Android development что это такое

Введение в Android NDK

Для разработки приложений под ОС Android, Google предоставляет два пакета разработки: SDK и NDK. Про SDK существует много статей, книжек, а так же хорошие guidelines от Google. Но про NDK даже сам Google мало что пишет. А из стоящих книг я бы выделил только одну, Cinar O. — Pro Android C++ with the NDK – 2012.

Эта статья ориентирована на тех, кто ещё не знаком (или мало знаком) с Android NDK и хотел бы укрепить свои знания. Внимание я уделю JNI, так как мне кажется начинать нужно именно с этого интерфейса. Так же, в конце рассмотрим небольшой пример с двумя функциями записи и чтения файла. Кто не любит много текста, тот может посмотреть видео версию.

Что такое Android NDK?

Android NDK (native development kit) – это набор инструментов, которые позволяют реализовать часть вашего приложения используя такие языки как С/С++.

Для чего используют NDK?

Google рекомендует прибегать к использованию NDK только в редчайших случаях. Зачастую это такие случаи:

• Нужно увеличить производительность (например, сортировка большого объема данных);
• Использовать стороннюю библиотеку. Например, много уже чего написано на С/С++ языках и нужно просто заиспользовать существующий материал. Пример таких библиотек, как, Ffmpeg, OpenCV;
• Программирование на низком уровне (например, всё что выходит за рамки Dalvik);

Что такое JNI?

Java Native Interface – стандартный механизм для запуска кода, под управлением виртуальной машины Java, который написан на языках С/С++ или Assembler, и скомпонован в виде динамических библиотек, позволяет не использовать статическое связывание. Это даёт возможность вызова функции С/С++ из программы на Java, и наоборот.

Преимущества JNI

Основное преимущество перед аналогами (Netscape Java Runtime Interface или Microsoft’s Raw Native Interface and COM/Java Interface) является то что JNI изначально разрабатывался для обеспечения двоичной совместимости, для совместимости приложений, написанных на JNI, для любых виртуальных машин Java на конкретной платформе (когда я говорю о JNI, то я не привязываюсь к Dalvik машине, потому как JNI был написан Oracle для JVM который подходит для всех Java виртуальных машин). Поэтому скомпилированный код на С/С++ будет выполнятся в не зависимости от платформы. Более ранние версии не позволяли реализовывать двоичную совместимость.

Двоичная совместимость или же бинарная совместимость – вид совместимости программ, позволяющий программе работать в различных средах без изменения её исполняемых файлов.

Как устроен JNI

JNI таблица, организована как таблица виртуальных функций в С++. VM может работать с несколькими такими таблицами. Например, одна будет для отладки, вторая для использования. Указатель на JNI интерфейс действителен только в текущем потоке. Это значит, что указатель не может гулять с одного потока в другой. Но нативные методы могут быть вызваны из разных потоков. Пример:

• *env – указатель на интерфейс;
• оbj – ссылка на объект в котором описан нативный метод;
• i and s – передаваемые аргументы;

Примитивные типы копируются между VM и нативным кодом, а объекты передаются по ссылке. VM обязана отслеживать все ссылки которые передаются в нативный код. Все переданные ссылки в нативный код не могут быть освобождены GC. Но нативный код в свою очередь должен информировать VM о том что ему больше не нужны ссылки на переданные объекты.

Локальные и глобальные ссылки

JNI делит ссылки на три типа: локальные, глобальные и слабые глобальные ссылки. Локальные действительны пока не завершиться метод. Все Java объекты которые возвращает функции JNI являются локальными. Программист должен надеется на то что VM сама подчистит все локальные ссылки. Локальные ссылки доступны лишь в том потоке в котором были созданы. Однако если есть необходимость то их можно освобождать сразу методом JNI интерфейса DeleteLocalRef:

Глобальные ссылки остаются пока они явно не будут освобождены. Что бы зарегистрировать глобальную ссылку следует вызвать метод NewGlobalRef. Если же глобальная ссылка уже не нужна, то её можно удалить методом DeleteGlobalRef:

Обработка ошибок

JNI не проверяет ошибки такие как NullPointerException, IllegalArgumentException. Причины:

• снижение производительности;
• в большинстве функций C библиотек очень и очень трудно защитится от ошибок.

JNI позволяет использовать Java Exception. Большинство JNI функций возвращают код ошибок а не сам Exception, и поэтому приходится обрабатывать сам код, а в Java уже выбрасывать Exception. В JNI следует проверять код ошибки вызываемых функций и после них следует вызвать ExceptionOccurred(), которая в свою очередь возвращает объект ошибки:

Например, некоторые функции JNI доступа к массивам не возвращают ошибки, но могут вызвать исключения ArrayIndexOutOfBoundsException или ArrayStoreException.

Примитивные типы JNI

В JNI существуют свои примитивные и ссылочные типы данных.

Java Type	Native Type	Description
boolean	jboolean	unsigned 8 bits
byte	jbyte	signed 8 bits
char	jchar	unsigned 16 bits
short	jshort	signed 16 bits
int	jint	signed 32 bits
long	jlong	signed 64 bits
float	jfloat	32 bits
double	jdouble	64 bits
void	void	N/A

Ссылочные типы JNI

Модифицированный UTF-8

JNI использует модифицированную кодировку UTF-8 для представления строк. Java в свою очередь использует UTF-16. UTF-8 в основном используется в С, потому что он кодирует \u0000 в 0xc0, вместо привычной 0x00. Изменённые строки кодируются так, что последовательность символов, которые содержат только ненулевой ASCII символы могут быть представлены с использованием только одного байта.

Функции JNI

Интерфейс JNI содержит в себе не только собственный набор данных, но и свои собственные функции. На их рассмотрение уйдёт много времени, так как их не один десяток. Ознакомится с ними вы сможете в официальной документации.

Пример использования функций JNI

Небольшой пример, что бы вы усвоили пройденный материал:

Разберём построчно:

• JavaVM – предоставляет интерфейс для вызова функций, которые позволяют создавать и уничтожать JavaVM;
• JNIEnv – обеспечивает большинство функций JNI;
• JavaVMInitArgs – аргументы для JavaVM;
• JavaVMOption – опции для JavaVM;

Метод JNI_CreateJavaVM() инициализирует JavaVM и возвращает на неё указатель. Метод JNI_DestroyJavaVM() выгружает созданную JavaVM.

Потоки

Всеми потоками в Linux управляет ядро, но они могут быть прикреплены к JavaVM функциями AttachCurrentThread и AttachCurrentThreadAsDaemon. Пока поток не присоединён он не имеет доступа к JNIEnv. Важно, Android не приостанавливает потоки которые были созданы JNI, даже если срабатывает GC. Но перед тем как поток завершиться он должен вызвать метод DetachCurrentThread что бы отсоединиться от JavaVM.

Первые шаги

Структура проекта у вас должна выглядеть следующим образом:

Как мы видим из рисунка 3, весь нативный код находится в папке jni. После сборки проекта, в папке libs создастся четыре папки под каждую архитектуру процессора, в которой будет лежать ваша нативная библиотека (количество папок зависит от количество выбранных архитектур).

Для того, чтобы создать нативный проект, нужно создать обычный Android проект и проделать следующие шаги:

• В корне проекта нужно создать папку jni, в которую поместить исходники нативного кода;
• Создать файл Android.mk, который будет собирать проект;
• Создать файл Application.mk, в котором описываются детали сборки. Он не является обязательным условием, но позволяет гибко настроить сборку;
• Создать файл ndk-build, который будет запускать процесс сборки (тоже не является обязательным).

Android.mk

Как упоминалось уже выше, это make файл для сборки нативного проекта. Android.mk позволяет группировать ваш код в модули. Модули могут быть как статические библиотеки (static library, только они будут скопированные в ваш проект, в папку libs), разделяемые библиотеки (shared library), автономный исполняемый файл (standalone executable).

Пример минимальной конфигурации:

Рассмотрим детально:

• LOCAL_PATH := $(call my-dir) – функция call my-dir возвращает путь папки в которой вызывается файл;
• include $(CLEAR_VARS) – очищает переменные которые использовались до этого кроме LOCAL_PATH. Это необходимо так как все переменные являются глобальными, потому что сборка происходит в контексте одного GNU Make;
• LOCAL_MODULE – имя выходного модуля. В нашем примере имя выходной библиотеки установлено как NDKBegining, но после сборки в папке libs создадутся библиотеки с именами libNDKBegining. Android добавляет к названию префикс lib, но в java коде при подключении вы должны указывать название библиотеки без префикса (то есть названия должны совпадать с установленными в make файлах);
• LOCAL_SRC_FILES – перечисление исходных файлов из которых следует создать сборку;
• include $(BUILD_SHARED_LIBRARY) – указывает тип выходного модуля.

В Android.mk можно определить свои переменные, но они не должны иметь такой синтаксис: LOCAL_, PRIVATE_, NDK_, APP_, my-dir. Google, рекомендует называть свои переменные, как MY_. Например:

Application.mk

NDK-BUILDS

Ndk-build из себя представляет обёртку GNU Make. После 4-й версии ввели флаги для ndk-build:

• clean – очищает все сгенеренные бинарные файлы;
• NDK_DEBUG=1 – генерирует отладочный код;
• NDK_LOG=1 – показывает лог сообщений (используется для отладки);
• NDK_HOST_32BIT=1 – Android имеет средства для поддержки 64-х битных версий утилит (например NDK_PATH\toolchains\mipsel-linux-android-4.8\prebuilt\windows-x86_64 и т.д.);
• NDK_APPLICATION_MK — указывается путь к Application.mk.

В 5-й версии NDK был введён такой флаг как NDK_DEBUG. Если он установлен в 1 то создаётся отладочная версия. Если флаг не установлен то ndk-build по умолчанию проверяет стоит ли атрибут android:debuggable=«true» в AndroidManifest.xml. Если вы используете ndk выше 8-й версии, то Google не рекомендует использовать атрибут android:debuggable в AndroidManifest.xml (потому что если вы используете «ant debug» или строите отладочную версию с помощью ADT плагина то они автоматически добавляют флаг NDK_DEBUG=1).

По умолчанию устанавливается поддержка 64-х разрядной версии утилит, но вы можете принудительно собрать только для 32-х установив флаг NDK_HOST_32BIT=1. Google, рекомендует всё же использовать 64-х разрядность утилит для повышения производительности больших программ.

Как собрать проект?

Раньше это было мучением. Нужно было установить CDT плагин, скачать компилятор cygwin или mingw. Скачать Android NDK. Подключить это всё в настройках Eclipse. И как на зло это всё оказывалось не рабочим. Я первый раз когда столкнулся с Android NDK, то настраивал это всё 3 дня (а проблема оказалось в том что в cygwin нужно было дать разрешение 777 на папку проекта).

Сейчас с этим всё намного проще. Идёте по этой ссылке. Качаете Eclipse ADT Bundle в котором уже есть всё то что необходимо для сборки.

Вызов нативных методов из Java кода

Для того что бы использовать нативный код из Java вам сперва следует определить нативные методы в Java классе. Например:

Перед методом следует поставить зарезервированное слово «native». Таким образом компилятор знает, что это точка входа в JNI. Эти методы нам нужно реализовать в С/С++ файле. Так же Google рекомендует начинать именовать методы со слова nativeХ, где Х – реальное название метода. Но перед тем как реализовывать эти методы вручную, следует сгенерировать header файл. Это можно сделать вручную, но можно использовать утилиту javah, которая находится в jdk. Но пойдём дальше и не будет использовать её через консоль, а будем это делать при помощи стандартных средств Eclipse.

Теперь можете запускать. В директории bin/classes будут лежать ваши header файлы.

Далее копируем эти файлы в jni директорию нашего нативного проекта. Вызываем контекстное меню проекта и выбираем пункт Android Tools – Add Native Library. Это позволит нам использовать jni.h функции. Дальше вы уже можете создавать cpp файл (иногда Eclipse его создаёт по умолчанию) и писать тела методов, которые уже описаны в header файле.

Пример кода я не стал добавлять в статью, чтобы не растягивать её. Пример вы можете посмотреть/скачать с github.

Источник

Android-разработчик: что умеет, сколько получает, как им стать

Большинство мобильных устройств в мире работают на Андроиде. Разбираемся, кто же делает для них приложения.

Говорящие цифры

На Android сегодня работает около двух миллиардов устройств — от смартфонов и планшетов до умных холодильников и бытовых роботов.

Система занимает первое место среди мобильных операционок. Она управляет 73% смартфонов в мире — это больше, чем у всех остальных ОС вместе взятых.

В первом квартале 2020 года в онлайн-магазине Google Play было два с половиной миллиона приложений, а уже в сентябре их число перевалило за три.

Но и этого мало. Людям нужны новые мессенджеры, службы для заказа еды и такси, банковские программы и, конечно, игры. На последние приходится около трети всех скачиваний.

Все эти приложения пишут и поддерживают андроид-разработчики. Профессия востребована. И работы хватает не только матёрым специалистам, но и новичкам.

Программист, консультант, специалист по документированию. Легко и доступно рассказывает о сложных вещах в программировании и дизайне.

Чем занимается Android-разработчик

Создаёт приложения и поддерживает их работу, — в частности:

• разрабатывает интерфейс, логику и внутреннюю структуру приложений;
• организует удобную навигацию между экранами;
• продумывает, как будет вести себя приложение, если поступил звонок или SMS;
• пишет код;
• оптимизирует приложение: чем меньше ресурсов оно потребляет при работе, тем дольше гаджет проживёт без подзарядки;
• обеспечивает безопасность: устраняет уязвимости и защищает данные пользователя. Это особо важно для банковских и финансовых программ;
• тестирует приложение на разных этапах разработки;
• создаёт внутреннюю документацию и мануал для пользователей;
• загружает готовый продукт в Google Play ;
• изучает пожелания пользователей и готовит обновления.

Эти обязанности обычно распределяются между членами команды. Например, за интерфейс и логику часто отвечают дизайнеры, но бывает и так, что всем занимается один программист.

Как он это делает?

Инструменты Android-разработчика

Началом массовой разработки под Android считается 2008 год. Тогда появился магазин приложений Android Market (в 2012 его переименовали в Google Play). Здесь разработчики выставляют свои приложения.

Сперва их создавали в среде Eclipse с установленным плагином ADT ( Android Development Tools ). Этот плагин страдал от брешей в безопасности. С конца 2016 года он больше не поддерживается.

Сегодня официальная среда разработки для Android — это Android Studio . Она появилась в 2013 году и здорово ускорила создание приложений.

Среда Android Studio

Это основной инструмент андроид-разработчика, бесплатный и совместимый со всеми операционными системами. Скачать Android Studio можно с официального сайта.

Среда позволяет разрабатывать приложения на любых компьютерах. Этим Google Android отличается от iOS (Apple хочет, чтобы разработчики покупали маки и кодили только на них).

C Android Studio разработчику даже не нужны собственные гаджеты на Android, ведь там есть быстрый многофункциональный эмулятор и шаблоны для многих устройств (смартфоны, планшеты, часы, смарт-приставки, телевизоры и так далее).

Полный список возможностей Android Studio с описанием каждой смотрите в официальном гайде.

Языки разработки

Под Android можно писать приложения почти на любом языке программирования: C/C++, Assembler, Fortran, Python, JavaScript. Однако есть языки, которые позволяют использовать все возможности мобильной операционной системы и получать моментальный доступ к новым функциям.

Это официально поддерживаемые языки. Для Android таковыми являются Java и Kotlin:

Java — традиционный язык разработки. На нём написано большинство Android-приложений, в том числе онлайн-банки. Это хорошо развитый язык с множеством библиотек, модулей и готовых решений.

Кроме того, за языком стоит большое международное сообщество, и если у программиста возникает вопрос по Java, ему легче найти ответ.

Kotlin — молодой язык программирования, который разработала питерская компания JetBrains.

Он полностью совместим с Java (джавишный код можно вызвать из Kotlin естественным способом, а котлиновский — использовать в Java без особых сложностей).

При этом код на Kotlin крайне лаконичен:

В 2019 Google объявила Kotlin приоритетным в андроид-разработке. Похоже, что произошло это из-за долгой судебной тяжбы с компанией Oracle — создателем Java. Oracle уже 10 лет пытается получить с Google несколько миллиардов за нарушение авторских прав. Суды ещё идут, но Google от греха подальше решила перейти на другой язык.

Kotlin удобнее пользоваться, он решает ряд проблем Java, и изучить его можно намного быстрее. А ещё он сразу входит в Android Studio. Так зачем нам учить Java, если уже есть Kotlin?!

Не всё так однозначно (пока что). Начинающему разработчику важно изучать оба языка, но упор делать всё-таки на Java. Почему?

1. Сегодня Kotlin ещё недостаёт готовых решений. Документация языка неполная, поэтому поиск конкретного ответа иногда занимает кучу времени. Чтобы быстрее решить возникшую проблему или даже просто вникнуть во все нюансы документации, нужно знать Java.
2. Kotlin активно развивается, разработчики исправляют его недостатки, аудитория языка неуклонно растёт. Новые приложения, особенно небольшие, пишутся на Kotlin. Однако большинство прежних написаны на Java. Их нужно кому-то поддерживать. К тому же многие компании отдают предпочтение Java как языку более развитому и предсказуемому.
3. На мобильной разработке свет клином не сошёлся. Такие языки программирования, как Java, C/C++, Swift, очень похожи между собой — и изучение Java позволит быстрее разобраться в других, а вот Kotlin — нет.

Где работают Android-программисты

Во-первых, в студиях мобильной разработки, которые ведут несколько проектов одновременно.

Во-вторых, в компаниях, для которых мобильное приложение — часть бизнеса: это банки, интернет-магазины, СМИ, онлайн-сервисы. Шанс попасть в крупную компанию есть не только у опытных разработчиков, но и у новичков.

Кроме того, всегда можно найти клиентов на фрилансе или придумать собственное приложение и зарабатывать на нём. Например, популярнейший FBReader разработал в одиночку преподаватель математики из Петербурга Николай Пульцин:

Сколько платят Android-разработчикам

Разработчикам-новичкам предлагают зарплату 50–70 тысяч рублей, специалистам со стажем от двух лет — до 150 тысяч, а опытные андроид-программисты могут рассчитывать на зарплату 200–300 тысяч. Есть вакансии с заработком больше 400 тысяч, но их немного.

В ноябре 2020 на HeadHunter было около 6 000 вакансий для андроид-разработчиков, а предлагаемые зарплаты распределялись так:

Карьерный рост и перспективы профессии

В Android-разработке, как и везде в IT, новичок начинает с позиции Junior, затем прокачивает скиллы и становится Middle. Через несколько лет может претендовать на позицию Senior, а наиболее успешные дорастают до тимлидов.

С 2016 года в СМИ ходили слухи, что Google скоро заменит Android новой операционной системой Fuchsia — и Android-разработчики останутся не у дел. Всё прояснилось в 2019 году на конференции Google I/O: руководитель направления Android Хироши Локхаймер заверил, что компания не собирается отказываться от Android для смартфонов. Fuchsia будут применять в умных домах, носимой электронике и устройствах дополненной реальности.

Но даже если Google неожиданно передумает, андроид-программисты без работы не останутся: кому, как не им, переводить приложения на новую операционную систему.

Что должен знать будущий Android-разработчик

Чтобы стать востребованным специалистом, новичку нужно изучить:

• языки программирования Java и Kotlin, на которых написано большинство приложений;
• среду мобильной разработки Android Studio. В ней настраивают интерфейс продукта и программируют его логику;
• общие принципы разработки: оформление кода, как правильно именовать функции и переменные, как разделять код на файлы и многое другое. Не обойтись и без основ ООП;
• языки HTML, CSS, язык разметки XML;
• базовые принципы дизайн-концепций и дизайн-систему Google — Material Design;
• операционную систему Android (это проект с открытым исходным кодом). Нужно знать её файловую структуру, функции и принципы работы;
• популярные фреймворки и библиотеки для мобильных приложений;
• распределённую систему управления версиями Git и GitHub (сервис для проектов, использующих Git) — для совместной работы с членами команды и публикации портфолио;
• unit- и UI-тестирование ПО, чтобы определять качество работы, тестировать гипотезы и отдельные фишки приложения;
• основы алгоритмизации (это поможет не остаться кодером — стать программистом);
• английский на уровне, достаточном для чтения учебных материалов (в частности документации).

Есть мнение, что программирование — это на 90% поиск ответов и только на 10% написание кода. Поэтому на вопрос «С чего начать учить программирование?» логичнее всего ответить — с английского языка.

Это первый язык, который должен выучить программист. У читающих на языке первоисточника огромное преимущество: им доступны лучшие учебные материалы, они раньше узнают обо всех изменениях , а если ещё и разговорный подтянуть, то их профессиональные горизонты не ограничатся отечественными компаниями.

Как всё это изучают

Кто-то изучает сам. Есть много книг, мануалов, видеоуроков, форумов, лучшие из которых, вроде введения в Android, как раз на английском языке.

Однако новичку одинаково легко потеряться в учебных материалах и выбрать неудачный порядок знакомства с ними. Поэтому самостоятельное освоение Android-разработки съедает уйму времени, которое лишним не бывает. Вдобавок — страдает от недостатка практики.

Ценители более системного подхода предпочитают онлайн-курсы (например, на edx.org, Coursera.org, Udacity.org). Но и здесь те же проблемы: выбрать подходящий непросто, качество материала и его полнота очень разнятся, гарантий и обратной связи нет, курсов на русском совсем мало. Да и с бесплатностью всё не так однозначно — эти платформы постепенно превращаются в коммерческие, отступая от первоначальной идеи.

Конечно, есть и исключения — образцы доступного качества вроде легендарного MIT . Но к сожалению, у него нет курса для Android-разработчиков.

Такой курс есть у Skillbox. Стартовать с опытными наставниками и постоянной обратной связью гораздо выгоднее. Наши студенты изучают всё на практике, общаются с менторами, создают полноценный проект для портфолио и быстро входят в профессию.

Первые полгода можно учиться бесплатно, а рассчитываться уже с первой зарплаты — с трудоустройством мы тоже помогаем.

Google Play Store — магазин приложений, а также игр, книг, музыки и фильмов для владельцев устройств с операционной системой Android.

Eclipse — это IDE («единая/интегрированная среда разработки») для кроссплатформенных приложений. Распространяется на условиях свободного ПО (free software). Подробнее тут.

Android Development Tools («Инструменты разработки под Android») — плагин, который Google предоставляет для разработки Android-приложений в IDE Eclipse.

Среда Android-разработки на базе интегрированной среды IntelliJ IDEA от JetBrains.

Включает эмулятор Android, языки программирования, компиляторы, инструменты для сборки приложения и создания интерфейсов.

Сегодня Android Studio — официально поддерживаемая Google IDE.

Объектно-ориентированное программирование — это парадигма разработки ПО, в которой приложения состоят из объектов, каждый из которых является экземпляром некоторого класса, а каждый класс — потомком другого класса в иерархии наследования.

Подробнее об ООП здесь.

Google регулярно выпускает обновления и новые библиотеки. Поэтому выучить что-то один раз и только на этом ехать дальше — в Android-разработке не выйдет.

Массачусетский технологический институт (читается «эм-ай-ти») — один из престижнейших технических вузов мира; ещё в 2016 году полностью оцифровал свою учебную программу и открыл материалы всем желающим.

Источник