【Android】Android Framework 的那些核心子系统及其功能详解

Android Framework（安卓框架层）是连接应用层与底层 Linux 内核及硬件抽象层（HAL）的核心中间层，其内部按功能划分为多个子系统（Subsystem） 。这些子系统相互协作，为应用提供统一的 API 接口，并管理设备硬件资源、系统服务及应用组件的运行。

核心子系统及其功能详解

以下是 Android Framework 中最核心的子系统，涵盖了从应用组件管理到硬件交互的全流程：

1. Activity Manager 子系统（Activity Manager Subsystem）

核心功能：管理四大组件（Activity、Service、BroadcastReceiver、ContentProvider）的生命周期、进程调度、任务栈（Task Stack）及应用间交互。

核心组件：

• ActivityManagerService（AMS）：系统核心服务，负责组件生命周期调度、进程优先级管理（OOM 调整）、任务栈维护。
• ActivityTaskManagerService（ATMS）：Android 10 后新增，专注于 Activity 任务栈和窗口容器管理，与 AMS 分工协作。
• ApplicationThread：应用进程中与 AMS 通信的 Binder 接口，接收 AMS 的调度指令（如启动 Activity）。作用：是应用组件 “生老病死” 的总调度中心，确保组件按规则运行（如 Activity 的onCreate到onDestroy流程），并通过进程优先级管理（如前台进程、后台进程）保证系统资源高效分配。

2. Window Manager 子系统（Window Manager Subsystem）

核心功能：管理所有窗口（Window）的创建、显示、隐藏、层级（Z-Order）及布局，是 UI 渲染的 “容器管理者”。核心组件：

• WindowManagerService（WMS）：系统服务，负责窗口层级排序、尺寸计算、显示区域分配（如状态栏、导航栏占用空间）。
• Window：窗口抽象类，每个 Activity、Dialog、Toast 都对应一个 Window，是 View 的载体。
• Display：管理物理屏幕（如主屏、外接显示器）的显示属性（分辨率、刷新率）。作用：决定 UI 元素在屏幕上的位置和层级（如弹窗显示在 Activity 上方），并与 SurfaceFlinger（底层渲染服务）协作完成窗口绘制。

3. View 系统（View System）

核心功能：提供 UI 组件的抽象、绘制、事件处理机制，是应用界面的 “视觉与交互引擎”。

核心组件：

• View：所有 UI 组件的基类（如 Button、TextView），封装了绘制（onDraw）、测量（onMeasure）、布局（onLayout）逻辑。
• ViewGroup：View 的容器（如 LinearLayout、RecyclerView），负责子 View 的排列和事件分发。
• Choreographer：同步 UI 绘制与屏幕刷新率（VSync 信号），避免卡顿。
• InputEventReceiver：接收用户输入事件（触摸、按键）并分发到对应的 View。作用：开发者通过 XML 或代码定义 UI，View 系统负责将其转化为屏幕上的像素，并处理用户交互（如点击、滑动）。

4. Package Manager 子系统（Package Manager Subsystem）

核心功能：管理应用的安装、卸载、信息查询及权限验证，是应用 “身份与权限的管理者”。

核心组件：

• PackageManagerService（PMS）：系统服务，负责解析 APK 文件（AndroidManifest.xml）、注册组件、管理应用权限、维护应用信息（如版本、签名）。
• PackageInstaller：处理 APK 安装流程（解压、验证签名、拷贝到 /data/app 目录）。
• PermissionManagerService（PMS）：管理权限请求与授予（如危险权限需用户确认）。作用：确保应用合法安装并在权限范围内运行，开发者通过PackageManager类查询应用信息（如获取已安装应用列表）。

5. 资源管理子系统（Resource Manager Subsystem）

核心功能：统一管理应用的资源（字符串、图片、布局、动画等），并支持多设备适配（如不同分辨率、语言）。

核心组件：

• Resources：应用资源的访问入口，提供getString()、getDrawable()等方法。
• AssetManager：加载 APK 中的原始资源（assets 目录）和资源索引表（resources.arsc）。
• ResourceManagerService（RMS）：系统服务，管理系统资源（如 framework-res.apk 中的主题、样式）。作用：通过资源限定符（如drawable-xxhdpi、values-zh）自动匹配设备环境，简化多设备适配开发。

6. 通知与状态栏子系统（Notification & Status Bar Subsystem）

核心功能：管理通知的展示、交互及状态栏（Status Bar）、通知栏（Notification Shade）的控制。

核心组件：

• NotificationManagerService（NMS）：系统服务，处理通知的创建、更新、删除，控制通知显示规则（如静音、优先级）。
• StatusBarManagerService（SBS）：管理状态栏图标（如电量、信号）和通知栏的展开 / 收起。
• NotificationChannel：Android 8.0 后新增，对通知进行分类管理（用户可单独控制每个渠道的通知权限）。作用：让应用在后台时能向用户传递信息（如短信、推送），同时通过状态栏展示设备状态（时间、电量）。

7. Telephony 子系统（Telephony Subsystem）

核心功能：处理电话通信（语音、短信）、移动网络（4G/5G）及 SIM 卡管理。

核心组件：

• TelephonyManager：应用层 API，提供电话状态查询（如信号强度）、拨打电话、发送短信等功能。
• TelephonyRegistry：管理电话状态监听（如来电、网络切换）。
• PhoneInterfaceManager：与底层调制解调器（Modem）通信的中间层，处理通话建立、短信收发等底层操作。作用：实现设备的通信能力，是电话、短信、移动数据功能的核心支撑。

8. 多媒体子系统（Media Framework）

核心功能：支持音频、视频的播放、录制，以及相机（Camera）、麦克风等多媒体硬件的控制。

核心组件：

• MediaPlayer/MediaRecorder：应用层 API，用于音频 / 视频的播放与录制。
• MediaCodec：硬件编解码接口，通过 HAL 层调用 GPU 或专用编解码芯片，提升多媒体处理效率。
• CameraService：管理相机硬件，协调多个应用对相机的访问（如前后置摄像头切换）。
• AudioManager/AudioService：管理音频设备（扬声器、耳机）、音量调节、音频焦点（如音乐播放时来电暂停）。作用：为应用提供丰富的多媒体能力，如拍摄照片、播放视频、录音等。

9. 位置服务子系统（Location Manager Subsystem）

核心功能：整合 GPS、网络（基站 / Wi-Fi）、蓝牙等定位源，提供设备位置信息。

核心组件：

• LocationManager：应用层 API，用于请求位置更新（如requestLocationUpdates）。
• LocationManagerService（LMS）：系统服务，管理定位 providers（如 GPS Provider、Network Provider），融合多源定位数据。
• FusedLocationProvider：Google Play 服务提供的融合定位服务，优化定位精度和功耗。作用：支持地图导航、本地服务推荐等依赖位置的应用场景。

10. 电源管理子系统（Power Manager Subsystem）

核心功能：管理设备的电源状态（如休眠、唤醒），优化功耗（延长续航）。

核心组件：

• PowerManager：应用层 API，用于唤醒屏幕（WakeLock）、设置屏幕亮度等。
• PowerManagerService（PMS）：系统服务，监控设备活动（如用户操作、传感器事件），决定何时进入休眠（Doze 模式）或唤醒。
• BatteryService：监控电池状态（电量、充电状态），触发低电量提醒。作用：在性能与功耗间平衡，确保设备在闲置时进入低功耗状态，有操作时快速响应。

11. 输入子系统（Input Manager Subsystem）

核心功能：接收并分发用户输入事件（触摸、按键、手势、鼠标等）。

核心组件：

• InputManagerService（IMS）：系统服务，从 Linux 内核（如/dev/input设备）接收原始输入事件，进行加工（如触摸坐标转换）后分发。
• WindowInputEventReceiver：每个窗口的事件接收器，将事件传递给 View 系统处理（如onTouchEvent）。
• InputFilter：对输入事件进行过滤（如键盘按键映射、手势识别）。作用：是用户与设备交互的 “桥梁”，确保触摸、按键等操作准确传递到对应的 UI 组件。

12. 安全子系统（Security Subsystem）

核心功能：保障系统和应用的安全性，包括权限控制、应用签名、数据加密等。

核心组件：

• PackageManagerService（权限管理部分）：验证应用签名，管控权限授予（如危险权限需用户确认）。
• KeyStoreService：管理加密密钥（如应用签名密钥、用户密码哈希），提供安全存储。
• SELinux（Security-Enhanced Linux）：基于 Linux 的强制访问控制（MAC）机制，限制进程权限（如应用无法直接访问系统文件）。作用：防止恶意应用越权操作（如窃取隐私数据），保护系统和用户数据安全。

其他重要子系统

• 数据库子系统（SQLite） ：基于 SQLite 引擎，提供轻量级本地数据库支持（SQLiteDatabase类），用于应用本地数据存储。
• 网络子系统（Network Subsystem） ：封装 TCP/IP、HTTP/HTTPS 等网络协议，提供HttpClient（旧）、HttpURLConnection、OkHttp（第三方但广泛使用）等 API，支持网络请求。
• 传感器子系统（Sensor Manager Subsystem） ：通过SensorManager管理硬件传感器（加速度计、陀螺仪、光线传感器等），提供传感器数据采集能力（如计步、屏幕亮度自动调节）。
• 蓝牙 / WLAN 子系统：分别管理蓝牙（BluetoothManager）和 Wi-Fi（WifiManager）的连接、扫描、数据传输，支持短距离无线通信。

子系统的协作关系

Android Framework 的子系统并非孤立存在，而是通过Binder 进程间通信和系统服务相互协作：

• 例如：用户点击应用图标 → Launcher（应用）通过ActivityManager请求启动 Activity → AMS（Activity Manager 子系统）决定启动进程并调度 Activity 生命周期 → WMS（Window Manager 子系统）为 Activity 分配窗口 → View 系统绘制 UI → 输入子系统处理后续用户交互。

这些子系统共同构成了 Android 的 “骨架”，既为开发者提供了简单易用的 API，又隐藏了底层硬件和系统细节，使应用开发更高效。理解子系统的功能和交互，是深入掌握 Android 原理的关键。