Android 12 源码分析 —— 应用层 一（SystemUI准备篇）

Android 12 源码分析 —— 应用层一（SystemUI准备篇）

在接下来的时间中，将会使用Pixel 3(blueline)作为研究对象，选用AOSP的android-12.0.0_r34分支作源代码。

先从android的应用层进行探析，然后慢慢深入android的framework，接着进入android的hal层，最后以android的linux内核结束，期间可能会穿插一些其他文章如android的art虚拟机分析等。

本文是整个系列的第一篇，但是在此之前，请务必阅读以下的文章，他们将在以后的源码分析中时不时出场

  1. android 如何分析应用的内存（二）——xdd，gdb命令行（http://t.csdn.cn/RENbG）
  2. android 如何分析应用的内存（三）——LLDB命令行（http://t.csdn.cn/Vpw8e）
  3. android 如何分析应用的内存（四）——Visual studio code的LLDB（http://t.csdn.cn/8ZM8A）
  4. android 如何分析应用的内存（十四）——jdb命令行（http://t.csdn.cn/99r2G）
  5. android 如何分析应用的内存（十五）——Visual Studio Code 调试Android应用（http://t.csdn.cn/dWeF5）

上面列出的文章，是关于如何使用gdb,lldb,jdb进行android源码级别的调试。它在没有IDE的情况下非常有用。

本文作为应用层的开篇之作，选取SystemUI作为研究对象。

为什么选取SystemUI?

在Android的应用层有很多应用可以进行源码分析，如Launcher，Camera，Gallery，Bluetooth,SIM,telephony,Settings等等应用，综合考虑到SystemUI可能是定制比较多的一个模块，因此，对其进行仔细的分析。

本文的首要目标是——搭建分析SystemUI的环境——如何使用Android Studio进行AOSP的开发和调试

注意：在使用Android studio时，对pc的性能有一定的要求，如果pc性能确实不够，可以参考前面列出的5篇文章，使用VS code进行替代。在前面5篇文章中，未提及如何搭建java工程，只提及了如何调试。读者可参考其他关于：Extension Pack for Java插件的使用。搭配前面的5篇调试文章，也可以进行AOSP的开发。

如何使用Android Studio进行AOSP的开发和调试

要使用Android Studio进行SystemUI的编辑工作，需要进行如下的配置：

  1. 使用AOSP源码中aidegen工具，构建依赖模块
  2. 使用AOSP源码中的JDK
  3. 使用AOSP源码中的SDK
  4. 如何让AndroidManifest.xml和各种资源xml能相互引用
  5. 如何修改静态代码分析工具lint，以解决IDE中各种标红的错误(实际非错误)
  6. 如何使用Android studio单步调试SystemUI

接下来我们依次解决上面的步骤。

使用aidegen工具，构建依赖模块

在aosp源码中，加载完编译环境之后，即运行下面的命令之后：

. build/envsetup.sh
lunch

aidegen即可使用。

接下来使用aidegen工具，产生能在as中打开SystemUI的工程配置文件。如下：

aidegen SystemUI -i s -p /media/wanbiao/disk1t/root/IDE/android-studio/bin
# SystemUI：表示要生成工程文件的模块
# -i s：表示生成的工程文件对应的IDE为Android studio。
#        j=IntelliJ s=Android Studio e=Eclipse c=CLion v=VS Code
# -p <路径>:表示对应的IDE的安装路径，在生成工程文件完成之后，会自动打开IDE
# 其他常见选项如下：
# -n：表示不用打开IDE
# -s：表示跳过编译各种依赖，如果以前运行过make等命令，可以添加-s
# -e：表示排除一些目录，这个非常有用，尤其是大型模块
# -d:源码引用的模块的深度
# -r:重置所有的aidegen保存的配置
# -v:显示debug级别的log
# -a:生成整个Android 源码树的工程文件
# -l:用指定的语言打开IDE，j=java,c=c/c++,r=Rust
# -h：打开帮助

成功运行之后，会得到如下的图片
在这里插入图片描述

在frameworks/base/package/SystemUI目录下，会出现一下几个文件：

  1. .idea文件夹，Android studio使用的工程文件夹，里面可以配置有多少个模块，从上图可以看到，有三个模块分别为：R,SystemUI,dependencies
  2. SystemUI.iml:配置SystemUI模块的配置文件
  3. dependencies.iml:配置dependencies模块的配置文件

接下来我们将要对上面的模块进行JDK和SDK的配置。这样as才能正确地在java类之间跳转。

使用AOSP源码中的JDK

可以使用which javac命令，查看具体的jdk路径如下：
在这里插入图片描述

然后打开Android studio，将这个jdk加入配置中，

  1. File->Project Structure
  2. 按照下图进行配置
    在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

如上图，我们选择了aosp目录中的jdk，并将这个jdk配置命名为：aosp-jdk11

接下来配置sdk

使用AOSP源码中的SDK

在android-12.0.0_r34分支中，默认并不会编译SDK，因此，运行下面的命令进行源码的编译。

. build/envsetup.sh
lunch
make sdk -j8

在Android的编译过程中，可能会报错，例如：module can not be located。又或者xxx文件不存在。

解决办法：只需要找到对应的报错文件，然后打开查看对应的module是否存在，如果不存在，就修改成正确的路径。当然也可简单粗暴的注释掉报错行，前提是：能够确定该行不会影响SDK的功能。

编译成功之后，将会在如下路径中出现：

./out/host/本机平台/sdk/aosp_blueline/android-sdk_eng.wanbiao_linux-x86

然后按照如下所示，添加SDK。

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

注意：在上图中，要保证SDK内部使用的JDK为我们前面配置的JDK即，aosp-jdk11.同时build target请确保为Android API 31.

将SDK和JDK与SystemUI项目相关联

上面两个步骤只是添加了对应的SDK配置和JDK配置，但是还未与SystemUI相关联起来，参照如下步骤，进行关联

在这里插入图片描述

接下来将项目下的各个模块，也配置好SDK，如下图
在这里插入图片描述

在点击完，apply之后，会出现一段时间的indexing…请等待片刻。

至此，as已经具备，编辑和跳转java代码的功能。在进行xml资源配置之前，我们需要先解决几个问题
如下：

  1. 如何正确跳转到源码中，而不是跳转到SDK中
  2. 源码中的重复文件该怎么操作

如何正确跳转到源码中

在上面的配置中，如果我们跳转源码，将会首先跳转到SDK中。为了能够成功跳转到我们的源码中而不是SDK中
可以有如下两种办法：

  1. 修改依赖的优先级
  2. 去掉sdk中的android.jar

两种办法都需要修改，project structure.我们用如下的图片来讲解两种办法
第一种办法：
在这里插入图片描述

第一种办法通常需要经常修改，因为as经常会将sdk移动到高优先级

第二种办法：
在这里插入图片描述

经过上面的配置，就可以正确的跳转到源码中的位置了

如何处理重复文件

我们处理重复文件，通过将其文件夹标记为exclude 目录即可，如下图
在这里插入图片描述
上图将Stub模块下的重复的SystemProperties.java排除在了source file之外。

注意：添加exclude 文件夹，除了上面的右键以外，还可通过对应的.iml文件添加如下的格式：

<content url="file://$MODULE_DIR$/../../../../system/tools/sysprop/stub"><sourceFolder url="file://$MODULE_DIR$/../../../../system/tools/sysprop/stub" isTestSource="false" /><excludeFolder url="file://$MODULE_DIR$/../../../../system/tools/sysprop/stub/android/os" />
</content>

再次注意：除了上面两种方法，还可以通过打开project structure进行修改，如下图

在这里插入图片描述

配置Android

上面的处理，只能进行java代码之间的跳转和配置，我们还需要进行AndroidManifest.xml和资源文件的处理。进行如下配置。

  1. 添加Android
    在这里插入图片描述

  2. 选择清单文件和资源文件夹。其中清单文件和资源文件夹是必须
    在这里插入图片描述

注意：在Android中，一次只能添加一个资源文件夹，如果有多个资源文件夹需要编辑，可以修改此处的配置。例如，我想在res-product中编辑资源的时候，IDE能给我正确的提示，那么可以将此处的Resource directory改为对应的文件夹。

至此，IDE中已经基本可以使用Android的资源了。但是在使用之前，依然还需要处理两个问题：

  1. 引用系统资源时，跳转到源码而不是sdk
  2. 处理IDE中报错，但是是正确的使用

如何调整到系统资源

在我的例子中，为了能够正确的关联到系统资源，我将编译出来的sdk中的资源文件夹，删掉，然后通过链接文件夹指向framworks/base/core/res/res目录。使用ln命令即可，不再赘述

处理xml中的非法使用

在AndroidManifest.xml中，如果使用了系统权限如：

<uses-permission android:name="android.permission.BIND_CONTROLS" />

再如，使用了不属于应用的useid

android:sharedUserId="android.uid.systemui"

这些会在IDE中，用红线标识其错误，

再如资源文件夹中使用

@*android:integer/config_mediumAnimTime

访问非public的资源，也会报错

这些都属于静态代码检查工具的功能，我们将对其进行一些修改。

针对上述错误，可做如下修改:
方法一：

  1. 打开AndroidManifest.xml文件之后，右键单击
  2. 选中Analyze->Configure Current File Analysis
  3. 最后选择Syntax

上面的步骤，是告诉IDE，对于当前这个文件，只做语法检查，不做其他检查

方法二：
上面仅仅是非常粗暴的关掉了提示。同样还可以通过File->Settings->Editor->Inspections 在打开的面板中，进行精细的条件。这个涉及到inspect功能的详细解读，不在此赘述。

方法三：
除了通过图形界面操作以外，还可以在当前目录下的lint.xml文件中进行配置。
lint.xml支持的选项，可以通过如下命令得到：

./prebuilts/devtools/tools/lint --list

至此，你可以畅快的在Android Studio中进行，java代码以及xml代码中的编辑工作了。

当然，你也可以对IDE编辑器上面的报错，视而不见，这对于我们的编辑工作并没有什么实质性影响。

在Android studio中调试

关于Android studio怎么调试Android 应用，此处不再介绍，请参考：
android 如何分析应用的内存（五）——Android studio的LLDB：http://t.csdn.cn/jSurw和android 如何分析应用的内存（十五）——Visual Studio Code 调试Android应用：http://t.csdn.cn/wHOgd

本文只介绍，如何能让SystemUI能够正确的调试起来。

事实上，在进行SystemUI的调试中，你将会发现local变量无法debug的场景。为了解决这个问题。需要处理如下几个步骤：

  1. 确定编译的时候，添加了javac -g选项
  2. 关掉AOSP中的优化配置

确定编译出来的class文件包含调试信息

在android 如何分析应用的内存（十四）——jdb命令行http://t.csdn.cn/GtbBH文章中，讲解了使用javap进行查看的命令。

接下来我们直接查看SystemUIApplication.class是否含有调试信息。
在这里插入图片描述

如果没有上面的输出，则尝试如下修改：

1. Android.mk中增加：LOCAL_JAVACFLAGS += -g
2. Android.bp中增加：javacflags:["-g"]

然后重新编译。并再次确定，如果依然没有调试信息。可以尝试切换成userdebug版本

关掉AOSP中的模块优化

在AOSP生成apk的环节中，有一个优化环节，这个优化环节包括资源的压缩，无用代码的剥离，混淆代码等。为了不破坏调试信息，我们需要关闭优化。如下：

1. Android.mk中添加：LOCAL_PROGUARD_ENABLED := false
2. Android.bp中添加：optimize:[enabled:false]

完成上述步骤之后，可关闭优化功能，且能够在单步调试中进行本地变量的查看

开始调试代码

为了能让SystemUI启动的时候就等待调试器的加入，我们运行下面的命令：

adb shell am set-debug-app -w com.android.systemui

上面代码的详细解释，可参考：android 如何分析应用的内存（十五）——Visual Studio Code 调试Android应用http://t.csdn.cn/JPBjC一文中的开始测试小节

调试结果

单步调试结果如下图

在这里插入图片描述

在上面的图中，可以一步一步单步下去，完成整个执行流程的熟悉。

本篇是我们分析SystemUI的基础环节，必不可少的环节，因为能够单步运行，减轻了许多分析源码的工作。说句人话就是少加班了。

至此，Android studio如何进行SystemUI的源码编辑和调试，介绍完毕。

从下一篇文章开始，我们将正式进入SystemUI的源码中，查看让人魂牵梦绕的SystemUI是怎样被写出来的。

另外，题外话，如果自己的PC性能还可以，可以使用一些AI工具，进行辅助编程，比如笔者正在使用tabnine插件，再比如使用variable extractor将对象翻译成json格式，然后使用工具，进行图形化查看，如前面文章中提及的Debug Visualizer工具

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