初级与中级的Android面试题区别在哪里

本系列为小说《逆袭西二旗》的技术讲解，用于详细说明剧情里涉及的开发细节。

Android 文件系统

Android 文件系统是一套结构化环境，负责管理 Android 设备上的数据存储，让应用和用户能高效地存储、获取和管理文件。

它基于 Linux 文件系统架构实现，既为应用提供了私有和共享的存储空间，又遵循严格的安全与权限模型。

面试问题

Android 如何在文件系统中执行安全与权限控制？

有哪些机制能防止应用访问其他应用的私有数据？

核心组件

Android 文件系统包含多个目录和分区，每个都有明确的用途：

• 系统分区（/system）：存储核心系统文件，包括 Android 框架库、系统应用和配置文件。这个分区对普通用户和应用是只读的，防止意外或恶意修改。
• 数据分区（/data） ：存储应用专属数据，比如数据库、偏好设置、用户生成的文件。每个应用都有独立的 /data/data/[包名] 目录，确保数据安全。
• 缓存分区（/cache）：用于存储临时数据（如系统更新包、缓存文件），这些数据不需要在设备重启后保留。
• 外部存储（/sdcard 或 /storage）：提供多应用可访问的共享存储空间，常用于存放图片、视频、文档等媒体文件，可是内置存储或可卸载的 SD 卡。
• 临时文件（/tmp）：应用运行时存储临时文件的位置，通常在应用或系统重启后会被清空。

Android 中的文件访问方式

应用通过 Android 框架提供的 API 与文件系统交互。根据文件的可见性和生命周期需求，应用可以将文件存在不同位置：

• 内部存储：应用沙盒内的私有存储，仅当前应用可访问，适合存放敏感或应用专属数据。
• 外部存储：多应用可访问的共享存储，用于存放用户生成的内容或需要在应用外访问的媒体文件。

文件权限与安全

Android 文件系统强制使用严格的权限模型：

• 应用私有数据：存在应用内部存储的数据是私有的，仅该应用可访问。
• 共享文件 ：应用间共享文件需通过外部存储，或结合适当权限的 Content Provider 实现。
• 作用域存储 ：Android 10 引入，限制了对共享存储的直接访问，要求应用通过 MediaStore 或 SAF（存储访问框架）API 操作文件。

总结

Android 文件系统是一套健壮且安全的环境，为应用和用户组织、管理数据存储。它为系统文件、应用专属数据和共享内容提供了专用空间，同时遵循严格的安全与权限控制。

开发者通过各类 API 与该系统交互，实现符合应用需求的高效、安全的文件管理。

ART、Dalvik 和 Dex 编译器

Android 应用依赖独特的运行时环境和编译流程在设备上执行，其中 Android Runtime（ART ）、Dalvik 和 Dex 编译器 是核心角色，它们确保应用在性能、内存效率和设备兼容性上达到优化。

面试问题

ART 中的提前编译（AOT ）与 Dalvik 中的即时编译（JIT）有什么区别？

对应用启动速度和 CPU 占用有什么影响？

Android Runtime（ART）

ART 是 Android 4.4（KitKat）中引入的托管式运行时，从 Android 5.0（Lollipop）开始成为默认运行时，替代了 Dalvik 负责执行 Android 应用，并带来了多项增强。

ART 采用 提前编译（AOT） 方式处理应用：在应用安装时将字节码转换为机器码，省去了运行时的 即时编译（JIT） 步骤，从而加快应用启动速度、降低运行时的 CPU 占用。

ART 的核心特性包括：

• 性能提升 ：AOT 编译生成优化后的机器码，减少运行时开销。
• 垃圾回收：引入了改进的垃圾回收机制，提升内存管理效率。
• 调试与性能分析支持：提供更强大的开发者工具，比如详细的堆栈跟踪和内存使用分析功能。

Dalvik

Dalvik 是 ART 之前 Android 的初代运行时，设计用于在内存和算力有限的虚拟环境中执行应用。

Dalvik 采用 即时编译（JIT） 方式：在运行时将字节码转换为机器码。这种方式减少了应用安装时间，但实时编译会增加运行时开销。

Dalvik 的核心特点包括：

• 紧凑的字节码 ：使用 .dex（Dalvik 可执行文件）格式，优化了内存占用和执行效率。
• 基于寄存器的虚拟机 ：不同于 Java 虚拟机的栈式结构，Dalvik 是基于寄存器的，提升了指令执行效率。

Dalvik 的局限性（如启动慢、CPU 占用高），使其在 Android 新版本中被 ART 取代。

Dex 编译器

Dex 编译器 负责将 Java/Kotlin 编译器生成的 Java 字节码，转换为 .dex（Dalvik 可执行文件）格式。这种 .dex 文件体积紧凑，专为 Dalvik 和 ART 运行时环境优化。

Dex 编译器的核心作用

Dex 编译器 是 Android 应用高效运行的关键，核心功能包括：

• 多 dex 支持 ：当应用方法数超过 64K 限制时，编译器会将字节码拆分到多个 .dex 文件中。
• 字节码优化：对字节码进行优化，提升 Android 设备上的内存占用和执行性能。

Dex 编译流程已集成到 Android 构建系统中，在应用开发的构建阶段自动执行。

从 Dalvik 到 ART 的过渡

从 Dalvik 到 ART 的切换，是 Android 运行时环境的重大升级。ART 的 AOT 编译、增强型垃圾回收和性能分析能力，为开发者和用户带来了更好的体验。由于使用了 .dex 文件，为 Dalvik 设计的应用可以无缝兼容 ART，让开发者能平滑迁移。

总结

ART 、Dalvik 和 Dex 编译器 是 Android 应用执行的基础：ART 以 AOT 编译和性能提升取代了依赖 JIT 的 Dalvik ；Dex 编译器 则通过将 Java 字节码转换为适配两种运行时的 .dex 文件，衔接了整个流程。这些组件共同保障了 Android 应用的高效、快速和可靠运行。

APK 文件与 AAB 文件有什么区别

Android 应用的分发和安装主要使用两种格式：APK （Android 安装包）和 AAB（Android App Bundle）。两者都用于交付应用，但在用途、结构和安装流程上有显著差异。

面试问题

AAB 格式如何针对不同设备配置优化应用交付？相比传统 APK 分发有哪些优势？

APK（Android 安装包）

APK 是传统的 Android 应用分发/安装格式，是一个完整的可安装包，包含应用在设备上运行所需的所有资源、代码和元数据。

APK 是自包含的，会包含适配所有设备配置（如屏幕密度、CPU 架构、语言）的资源------这会导致文件体积较大，因为其中可能包含对当前设备无用的资源。

APK 可以直接安装到设备，也能在官方应用商店外分享或侧载。但开发者需要自行管理多设备的配置适配，APK 中往往会包含特定设备不需要的资源。

AAB（Android App Bundle）

AAB 是 Google 推出的发布格式，并非像 APK 那样的可直接安装格式。开发者将 AAB 上传到 Google Play，由商店在下载时生成适配目标设备的优化 APK。

AAB 是模块化的，会将不同配置的资源和代码拆分成独立的 bundle。Google Play 利用这种结构，只向用户交付对应设备所需的资源和代码（比如特定屏幕尺寸、CPU 架构、语言的版本），从而减小应用在设备上的体积。

由于 AAB 是在服务端处理的，它不能直接安装。开发者若要侧载，需要借助 bundletool 等工具生成可安装的 APK。

APK 与 AAB 的核心区别

1. 用途与结构

   • APK：包含所有配置资源和代码的完整安装包。
   • AAB ：模块化的发布格式，会生成适配设备的 APK。

2. 文件体积

   • APK：包含所有设备的资源，体积较大。
   • AAB ：可生成更小的优化 APK，减少用户端的应用体积。

3. 分发方式

   • APK：可直接分享、侧载到设备。
   • AAB ：需上传到 Google Play ，由商店生成优化 APK 后分发给用户。

4. 管理方式

   • APK：开发者需手动管理资源和配置。
   • AAB ：将配置管理交由 Google Play 自动化处理。

5. 工具与兼容性

   • APK：支持所有 Android 设备和应用商店。
   • AAB ：默认需要 Google Play 或 bundletool 生成可安装 APK ，不兼容非 Google 应用商店。

总结

APK 是独立的可直接安装包，而 AAB 是面向现代分发的格式，能生成适配设备的 APK 。开发者使用 AAB 可以获得更小的应用体积和自动化的配置管理，而 APK 仍是侧载（绕过官方应用商店安装 App）和非 Google Play 分发的必要选择。理解两者的差异，能帮助开发者根据分发策略选择合适的格式。

R8 优化

R8 是 Android 构建流程中用于减小 APK/AAB 体积、提升运行性能的代码压缩与优化工具。它取代了旧的 ProGuard 工具，无缝集成到 Android 构建系统中，提供代码压缩、优化、混淆和资源管理等进阶功能。

面试问题

R8 优化如何提升应用性能并减小 APK/AAB 体积？

R8 与 ProGuard 有什么区别？它带来了哪些优势？

R8 的工作原理

R8 在构建阶段处理应用代码，实现以下目标：

• 代码压缩 ：移除代码库中未使用的类、方法、字段和属性，减小最终 APK/AAB 的体积。
• 代码优化：简化和重构代码以提升运行性能，包括内联方法、移除冗余代码、合并重复代码块等。
• 代码混淆：重命名类、方法和字段的名称，增加逆向工程的难度。
• 资源优化 ：移除未使用的资源（如布局、Drawable、字符串），进一步减小应用体积。

R8 优化的核心特性

• 无用代码移除：分析代码库，识别并删除应用无法访问或未使用的代码。
• 方法内联：将短方法直接内联到调用处，减少方法调用开销，提升运行性能。
• 类合并：将相似的类或接口合并，减小内存占用并提升效率。
• 不可达代码消除：完全移除永远不会执行的代码路径。
• 常量折叠与传播：简化表达式，将变量替换为其常量值。
• 代码混淆：用更短、无意义的名称替换代码中的有意义命名，既减小体积又提升逆向难度。

R8 的配置

R8 使用 ProGuard 规则进行配置，你可以指定哪些代码需要排除在压缩、混淆或优化之外。常见场景包括：

• 保留反射用代码 ：通过反射访问的类或方法，必须在 ProGuard 规则中显式保留。
• 排除第三方库：部分库可能需要特定规则才能避免功能异常。

示例：保留某个类的 ProGuard 规则

-keep class com.example.myapp.MyClass { *; }

R8 的优势

• 深度集成 ：内置到 Android 构建系统中，只需配置 ProGuard 规则，无需额外设置。
• 更高效率 ：将压缩、优化、混淆合并为单次处理，比 ProGuard 更快更高效。
• 减小应用体积 ：移除未使用的代码和资源，显著降低最终 APK/AAB 的大小。
• 增强安全性：混淆功能增加了攻击者逆向工程的难度，保护知识产权。

R8 的局限性

• 过度压缩风险 ：若配置不当，R8 可能移除间接引用的代码或资源，导致运行时错误。
• 配置复杂度 ：对于使用反射或动态类加载的复杂项目，编写 ProGuard 规则会比较有挑战。
• 调试难度提升：混淆会让堆栈跟踪包含无意义的名称，增加调试难度。

总结

R8 是现代 Android 开发中必不可少的工具，提供了全面的代码压缩、优化和混淆能力。它通过减小应用体积、提升运行性能、增强安全性，帮助开发者交付高效紧凑的应用。正确配置 ProGuard 规则是关键，能避免必要代码被误删，保证功能正常。

减小应用体积

优化 Android 应用体积对提升用户体验至关重要，尤其是对于存储有限或网络较慢的用户。可以通过多种策略在不影响功能的前提下减小应用体积。

面试问题

你的应用包含高清图片，导致 APK/AAB 体积大幅增加。如何在保证画质的前提下优化图片资源？应该用什么格式实现最高效的压缩？

你的应用包含多个功能，但大部分用户很少使用其中一些。如何实现方案来减小初始安装包体积，同时让这些功能在需要时可用？

移除未使用的资源

未使用的资源（如图片、布局、字符串）会不必要地增大 APK/AAB 体积。Android Studio 的 Lint 工具可以帮你识别这些资源。移除后，在 build.gradle 中开启 shrinkResources，让构建流程自动移除未使用资源：

android {
    buildTypes {
        release {
            minifyEnabled true
            shrinkResources true
        }
    }
}

启用 R8 代码压缩

R8 是 Android 默认的代码压缩与优化工具，会移除未使用的类和方法，同时混淆代码以减小体积。正确配置 ProGuard 规则可以避免关键代码或反射类库被误删：

android {
    buildTypes {
        release {
            minifyEnabled true
            proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'
        }
    }
}

优化资源

优化图片、XML 等资源可以显著减小应用体积：

• 矢量图（Vector Drawables） ：用矢量图替代 PNG 、JPEG 等位图，既能缩放又能节省空间。
• 图片压缩 ：使用 TinyPNG 或 ImageMagick 等工具压缩位图，在画质无明显损失的前提下减小体积。
• WebP 格式 ：将图片转为 WebP 格式，它比 PNG 或 JPEG 的压缩率更高。

配置示例（启用矢量图支持）：

android {
    defaultConfig {
        vectorDrawables.useSupportLibrary = true
    }
}

使用 AAB

切换到 AAB 格式后，Google Play 会生成适配目标设备的优化 APK，只包含对应设备所需的资源和代码（如特定屏幕密度、CPU 架构、语言），从而减小应用体积：

android {
    bundle {
        density {
            enableSplit true
        }
        abi {
            enableSplit true
        }
        language {
            enableSplit true
        }
    }
}

移除不必要的依赖

检查项目依赖，移除未使用或冗余的库。可以用 Android Studio 的 Gradle Dependency Analyzer 识别体积较大的库和传递依赖。

优化原生库

若应用包含原生库，可以通过以下策略减小其影响：

• 排除未使用的架构 ：在 build.gradle 中用 abiFilters 只保留所需的 ABI。
• 剥离调试符号 ：用 stripDebugSymbols 移除原生库中的调试符号。

配置示例：

android {
    defaultConfig {
        ndk {
            abiFilters "armeabi-v7a", "arm64-v8a" // 只保留需要的 ABI
        }
    }
    packagingOptions {
        exclude "**/lib/**/*.so.debug"
    }
}

通过 ProGuard 规则减少调试信息

调试元数据会增大 APK/AAB 体积，可以在 proguard-rules.pro 中配置移除这些信息：

-dontwarn com.example.usedlibrary.**
-keep class com.example.important.** { *; }

使用动态功能模块

动态功能模块可以将不常用的功能拆分为按需加载的模块，减小初始下载包的体积：

dynamicFeatures = [":feature1", ":feature2"]

避免应用内包含大型资源

• 将视频、高清图片等大型资源托管到 CDN，在运行时动态加载。
• 媒体内容使用流式传输，而非打包到应用中。

总结

减小 Android 应用体积需要结合多种策略：移除未使用资源、启用 AAB 代码压缩、优化资源、使用 AAB 格式等。此外，检查依赖、优化原生库、模块化功能也能进一步减小体积。这些实践能让应用更轻量化、性能更好，同时提供出色的用户体验。

进程

在 Android 中，进程是应用组件的运行环境。每个 Android 应用都在独立进程中以单线程运行，与其他应用隔离，以此保证系统安全、内存管理和容错性。Android 进程由 Linux 内核管理，遵循严格的生命周期规则。默认情况下，同一应用的所有组件都运行在同一个进程和线程（即主线程）中。

面试问题

你正在开发一个应用，其中不同的 Android 组件需要运行在独立进程中。如何在 AndroidManifest 中配置？使用多进程有哪些潜在弊端？

Android 系统在内存不足时，会通过基于优先级的进程管理系统决定杀死哪些进程。请解释系统如何给进程排序优先级？开发者应该遵循哪些策略防止重要进程被终止？

工作原理

当启动一个 Android 应用时，系统会通过 Linux 的 fork() 系统调用为其创建新进程。每个进程都是 Dalvik 或 ART 虚拟机的独立实例，支持代码的安全独立执行。Android 会为每个进程分配唯一的 Linux 用户 ID（UID），以此实现严格的安全边界，包括权限控制和文件系统隔离。

应用组件与进程的关联

默认情况下，同一应用的所有组件都运行在同一个进程中，大多数应用都遵循这个标准。不过开发者可以在 AndroidManifest.xml 中通过 android:process 属性自定义进程分配，该属性可用于 <activity>、<service>、<receiver>、<provider> 等组件，让组件运行在独立进程或选择性共享进程。

<application> 元素也支持该属性，用于定义所有组件的默认进程。

示例：

<service
    android:name=".MyService"
    android:process=":remote" />

在这个例子中，服务 MyService 运行在名为 :remote 的独立进程中，实现了独立运行和更高的容错性。

此外，不同应用的组件如果拥有相同的 Linux 用户 ID 且签名一致，可以共享同一个进程。Android 会根据系统资源需求动态管理进程：当内存不足时，会终止优先级较低的进程；而当关联组件需要工作时，系统会重启进程，以此保证系统性能和用户体验的最优。

进程与应用生命周期

Android 会根据系统内存和应用当前状态，按照严格的优先级层级管理进程和应用生命周期：

1. 前台进程：正在与用户交互的进程，优先级最高，几乎不会被杀死。
2. 可见进程 ：对用户可见但未交互的进程（比如对话框后的 Activity）。
3. 服务进程：运行后台服务的进程（比如同步数据、播放音乐）。
4. 缓存进程：闲置的进程，保留在内存中以便快速重启，优先级最低，内存不足时会被优先杀死。

Android 系统会自动终止低优先级进程以释放内存，保证系统稳定。

安全与权限

每个 Android 进程都通过 Linux 安全模型实现沙盒隔离，强制基于权限的访问控制。这种隔离确保应用无法访问其他进程的数据，除非通过 Android 权限系统显式授予权限。这个安全模型是 Android 多任务环境的基础，同时保障了系统稳定性和数据隐私。

总结

Android 中的进程是应用组件的运行环境，保证了隔离、安全、高效的运行。进程由系统创建、调度和终止，依据内存约束、用户活动和应用优先级。开发者可以通过清单文件的配置和权限管理，进一步控制进程行为，实现健壮、可扩展的应用开发。

进阶：何为 Android 的四大组件

Activity、Service、广播、ContentProvider 被称为 Android 四大组件，是因为它们是应用与系统、其他应用交互的核心构建块。这些组件管理应用的生命周期、定义应用行为、实现进程间通信，与 Android 的进程和应用生命周期模型紧密关联。

各组件与 Android 进程的关联

1. Activity ：代表一个带界面的屏幕，是用户交互的入口，与 Android 进程生命周期高度绑定。当用户打开应用时，系统会启动 Activity 并创建对应的进程；如果进程被杀死，Activity 也会销毁，重启应用会创建新进程。
2. Service ：在无界面的情况下执行后台操作，即使应用不可见也能运行（比如播放音乐、下载文件）。Service 可以运行在应用的默认进程，也可以通过清单中的 android:process 属性指定独立进程。
3. 广播：让应用接收并响应系统级广播消息（比如网络变化、电池状态更新）。即使应用未运行，广播触发时系统也会启动对应的进程（如果需要）。
4. ContentProvider：管理应用的共享数据，提供对集中式数据库的读写能力，支持进程间通信------这意味着它可以跨应用共享数据，需要系统安全高效地管理进程。

与 Android 进程的关联

这些组件与 Android 进程绑定，因为系统会根据应用使用情况、内存可用性和任务优先级管理进程。当组件被触发（比如打开 Activity、接收广播）时，如果进程未运行，Android 会启动对应的进程。每个组件也可以通过清单中的 android:process 属性分配独立进程，为资源密集型任务提供更大的灵活性。

这意味着四大组件都可以在 Android 系统中拥有专属进程。由于这些组件可以配置为运行在独立进程中，它们获得了系统级能力，比其他组件更强大、更独立。这种设计支持后台执行、进程间通信和系统级交互，让 Android 应用能高效处理复杂的多进程任务。

总的来说。

Activity、Service、广播、ContentProvider 是 Android 的核心组件，因为它们实现了应用的核心功能、用户交互和应用间通信。它们与 Android 进程模型的紧密关联，保证了高效的进程管理、最优的资源利用和系统级任务协调，是 Android 应用开发的基础。