虛擬機相當于一個執(zhí)行個體。有關(guān)Dalvik虛擬機的內(nèi)容將在下一個部分詳細說明。</p><p> Android函數(shù)庫和Dalvik虛擬機組成了Android的運行時環(huán)境。從圖中可以看到,Android Runtime和Libraries在同一層,建
50、立在Linux Kernel 層之上,與Linux Kernel 沒有交集,而是直接嵌套到libraries中。我們之前說過,我們開發(fā)者可以調(diào)用C和C++的一些類庫。其實就是這樣Android Runtime與Libraries在同一層的設(shè)計并同時讓Android Runtime 中的Android Libraries 引用libraries中的函數(shù),而通過Dalvik虛擬機編譯以后再調(diào)用這些函數(shù)做到上面所述的功能。</p>
51、<p> 也就是說其實Android Libraries中的函數(shù)只是libraries中的一些引用,當一個上層的應(yīng)用程序調(diào)用Dalvik虛擬機中的核心庫函數(shù)時,調(diào)用的其實只是一個函數(shù)名,并不是函數(shù)的具體實現(xiàn),然后Dalvik虛擬機對該函數(shù)進行一些處理以后再通過Dalvik虛擬機調(diào)用libraries中的相應(yīng)函數(shù),使之運行。換句話說就是,Android Libraries中的只是一個函數(shù)名,而真正代碼的實現(xiàn)是librari
52、es中的C或者C++代碼。這樣的好處就在于那些使用Java語言很難實現(xiàn)但是在C或者C++卻能很容易實現(xiàn)的功能也能通過Java很容易等的實現(xiàn)。</p><p> 2.1.4 Dalvik 虛擬機</p><p> Dalvik虛擬機是Android Runtime的一個組成部分,之所以要把他拿出來單獨進行研究是因為,Dalvik虛擬機作為一個Java虛擬機,但它和普通的Java虛擬機有著
53、一些不同。Google的工程師結(jié)合傳統(tǒng)的Java 虛擬機,根據(jù)Android使用的平臺一般為移動終端設(shè)備這樣一個特點重新設(shè)計的虛擬機,這個虛擬機在移動終端設(shè)備上運行效率上明顯比傳統(tǒng)的Java 虛擬機要高許多。Dalvik虛擬機對內(nèi)存的高效使用和在低速的CPU上表現(xiàn)出的高性能,確實讓人們刮目相看。</p><p> Android的上層應(yīng)用程序雖然是用Java開發(fā)的,但是Dalvik虛擬機卻和傳統(tǒng)的Java虛擬機
54、有著很大的區(qū)別,兩者是不兼容的。</p><p> 首先,眾所周知在Java 中,所有的程序代碼會被編譯器編譯成字節(jié)碼(.class)文件,然后再打包成JAR文件,在執(zhí)行時Java虛擬機就從JAR文件中提取出相應(yīng)的字節(jié)碼文件來執(zhí)行。在Android中不再使用字節(jié)碼文件而是一種Android所特有的DEX(Dalvik EXecutable)文件。DEX文件的生成還是需要經(jīng)過生成字節(jié)碼文件的這個過程的。使用Jav
55、a語言編寫好的Android程序代碼,同樣是先用Java編譯器編譯成為字節(jié)碼文件,但是在這之后還需通過Google提供的一個DX工具將編譯好的字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成為DEX文件,然后Dalvik虛擬機通過DEX文件獲得執(zhí)行的代碼。</p><p> Google棄用字節(jié)碼文件而采用特有的DEX文件格式,這表明在Android實際運行中DEX文件格式相對于字節(jié)碼文件格式應(yīng)該有一些獨特的優(yōu)勢。在Java中當一個應(yīng)用程序定義了
56、多個類后,通過編譯則會產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)目的class字節(jié)碼文件,在這些字節(jié)碼文件中則必然會有冗余信息,例如一些相同的類庫會冗余等。而DEX文件格式則是把這些class字節(jié)碼文件整合到一個DEX文件中,使得字節(jié)碼中的冗余減少了,同時使整體文件的尺寸也減少了。這樣一來,對于同一個應(yīng)用程序來說,相對于Java的字節(jié)碼文件Android的DEX文件格式在I/O操作中所需要的時間也減少了,同時也減少了查找類所需要的時間。另外DEX使用等長的指令,這樣的
57、話能夠使得DEX文件盡量的簡潔,從而提高了解析速度。通過上面的研究可以看出DEX文件格式是一種專為Dalvik虛擬機設(shè)計的壓縮格式,該格式的高性能很適合內(nèi)存和處理器速度有限的平臺,從中可以看出Android是定位于嵌入式平臺的一個操作系統(tǒng)。在這也體現(xiàn)出了Google給Android所定義的發(fā)展以及戰(zhàn)略方向,如今移動平臺的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已經(jīng)成為當前移動終端設(shè)備的發(fā)展方向,作為網(wǎng)絡(luò)搜索的龍頭大</p><p> Andr
58、oid應(yīng)用開發(fā)和Dalvik虛擬機同樣都使用Java開發(fā)語言,在應(yīng)用程序開發(fā)好以后我們就需要將這個應(yīng)用發(fā)布到Android移動終端設(shè)備。我們把一個開發(fā)好的應(yīng)用的Java代碼經(jīng)過編譯以后生成.class的字節(jié)碼文件,通過Android的DX工具轉(zhuǎn)換成.DEX格式的文件,最后使用Android的appt打包工具把DEX文件,源文件以及AndroidManifest.xml文件組合成一個APK應(yīng)用程序包,然后就能發(fā)布到移動終端設(shè)備上了。在AP
59、K應(yīng)用程序程序包發(fā)布到移動終端設(shè)備后,應(yīng)用程序運行前會對其中的DEX文件進行優(yōu)化,優(yōu)化后的文件格式稱之為DEY,DEY文件被保存到緩存區(qū)域,虛擬機會在緩存中執(zhí)行這些文件。</p><p> 其次,傳統(tǒng)的Java 虛擬機是采用的是基于棧的設(shè)計,而Dalvik虛擬機則是基于寄存器設(shè)計的。</p><p> 基于棧設(shè)計的虛擬機能夠使指令變得簡單,不需要考慮程序中的源寄存器和目的寄存器,只需要
60、開辟棧空間而不需要為臨時變量再開辟一個存儲空間。另外基于棧設(shè)計的虛擬機移植性比基于寄存器設(shè)計的虛擬機要高很多,從組成原理和嵌入式操作系統(tǒng)課程中我們知道,一般的32位x86處理器的通用寄存器和32位的ARM的通用寄存器數(shù)目是不同的。虛擬機的設(shè)計中,為了執(zhí)行的效率,有時會把這些寄存器一一映射到物理寄存器上,但是由于平臺的不同,導致通用寄存器數(shù)量不同造成如果基于寄存器設(shè)計的虛擬機很難做到一一映射,執(zhí)行效率就會大打折扣。而用基于棧的設(shè)計的話,就
61、不存在這種問題,就很容易的分配寄存器。另外,基于棧設(shè)計的虛擬機采用的是零地址指令,這樣的話指令形式比較緊湊。</p><p> 雖然基于棧結(jié)構(gòu)的虛擬機有上述的一些優(yōu)點,但是為什么Google不采用基于棧的設(shè)計而采用基于寄存器結(jié)構(gòu)設(shè)計Dalvik虛擬機呢。我個人覺得這是和Android所搭載的平臺以及Google的戰(zhàn)略有關(guān)的。首先,Android所搭載的主要平臺為移動終端設(shè)備,如今的移動終端設(shè)備雖然性能比過去好多
62、了,但是還是無法擺脫CPU處理能力低于桌面PC,存儲資源有限的限制,在這樣一個平臺上使用基于棧的設(shè)計,在指令執(zhí)行時必定會多出一個進棧(PUSH)和出棧(POP)的操作,那一定會影響指令執(zhí)行的效率,這也是為什么我們在一些手機平臺上運行Java程序時感到很慢的原因了。其次從Google對Dalvik虛擬機設(shè)計中采用的16個通用寄存器中可以看出Android的發(fā)展方向是基于ARM的硬件平臺,這也和Google的戰(zhàn)略方向相一致。雖然移植性降低了
63、,但是使用二地址和三地址的指令,使得代碼執(zhí)行效率大大提高。另外,Dalvik虛擬機雖然沒有采用現(xiàn)在流行虛擬機技術(shù)例如JIT(just in time,及時編譯)技術(shù),但是Dalvik虛擬機仍然是一個具有很高性能的虛擬機,在這不得不說一下,Dalvik虛擬機是一個設(shè)計相當不錯</p><p> 另外,Dalvik虛擬機的設(shè)計方面也有其獨特的地方。它就是本著能夠并發(fā)執(zhí)行多個虛擬機的設(shè)計思路來編寫的。每一個Dalvi
64、k虛擬機實例對應(yīng)于一個應(yīng)用程序,同時這個虛擬機實例還都是一個進程空間。換句話說就是一個應(yīng)用對應(yīng)一個Dalvik虛擬機同時對應(yīng)一個進程空間。不同的應(yīng)用程序在不同的Dalvik虛擬機實例中運行,不同的Dalvik虛擬機又對應(yīng)于不同的進程空間,加之不同的應(yīng)用程序在Linux內(nèi)核中以不同的Linux用戶來執(zhí)行,這樣可以最大限度的保證應(yīng)用程度的獨立性和安全性。但Dalvik虛擬機要實現(xiàn)如線程機制,內(nèi)存的分配和管理等操作的話,仍然需要底層操作系統(tǒng)的
65、支持。另外Dalvik虛擬機線程機制中的一個線程對應(yīng)于Linux中相應(yīng)的一個線程,這樣操作系統(tǒng)中的線程就能最大限度的為Dalvik虛擬機服務(wù)。通過這樣的一個設(shè)計,Android的安全性大大提高了。</p><p> 說到Dalvik虛擬機,那就應(yīng)該說說虛擬機中的一個特殊的虛擬機進程Zygote,之前說過一個Dalvik虛擬機對應(yīng)一個進程空間。Zygote進程的功能有點類似于Linux中的1號進程,在Linux當
66、系統(tǒng)啟動時即產(chǎn)生1號進程,而其他的進程都由1號進程創(chuàng)建。在Dalvik虛擬機中Zygote進程fork出所有的虛擬機進程,每當系統(tǒng)提出執(zhí)行一個Android應(yīng)用時,需要一個Dalvik虛擬機是,Zygote就會fork出一個子進程來執(zhí)行該應(yīng)用。使用它可以加快系統(tǒng)的執(zhí)行,因為Zygote進程在系統(tǒng)啟動時就產(chǎn)生,已經(jīng)完成了虛擬機的初始化,預置類庫的加載和初始化等等操作。當我們要執(zhí)行一個應(yīng)用而建立一個虛擬機時,只需讓Zygote進程自身復制,
67、這樣就可以減少虛擬機初始化等操作的時間。另外,對于一些只讀庫所有虛擬機實例都和Zygote進程共享一塊內(nèi)存區(qū),這樣大大減少了對內(nèi)存的開銷。</p><p> 2.1.5 Android的進程管理機制</p><p> Android雖然是基于Linux,但是它卻采用了一種有別于Linux的一種管理機制。Linux在一個進程活動停止后就立刻結(jié)束該進程,而Android在一個進程活動停止后
68、不會立刻結(jié)束該進程,并使該進程常駐內(nèi)存中。直到系統(tǒng)資源不夠需要更多內(nèi)存或者當某個結(jié)束進程的事件發(fā)生時才將該進程結(jié)束。</p><p> 在Android中進程被分成了前臺進程(foreground)、可見進程(visible)、次要服務(wù)(secondary server)、后臺進程(hidden)、內(nèi)容供應(yīng)節(jié)點(content provider)、空進程(empty)六種。</p><p&g
69、t; ⑴前臺進程是指一些系統(tǒng)進程和當前屏幕上正在顯示的進程。比如說你打開Google地圖查找路線,此時Google地圖就是一個前臺進程。⑵可見進程則是那些雖然不在前臺,但是用戶依然可見的進程,如輸入法,時鐘等,這些進程雖然不是在前臺運行的,但是其存在和我們的使用卻是密切相關(guān)的,如果關(guān)閉了這些應(yīng)用程序?qū)⒔o我們的使用帶來非常大的不便⑶次要服務(wù)是一些與系統(tǒng)功能息息相關(guān)的服務(wù),如Google企業(yè)套件等。⑷后臺進程,可以這么說后臺進程就是一個前
70、臺進程被另一個前臺進程替換后,進程沒有結(jié)束,但是已經(jīng)不再是前臺進程的一個狀態(tài)。在實際應(yīng)用中就是當一個前臺進程運行時按HOME鍵后的進程狀態(tài)⑸內(nèi)容供應(yīng)節(jié)點是沒有程序?qū)嶓w,而是僅僅提供內(nèi)容給別的程序使用的比如說日歷節(jié)點⑹空進程是沒有任何東西在運行的進程,在一個程序退出后會有一個沒有任何數(shù)據(jù)和代碼在運行但是依然駐留在進程空間中的進程,該進程僅僅是作為一個能夠提高該程序下次啟動速度和記錄程序歷史記錄的進程。</p><p&g
71、t; Android在調(diào)度以上幾種進程時使用了一個系統(tǒng)值作為系統(tǒng)對進程的一個評估,當要結(jié)束一個進程時該值的數(shù)值越大的進程被系統(tǒng)選中并結(jié)束的概率越大。一般的,前臺進程的值為0,這表明前臺進程不可能被系統(tǒng)選中并結(jié)束。當進程進入后臺以后,系統(tǒng)將會分配一個更高的值給該進程。相對于Linux的最近最早未使用的調(diào)度策略,Android在其基礎(chǔ)上提供了一套獨特的進程管理模塊,他能讓程序員使用腳本來對內(nèi)存管理進行定制。比如當內(nèi)存小于某個值時可以結(jié)束這
72、個系統(tǒng)值大于另外一個值的進程,還可以當內(nèi)存小某個值時結(jié)束上面六類進程中的一類(但順序必須是空進程,內(nèi)容供應(yīng)節(jié)點,后臺進程,次要服務(wù),可見進程,最后才是前臺進程)。根據(jù)這種特性 該系統(tǒng)值至少由兩部分組成,一個是基值,另一個根據(jù)LRU(最近最久未使用)調(diào)度算法產(chǎn)生的一個值。對于以上說的六種進程應(yīng)該分別有一系統(tǒng)給其賦予的值,其大小順序應(yīng)該是空進程大于內(nèi)容供應(yīng)節(jié)點大于后臺進程大于次要服務(wù)大于可見進程大于前臺進程,而這個系統(tǒng)賦予的值則是基值。這樣
73、就能保證一些這六種進程總是當一種進程被結(jié)束完了以后另外一種進程才會被結(jié)束,同時只需要根據(jù)這個系統(tǒng)值就能輕易做到對內(nèi)存管理的定制。</p><p> 2.1.6 應(yīng)用程序框架層</p><p> 在Android系統(tǒng)構(gòu)架圖中可以看到,應(yīng)用程序框架層是處于Android Runtime和庫函數(shù)層于應(yīng)用程序?qū)又g,之前的敘述中知道,該層使用開發(fā)語言的是Java語言。應(yīng)用程序框架是能夠讓開發(fā)者
74、完全訪問核心應(yīng)用程序所使用的API(Application Programming Interface,應(yīng)用程序編程接口),該框架能夠讓組件軟件重用的工做簡單化。同時該框架中的任何一個功能模塊都是等價的,任何一個應(yīng)用程序都可以發(fā)布其功能模塊,該功能模塊可以替代當前的任意一個功能模塊,但前提是必須遵循框架的安全限制[4],另外,其他的任意應(yīng)用程序能夠使用這個發(fā)布的功能模塊。這樣的設(shè)計就使Android的構(gòu)件重用率提高了。</p>
75、;<p> 在每一個應(yīng)用程序背后,應(yīng)用程序框架為其提供了一系列的服務(wù)。這些服務(wù)包括:①一個豐富并且可擴展的視圖,通過這個視圖我們可以使用它提供的一些包括按鈕、文本框、列表、網(wǎng)格等甚至可嵌入的web瀏覽器的應(yīng)用程序來構(gòu)造我們的應(yīng)用程序。②內(nèi)容提供器(content providers),有了內(nèi)容提供器,一個應(yīng)用程序可以共享它自己的數(shù)據(jù)或者訪問另外一個應(yīng)用程序中共享的數(shù)據(jù)。③資源管理器(resource manager),使
76、用資源管理器,我們在應(yīng)用程序中能夠訪問到一些如圖形、布局文件等一些非代碼資源。④通知管理器(notification manager),給程序員提供了一個可以在程序狀態(tài)欄中顯示自定義提示信息的管理器。⑤活動管理器(activity manager),提供常用導航功能用來管理應(yīng)用程序生命周期的服務(wù)。通過這些應(yīng)用程序框架層提供的服務(wù)程序員能夠方便的開發(fā)一個界面優(yōu)秀功能強大易于共享的的應(yīng)用程序。</p><p> 2
77、.1.7 應(yīng)用程序?qū)?lt;/p><p> 回到Android系統(tǒng)構(gòu)架圖中,應(yīng)用程序?qū)影巳缑芾怼oogle maps、瀏覽器等本地應(yīng)用程序(native apps),如QQ、MSN、QuickOffice等第三方應(yīng)用程序(third part apps),以及developer apps。同樣,該層的應(yīng)用程序也都使用Java語言進行開發(fā)的。</p><p> 2.2 Androi
78、d的應(yīng)用</p><p> 2.2.1 Android應(yīng)用的組成</p><p> 任何一個Android應(yīng)用程序,都可由四個部分組成,這四個組成部分分別是①Activity;②Intent Receiver;③Service;④Content Provider[5]。對于一個應(yīng)用程序來說,不一定這四個部分都需要。其中,Activity、Intent Receiver和Service是
79、Android最基本的三個組件。其實,這四個部分全部或者其中幾個的相互協(xié)調(diào)工作組成了我們平時見到的應(yīng)用程序。</p><p> 在Android中每個應(yīng)用程序都需要一個XML配置文件AndroidManifest.xml,該配置文件用于定義我們的應(yīng)用程序組件和組件的功能以及一些必要條件等。因此當我們使用到任何一個組件時都需要在這個配置文件中進行登記,否則就算是你在代碼中使用了這個組件,但是Android系統(tǒng)也是
80、找不到該組件的。</p><p> 2.2.2 Activity</p><p> Activity是Android中最最基本的組件,實際應(yīng)用中,通常就是一個單獨的屏[6],也就是一個運行在前臺程序在某一時刻在屏幕中所能展示的全部內(nèi)容就是一個Activity。每一個Activity都是繼承于Activity基類的一個子類,并且該Activity類由幾個之前說過的應(yīng)用程序框架提供的視圖組
81、成用戶接口,實現(xiàn)對事件的響應(yīng)。絕大部分的應(yīng)用都會包含多個屏幕,例如名片管理的應(yīng)用,一個屏用于顯示所有的聯(lián)系人,另一個屏用于顯示其中某個聯(lián)系人的詳細信息,可能還會有用于分組信息或者用于系統(tǒng)設(shè)定的屏。對于這些,每一個屏都是一個Activity。當一個新的Activity執(zhí)行以后,前一個Activity將暫停,并保存到系統(tǒng)歷史堆棧當中,用戶可以返回到歷史堆棧中的上一個Activity。當該Activity不用時可以從歷史堆棧中刪除。</
82、p><p> 2.2.3 Intent Receiver</p><p> Intent Receiver有的地方也叫做Broadcast Receiver。當你希望你的應(yīng)用能夠捕獲一個外部事件并作出響應(yīng)時,比如手機快沒電了,收到一條新的短信息等。這時你就可以使用一個Intent Receiver。因為Intent Receiver只是在一個你所關(guān)注的事件發(fā)生時,會給那些關(guān)注該事件的應(yīng)用程
83、序發(fā)送一個通知,所以它并不會生成一個UI。同樣的Intent Receiver也需要在AndroidManifest.xml中進行注冊。當一個你所關(guān)注的時間發(fā)生時,我們的應(yīng)用不需要主動去調(diào)用intent receiver,系統(tǒng)會在一個合適的時候去調(diào)用我們的程序的。</p><p> 2.2.4 Service</p><p> Service是一段長生命周期的,沒有用戶界面的程序。我們
84、舉一個播放器的例子,來說明Service程序。當一個播放器在前臺運行時我們會看到應(yīng)用程序提供的一個屏,也就是之前說的Activity,這個Activity提供給用戶一些操作播放器如播放、停止、下一曲等操作以及顯示一些歌曲和播放列表信息的功能。但是當播放器被切換到后臺以后,所有的Activity都放到歷史堆棧中了,而這時播放器任然繼續(xù)進行播放,而當一首歌曲播放完了以后,還會根據(jù)播放列表中的信息播放下一首歌曲。完成這些功能的組件就是Serv
85、ice。當播放器的Activity利用Context.startService()方法啟動一個Service后,這個播放器就能夠在后臺持續(xù)的播放音樂了。還有,對于一個Service組件,我們可以使用Context.bindService()連接到Service上,就能通過該Service提供的接口與之進行通信。</p><p> 2.2.5 Content Provider</p><p&g
86、t; Content Provider提供給你的應(yīng)用程序與其他應(yīng)用程序共享數(shù)據(jù)的一個功能。我們的應(yīng)用程序可以通過Content Provider提供的一些方法來處理或者保存其他應(yīng)用程序Content Provider中的數(shù)據(jù),這樣來達到數(shù)據(jù)的共享。</p><p> 2.2.6 AndroidManifest.xml</p><p> 之前提到過,每一個Android應(yīng)用程序都包括了
87、一個AndroidManifest.xml配置文件,它對應(yīng)了應(yīng)用程序的說明,包括運行權(quán)限,組件的注冊等。其實AndroidManifest.xml配置文件和使用Visual Studio開發(fā)中的Manifest.xml很相似,但是VS的可視化的界面的緣故,只需進行簡單的設(shè)置,就能自動生成該文件,所以不少的VS程序員會忽略掉該文件的存在。但是在Android應(yīng)用程序開發(fā)中,該文件是不可缺少的。應(yīng)用程序在運行前通過AndroidManife
88、st.xml文件向系統(tǒng)提供一些必要的信息,讓系統(tǒng)知道該應(yīng)用程序應(yīng)該如何配置。</p><p> 先舉一個AndroidManifest.xml文件的例子然后從該例子中詳細描述一下這個配置文件:</p><p> 01 <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> </p><p>
89、; 02<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" </p><p> 03 package="test. hello" </p><p> 04 android: versionCode="1" </p>
90、;<p> 05 android: versionName="1.0.0"> </p><p> 06<application android: icon="@drawable/icon" > </p><p> 07<activity android:name=".HelloAndroid&
91、quot;android:label=" @string/app_name"> </p><p> 08 <intent-filter> </p><p> 09 <action android: name="android.intent.action.MAIN" /> </p><p>
92、10 <category android: name="android.intent.category.LAUNCHER" /> </p><p> 11 </intent-filter> </p><p> 12 </activity> </p><p> 13 </application>
93、 </p><p> 14 </manifest></p><p> 這是一個簡單HelloAndroid程序的AndroidManifest.xml配置文件,從這個配置文件中我們能夠知道,該應(yīng)用僅包含了一個Activity。下面將對這個配置文件做一個詳細的描述。</p><p> 第1行是一般xml文件都有的頭部信息說明,其中包括xml的版本和文
94、件編碼方式。</p><p> 第2行和第14行則是一對“manifest”標簽,每一個AndroidManifest配置文件中必須有且只有一對“manifest”標簽,所有AndroidManifest中的描述都應(yīng)該包含在這對標簽中。</p><p> 第3~5行是“manifest”標簽的屬性,這個例子中的 package屬性說明應(yīng)用程序的入口在test.hello這個包下面。而“
95、android:versionCode”和“android:versionName”兩個可選的屬性則是說明應(yīng)用程序的版本號,其中“android:versionName”是面向用戶的版本號,而“android:versionCode”則是開發(fā)者使用的內(nèi)部版本號。</p><p> 第6行和第13行是一對“application”標簽,該標簽中定義了所有應(yīng)用程序所使用的Activity、Intent Receiv
96、er、Service等。該標簽的“android: icon”屬性定義了應(yīng)用程序顯示在Android主界面中的圖標而"@drawable/icon"表示該應(yīng)用程序圖標的路徑為/res/drawable/icon。</p><p> 第7行和第12行是一對“activity”標簽。在Android的應(yīng)用程序當中所有定義好的的Activity都需要在AndroidManifest.xml中添加一
97、組“activity”標簽,不然的話即使你定義了,但是Android應(yīng)用程序也找不到。在上面給出的例子中,僅僅有一組“activity”標簽,這也說明了給出的例子的應(yīng)用程序只有一個Activity。緊接其后的是“activity”標簽的屬性,“android: name”屬性表示了Activity所對應(yīng)的類,上述例子中的類是HelloAndroid類,結(jié)合package的路徑,它表示的是test.hello.HelloAndroid類。
98、另外,在屬性中“android: name”的值可以直接寫為“HelloAndroid”,因為其已經(jīng)定義到了test.hello包下面了?!癮ndroid:label”則指定了該Activity代號。</p><p> 剩下的8~11行是一對定義了Activity性質(zhì)的“intent-filter”標簽以及“intent-filter”包含的另外兩個標簽“action”和“category”標簽之所以這幾個標簽
99、一同說是因為“intent-filter”標簽的性質(zhì)是由“action”和“category”標簽來說明的。也就是說AndroidManifest中上層的標簽的性質(zhì)由下層標簽來描述。應(yīng)用程序的組件為了告訴Android該組件能夠相應(yīng)和處理那些Intent請求可以使用一個或者多個的“intent-filter”的標簽,同時一個“intent-filter”標簽至少應(yīng)該包含一個“action”標簽。我們再回到例子的這四行代碼中,“actio
100、n”標簽中的“android:name”屬性的值為android.intent.action.MAIN,表明該Activity是這個應(yīng)用程序的進入點,另外,“category”標簽中的“android:name”屬性值為android.intent.category.LAUNCHER說明了當啟動了應(yīng)用程序以后,應(yīng)當先執(zhí)行這個Activity。</p><p> 對于AndroidManifest.xml配置中還
101、有“receiver”,“service”和“provider”標簽,分別對應(yīng)了剩下的Intent Receiver、Service和Content Provider三個應(yīng)用的組成部分。同樣,每個Intent Receiver和Service以及Content Provider都需要到AndroidManifest.xml中進行描述后才能找到。</p><p> 2.3 Android 文件系統(tǒng)</p&g
102、t;<p> 當Android系統(tǒng)部署到相應(yīng)的硬件平臺上以后,和Linux系統(tǒng)一樣,勢必有一個系統(tǒng)文件夾,用來存放一些系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)以及一些用戶數(shù)據(jù)。下面就將介紹一下Android的系統(tǒng)文件夾</p><p> 2.3.1 系統(tǒng)文件夾分析</p><p> ?、賊system\app:這里存放的程序為系統(tǒng)默認的組件自己安裝的引用程序一般不放在該文件夾下。同時可以看到,該文
103、件夾下的文件都是APK格式的文件。</p><p> ?、赲system\bin:該目錄下都是系統(tǒng)的本地程序,主要為Linux系統(tǒng)自帶的組件。而從文件夾名字可以看出都是二進制代碼程序。這個文件夾和Linux系統(tǒng)下的\system\bin文件夾沒多大區(qū)別。</p><p> ?、踈system\etc:與Linux系統(tǒng)下的\system\etc文件夾沒有本質(zhì)的區(qū)別,都用于保存系統(tǒng)的配置文件。
104、</p><p> ?、躙system\fonts:從名字上可以看出用于存放字體的文件夾。</p><p> ?、輁system\framework:主要存放核心文件,其文件后綴名為jar,可以看出為系統(tǒng)構(gòu)架平臺。</p><p> ?、轡system\lib:用于存放系統(tǒng)底層庫。</p><p> ?、運system\media:存放鈴聲的
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