『Androidを支える技術〈I〉』

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2017/2/22

めっちゃ良いらしい

本書について

1.1　Androidと最先端のモバイルGUIシステム　……高まり続ける期待と要求

1.1.1　GUIシステムに対する要求は年々高まっている

解像度の向上によるGUIの複雑化

ユーザーの期待値が高まった

開発者の期待値も高まった

1.1.2　AndroidとGUIシステム

AndroidのスマホはGUIのシステムである

AndroidのGUIシステムの，アプリ開発者から見た特徴

❶マークアップによる記述と動的なツリーの操作

❷システムのかなりの部分がJavaで書かれている

❸IDEサポート

❹豊富なGUI部品と高機能なレイアウト

❺解像度非依存な記述

❻GPUなどを活かした高速な半透明処理やアニメーション

1.1.3　Androidのバージョンの話

Column　Microsoft OfficeはWPFで書かれていない

1.2.1　AndroidのGUIシステムの全体像について

1.2.2　GUIシステムの基礎Android初期からGBまで

1.2.4　AOTコンパイルとprofile guidedコンパイル　……LollipopからNougat現在まで

1.2.5　描画処理の概要

Viewツリーとレイアウト

DisplayListの構築とOpenGL ES呼び出し

Column　デスクトップでのグラフィックスハードウェア活用とWindows Vista

EGLによるグラフィックスバッファ指定とSurfaceFlingerによる合成

描画処理のまとめ

1.3.1　Activity

Activityとスタック

裏に行ったActivityとkill　……表と裏のActivity

Activityのライフサイクル

1.3.2　ActivityThreadとmainメソッド

1.3.3　プロパティによる設定の管理

1.3.4　Binderとシステムサービス

1.3.5　SystemServerとsystemユーザー

Column　Unixドメインソケットとsocketpair

1.3.6　Zygoteによるアプリの開始

1.3.7　init.rcから起動されるシステムサービスとデーモン達

Column　fork()システムコールとプロセスの生成

init.rcファイルの今と昔　……mount_all

serviceセクション

Column　Androidの「サービス」　……4つの「サービス」

Column　Flingerとは何か？

Column　CupcakeとG1　Androidバージョン小話❷

1.4　［入門］AndroidのGUIプログラミング　……View周辺の基本とカスタムのView

1.4.1　HelloWorld

レイアウトのリソースを用意

レイアウトのリソースをsetContentView()で指定

ボタンがタップされた時の処理を書く

1.4.2　カスタムのView

Column　AndroidにUserControlはないの？

onTouchEvent()でタッチに反応する

invalidate()とHandlerで内容を動的に変える

1.4.3　カスタムの属性を定義する

1.4.4　AndroidのGUIプログラミング入門，まとめ

1.5　まとめ

Column　SoCとSnapdragon

第2章　タッチとマルチタッチ　──スマホがスマホであるために

2.1　Androidでのマルチタッチ，基本のしくみ　……LinuxとAndroidの関係

2.1.1　ViewのonTouchEvent()メソッドとMotionEvent

2.1.2　マルチタッチ概要

Column　epoll()による複数のファイルディスクリプタ待ち

2.2　LinuxのInputサブシステムとinput_event　……入出力機器に共通して使えるフレームワーク

2.2.1　LinuxのInputサブシステムについて

2.2.2　Linuxの入力関連デバイスドライバとinputモジュール

シングルタッチの場合

マルチタッチの場合

2.2.3　eventのhandlerとeventファイル

Column　ioctl()システムコール

2.3　Androidフレームワークでの入力イベントの基礎　……InputManagerService

2.3.1　InputManagerServiceとその構成要素

2.4　InputReader　……InputManagerServiceの二大構成要素❶

2.4.1　InputReaderの構成要素

2.4.2　InputReaderのloopOnce()メソッドとRawEvent

2.4.3　EventHubのgetEvents()メソッド

getEvents()メソッド概要

入力デバイスの追加や削除に応じた処理　……Deviceオブジェクトの作成と削除

input_eventを読み出した時の処理

2.4.4　InputDeviceとInputMapper

2.4.6　InputReaderまとめ

2.5.1　InputDispatcher概要

Column　DonutとXperia　……Androidバージョン小話❸

2.5.2　ウィンドウとInputChannelの登録

2.6　まとめ

Column　EclairとFroyo　……Androidバージョン小話❹

第3章　UIスレッドとHandler　──LooperとHandlerが見えてくる

3.1　UIスレッド　……UIスレッド周辺の構成要素を知る

3.1.1　UIスレッドとは何か　……HandlerとUIスレッドの関わり

UIスレッドは，GUIシステムの特別なスレッド　……UIスレッドでしか実行できないGUI関連操作がある

3.1.2　UIスレッドでしかできないこと　……ラベルの変更やToastの表示など

UIスレッド以外からUIスレッドでしかできない操作を実行したい場合　……Handlerを用いたUIスレッドでの実行

Column　一般的なGUIシステムにおけるUIスレッド

3.1.3　UIスレッドではできないこと　……時間のかかる処理

3.1.4　メッセージループとUIスレッド　……UIスレッドとLooperの関係

3.1.5　AndroidにおけるUIスレッド周辺の構成要素　……LooperとHandler

3.2　Looper　……UIスレッドを実現するメッセージループ機構

3.2.1　Looperの基本的な使い方　……prepare()とloop()

Column　「GUIのメッセージループ」以外のLooperの使われ方

3.2.2　Looperとスレッドの関連付け　……myLooperとTLS

Column　TLS

MessageQueueへのファイルディスクリプタ登録

3.2.4　Looper.loop()では何を行っているのか？❶

3.3　よくわかるHandler　……知っておきたい2つの役割，その実装

3.3.1　［再入門］Handler　……2つの役割を分けて考えよう

3.3.2　Handlerの使用例

3.3.3　メッセージ送り先となるLooperの決定　……Handlerのコンストラクタによる暗黙の関連付け

Column　初期の傑作，Gingerbread　……Androidバージョン小話❺

3.3.4　Handlerのpost()とMessageのenqueue

3.3.5　Looper.loop()では何を行っているのか？❷　……Handlerのpost()の時の挙動

3.3.6　HandlerのdispatchMessage()①　……Runnableが呼ばれるケース

3.3.7　HandlerのdispatchMessage()②　……handleMessage()が呼ばれるケース

3.4　まとめ

第4章　Viewのツリーとレイアウト　──GUIシステムの根幹

4.1　Viewツリーの基礎知識　……GUI部品の親子関係

4.1.1　Viewとツリー

Column　ViewツリーのルートとViewRootImpl

4.1.2　Viewの担当する領域

4.1.3　Viewツリーの使われ方

4.1.4　ツリーの再帰的な呼び出し　……タッチのヒット判定の例を元に

4.2　AssetManagerとレイアウトのリソース　……高速なパース，素早い構造の復元

4.2.1　Viewツリーの構築とリソースファイル

4.2.2　リソースのコンパイルとAssetManager

4.2.3　バイナリ化されたリソースとaapt

4.2.4　バイナリリソースとXmlResourceParser

Column　長さの単位　……dpとspとpx

4.3　LayoutInflater　……メニューやListViewでよく使われるViewツリー生成方法

4.3.1　LayoutInflaterを取得する　……ActivityのgetLayoutInflater()の例

4.3.2　LayoutInflaterの生成とContext

4.3.3　LayoutInflaterとinflate()メソッド

4.3.4　LayoutInflaterのonCreateView()メソッドとcreateView()メソッド

4.3.5　inflate()メソッドでのViewの生成　……createView()メソッド

呼び出されるViewのコンストラクタ

4.3.6　ResXMLParserとAttributeSet

4.3.7　スタイルとテーマ入門

Column　SimpleCursorAdapterに見るAndroidのレイアウトリソース哲学

4.3.8　スタイル解決　……obtainStyledAttributes()メソッド

4.3.9　LayoutInflaterのまとめ

Column　テーマ関連の公式ドキュメント

4.4　ActivityとDecorView　……ActivityのsetContentView()が作る重要なView

4.4.1　setContentView()呼び出しの後のViewの階層　……DecorViewとContentParentとContentRoot

4.4.2　DecorViewとWindow Style

Column　ActivityとPhoneWindow

Column　requestWindowFeature()メソッドとWindow Style

4.5　Viewツリーのmeasureパス　……構築されたViewツリーをレイアウトする❶

4.5.1　Viewツリーのレイアウト概要

Column　LinearLayoutのlayout_weight属性

4.5.2　measureパスとonMeasure()メソッド

Column　レイアウト可能な場合を考える難しさ

4.6　葉ViewのonMeasure()によるサイズ計算　……ImageViewを例に

4.6.1　葉ノードと内部ノードについて

4.6.2　葉のViewの幅の指定いろいろ

❶幅がハードコードの場合

❷幅がwrap_contentの場合

❸幅がmatch_parentの場合

4.6.3　いろいろな幅の指定のコードによる表現　……MeasureSpecとサイズのエンコード

4.6.4　onMeasure()の実際の実装　……ImageViewの場合

ハードコードされた値の場合　……EXACTLY

最大値指定の範囲内で自由な値を申告して良い場合　……AT_MOST

制約の指定がない場合　……UNSPECIFIED

4.7　ViewGroupの場合のonMeasure()によるサイズ計算　……LinearLayoutを例に

4.7.1　問題の概要

4.7.2　基本ケースのButton B以外のonMeasure()処理

4.7.3　Button Bがwrap_contentの場合

4.7.4　Button Bがmatch_parentの場合

4.7.5　真ん中の子がlayout_weight="1"の場合

4.8　layoutパスとその他の話題　……構築されたViewツリーをレイアウトする❷

4.8.1　layout_で始まる属性達　……LayoutParamsとViewGroupのgenerateLayoutParams()メソッド

4.8.2　layoutパスとgravity

Column　measure()が複数呼ばれるケース

4.8.3　タッチの送信とInputChannel

4.8.4　onDraw()とCanvasとハードウェアアクセラレーション（第5章に続く）

Column　gravityとlayout_gravity

4.9　まとめ

Column　第二の傑作，Ice Cream SandwichとNexus 7　……Androidバージョン小話❻

第5章　OpenGL ESを用いたグラフィックスシステム　──DisplayListとハードウェアアクセラレーション

5.1　なぜOpenGL ESを使ったGUIシステムなのか？　……スピードと電力の問題

5.1.1　解像度とゲートの数　……消費電力とコア数

5.1.2　なめらかなアニメーションとViewごとのキャッシュ　……ListViewのスクロールを例に

5.1.3　動画の再生と消費電力

5.1.4　Androidのグラフィックスシステムのうち，本章で扱う範囲

5.2　Viewのdraw()からOpenGL ES呼び出しまで　……ThreadedRendererとRenderThread

5.2.1　誰がdraw()を呼び出し，誰がOpenGL ESを呼び出すのか？

5.2.2　ThreadedRendererによるdraw()の呼び出し

5.2.3　RenderNodeとDisplayListCanvas

5.2.4　drawRenderNode()メソッドとDrawRenderNodeOp

5.2.5　nSyncAndDrawFrame()メソッドとRenderThread

5.2.6　drawからDisplayListのメソッド呼び出しまで，まとめ

5.3　DisplayList　……「コマンドオブジェクトのリスト」にする効用

5.3.1　DisplayListが保持するオペレーション　……DisplayListOp基底クラス

DisplayListOp::defer()

DisplayListOp::replay()　……DrawRectOpを例に

5.3.2　その他のDrawXXXOpクラス　……DrawBitmapOpとDrawRenderNodeOp

DrawBitmapOp

Column　AndroidとSkia

DrawRenderNodeOp　……RenderNodeを描くというコマンド

5.3.3　DisplayListを用いた画面の再描画

❶再描画，画面の描画内容だけが無効になったケース

❸再描画，DisplayListが無効になったケース　……invalidate()メソッド

❹再描画，レイアウトが無効になったケース　……requestLayout()メソッド

❷DisplayListが有効だが，Surfaceの描画内容が無効なケース　……アニメーション（次節へ続く）

Column　ソフトウェアレンダリングの振る舞い

5.4　ListViewのスクロールに見る，驚異のアニメーション処理　……60fpsを維持し続ける最重要な応用例

5.4.1　スクロール処理の基本処理

5.4.2　60fpsを維持するために必要なこと　……VSYNCとChoreographer

5.4.3　flingの構造　……スクロールの特殊処理

5.4.4　RenderNode単位の平行移動　……offsetTopAndBottom()

5.5　まとめ

Column　いまいちなJelly Bean　……Androidバージョン小話❼

第6章　OpenGL ES呼び出しが画面に描かれるまで　──ViewRootImplとSurfaceFlinger

6.1　OpenGL ES呼び出しが画面に描かれるまで　……全体像と一連の流れ

6.1.1　本章で登場するクラス達の全体像

6.1.2　ハードウェアとAndroidの境界　……HAL

6.1.3　EGL呼び出しでOpenGL ESの描画先を指定する

6.1.4　EGLで指定されたSurfaceが，grallocで取得したオフスクリーングラフィックスバッファを更新する

6.1.5　SurfaceFlingerが，HWCを用いてグラフィックスバッファを合成して表示

6.1.6　ViewRootImplがSurfaceの左上座標を保持し，WindowManagerServiceが複数のViewRootImplを管理

6.2　HALとgralloc　……グラフィックスバッファの確保/解放のインターフェース

6.2.1　HALのモジュールの取得　……hw_get_module()

6.2.2　hw_module_t構造体周辺の構造体定義

6.2.3　hw_device_tとalloc_device_t

6.2.4　alloc_device_tのalloc()関数

6.2.5　gralloc_module_tとprivate_module_tの定義

6.3　EGLによるOpenGL ES描画対象の指定　……OpenGL ESの呼び出しは，どのようにグラフィックス領域に描かれるのか❶

6.3.1　EGLによる，OpenGL ESの描き出し先指定

6.3.2　EGL，gralloc，OpenGL ESが端末依存である意義

6.3.3　アプリのOpenGL ES呼び出しを基に，EGL周辺の構成の意義を考える

ハードウェアの想定

仮に，通常のメモリを介したシンプルなHALであった場合　……実際とは異なる仮想的なケース

gralloc，EGL，OpenGL ESといった分け方の場合　……実際のAndroidのケース

6.4　SurfaceFlingerとHWC　……OpenGL ESの呼び出しが，どのようにグラフィックス領域に描かれるのか❷

6.4.1　グラフィックスバッファとSurfaceをつなぐBufferQueue

6.4.2　BufferQueueConsumerとしてのSurfaceとOpenGL ES呼び出し

6.4.3　SurfaceFlingerシステムサービス　……init.rcのエントリ

6.4.4　他のプロセスから見たSurfaceFlingerと画面の描画

6.4.5　SurfaceFlingerから見た画面の描画

6.4.6　HWC （Hardware Composer） HAL概要

HWCが専用のハードウェア実装され得る理由

HWCに要求される基本機能

6.4.7　HWCのprepare()メソッド

6.4.8　SurfaceFlingerによるグラフィックスバッファの合成

prepare()メソッドの結果がすべてHWC_OVERLAYのケース

prepare()の結果にHWC_FRAMEBUFFERが含まれる場合

6.5　ViewRootImpl　……ViewツリーとSurfaceをつなぐ

6.5.1　ViewRootImpl概要

6.5.2　ViewRootImplの生まれる場所　……WindowManagerのaddView()

6.5.3　IWindowとしてのViewRootImpl　……IWindow概要

6.5.4　ViewRootImplでEGL呼び出しが行われる場所　……ThreadedRendererのinitialize()

Column　WindowManager周辺の複雑さ

Column　BufferQueueProducerの作成はどこで行われるか筆者がソースを読み切れなかった部分について

6.5.5　ViewRootImplのperformTraversal()メソッド　……Viewツリーに関わるさまざまな処理

6.5.6　ViewRootImplがViewへタッチイベントを届けるまで

6.6　Surfaceをアプリ開発者が使う例　……「フローティングウィンドウ」「SurfaceViewとMediaCodec」

6.6.1　フローティングウィンドウ

6.6.2　SurfaceViewとMediaCodec

6.7　まとめ

Column　stagefrightバグとAndroid 7.0 NougatでのMediaFrameworkの改善

第7章　バイトコード実行環境　──DalvikとART

7.1　Androidのバイトコード実行環境の基礎知識　……仮想マシンとART

7.1.1　スマホにおけるバイトコードの課題

厳しいリアルタイム性の要求　……秒間60フレームを求めて

少ないメモリ

7.1.2　Androidのバイトコード実行環境の変遷　……JIT，AOT，そしてprofile guided JITまで

最初は，Dalvik VMだった　……最初〜2.1

次に，Dalvik VMにJITが入った　……2.2〜4.4

そして，AOTコンパイルがやってきた　……5.0〜6.X

AOTコンパイルとJITのハイブリッドに　……7.0〜

7.1.3　本章で扱うバイトコード実行環境のバージョンとその方針

7.2　Dalvikバイトコードとdex　……仮想マシンの二大派閥，レジスタ型とスタック型

7.2.1　dexファイルができるまで

7.2.2　仮想マシンの2つの派閥　……スタック型とレジスタ型

Column　Jackコンパイラ

レジスタ型でのaddの呼び出し

Column　その他のレジスタ型仮想マシンシステム　……Elate OSとintent

スタック型でのaddの呼び出し

7.2.3　2つの仮想マシンの比較　……スタック型とレジスタ型はどちらが良いか？

7.2.4　バイトコード比較　……JavaとDalvik

7.2.5　dexフォーマットとその制約

7.3　メモリ節約の工夫とZygote　……バイトコード実行環境をサポートする技術群

7.3.1　フラッシュメモリの仕組みとAndroidのスワップ事情

Column　Androidでスワップが行われるのは，どのような時？

7.3.2　使用しているメモリの分類

Column　本当にフラッシュメモリでスワップを使うべきではないか？

Column　mmapとメモリ確保

7.3.3　Cleanなメモリとmmap

7.3.4　Androidにおける，実メモリを節約する2つの工夫　……mmapとZygote

Cleanを増やすためにmmapを有効利用

Sharedを増やすためにクラスをロードした状態からforkして新プロセス開始

Column　Androidでクラスを列挙するリフレクションが好まれない理由

7.4　これまでのバイトコード実行環境　……7.0以前の背景から学べること

Column　最初のバージョンとは何なのか

7.4.2　JIT入門　……トレースJITとメソッドベースのJIT

トレースJIT

メソッドベースのJIT

JITとメモリ

JITとバッテリー

JITとリアルタイム性

JITが有効なケース

7.4.3　AOT時代　……5.0〜6.Xまで

AOTコンパイルの欠点　……アップデートが遅い

7.5　Nのバイトコード実行環境　……Android 7.0 Nougatの進化

本節の構成

7.5.1　Nのバイトコード実行環境概要

なぜ一部JITに戻ったのか？

なぜJITがトレースJITからメソッドベースのJITになったのか？

7.5.2　Nのバイトコード実行環境，構成要素

7.5.3　ProfileSaverによるプロファイルの保存

7.5.4　BackgroundDexOptServiceの起動と処理内容　……profmanによるプロファイル情報のマージ

JobSchedulerへの登録と起動条件

プロファイルのマージとprofile guidedコンパイルの始動　……profmanとdex2oat呼び出し

7.5.5　dex2oatによるprofile guidedコンパイル

7.5.6　イメージファイルによる起動の高速化　…….artファイル

7.5.7　Nのバイトコード実行環境，まとめ

7.6　まとめ

Column　次の時代のAndroid，Lollipop　……Androidバージョン小話❽

おわりに

索引