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2 技术背景

本章将对于系统开发过程中所使用的主要技术从Android客户端和服务器端等方面进行简要介绍，其中主要包括Android平台以及其开发环境和技术架构、OKHttp框架、Laravel框架、百度云推送等，并且结合软件开发进行相关技术的介绍。

2.1 Android 平台

2.1.1 Android 简介

Android 系统是谷歌公司主要研发的基于 Linux 的开源手机操作系统。如图2.1所示，Android 系统共分为4个层级结构，从上到下依次是应用（Application）层、应用框架（Application Framework）层、运行库（Libraries）和运行时（Android Runtime）以及 Linux 内核（Linux Kernel） 层。其中 Android 应用开发主要是依赖应用框架层，并在应用层上进行开发。

 

图2.1  Android 的系统结构

在Application Framework 层包含了 Android 开发的四个核心的组件，分别是 Activity、Service、Broadcast Receiver 和 Content Provider。其中 Activity 作为承载视图和主要业务逻辑的组件，在四大核心组件中使用率最高，重要性也居于四大核心组件之首。Activity 使用了模板方法模式，将其各个生命周期封装起来，供开发者在其间进行相关的自定义，其中包括了onCreate, onStart，onResume，onPause，onStop和onDestroy。其中 onCreate 方法最“重”，包含了视图创建和主要业务逻辑的定义。

2.1.2 Android 开发环境

在Android 刚发展的几年里，Android 官方最开始是通过在 Eclipse 中添加 ADT bundle 插件的形式提供给开发者的开发环境的。这样做的收益是可以吸收大部分熟悉使用 Eclipse 使用的 Java 开发人员，让 JAVA 开发者能够在熟悉的平台和语言上快速上手开发。随着 Android 开发技术的日趋成熟，一个平台级的 Android 应用甚至能够达到上百万行代码，使用 Eclipse 开发Android 应用的弊端也开始突显出来，Android 开发插件在复杂的环境中不够稳定，开发和编译效率越来越不能满足开发者的需求[6]。

在2013年夏季，Google 公司推出了 Android Studio 作为 Android 开发的专用集成开发环境。Android studio 来自于 Jet Brain 公司的著名开源项目IntelliJ，一个现代而智能的 JAVA 集成开发环境[7]。Android studio有非常多优良的特性，相比于 Eclipse，更加地稳定可靠，并且提供了 Instant Run 这个秒级的增量部署方案，极大地提高了编译效率；提供了更加准确完备的即时预览；能够即时监控应用运行时内存的变化，为解决内存泄露等问题提供了更有效率的方案；并且兼容几乎所有的 IntelliJ 插件，功能扩展非常强大[7]。

经过三年的发展，Android studio 相比于2013年刚出的预览版，已经非常成熟，成为了一个稳定可靠的 Android 主要开发环境，所以综合考量之后，我们选择 Android Studio 作为 Android 客户端开发的主要环境。

2.1.3 Android 开发技术架构 

为了加快开发效率，提供系统的稳定性，需要对 Android 的各项开发技术机型选型，确定 Android 技术架构。

客户端和服务端进行交互使用 HTTP 协议。通常来说，HTTP 请求有两种方式，一是在进行 HTTP 请求时在业务逻辑中每次都编写一次相关的请求代码，并将请求结果进行处理；二是将网络请求进行单例封装，形成网络访问层，业务逻辑中需要请求时就调用单例的 HTTP 请求客户端[15]。两种方案各有优劣，前者可以对消息请求进行非常灵活的定制化，并且对结果也能进行非常灵活化的处理，但是由于这样需要多次编写相似的代码，不利于维护，适用于小型项目或者测试脚本；第二种方案在请求和响应的定制化上进行了妥协，当然，采用统一的单例模式，好处也是显而易见的，就是非常方便维护，比如对框架进行升级等等。在考虑了项目大小之后，最终决定采用第二种方式。

在对代码的封装中需要确定使用的网络请求框架，常用的网络请求框架主要有三类，一是开发包中自带的 HTTPURLConnection 框架类，二是使用封装良好的以 OKHttp 为代表的第三方网络框架，三是以Retrofit 为代表的对 OKHttp 进行封装的网络框架，这类框架主要是针对移动端而进行 RESTful 架构设计了的。开发包中带的 HTTPURLConnection 框架类的优点是稳定、高效，但是在功能性和对请求的可定制性上做得稍差一些[8]。Retrofit 一类的框架虽然使用非常方便，但是定制性并不好，对工作流 Android 端来说又太“重了”。而 OKHttp 也非常轻量级，使用代码非常简洁、高效，非常符合项目需求，所以最终选择了 OKHttp 框架作为网络框架层封装的主要技术。

以下为使用OKHttp网络框架层封装部分post方法：

1  public static String post(String url, String json) throws IOException {

2    RequestBody body = RequestBody.create(JSON, json);

3    Request request = new Request.Builder()

4       .url(url)

5       .post(body)

6       .build();

7    Response response = client.newCall(request).execute();

8    String result = response.body().string();

9    return result;

10  }

代码是对网络请求的 post 方法进行封装，作为网络请求的工具类，如代码第1行所示，使用的 static 方法，并且需要传入两个参数，一个参数是 HTTP 请求的 URL，另外一个是请求是需要提交给服务端的请求体，一段 json 格式的字符串，这个字符串中包含了客户端和服务端协议中所需要的参数。代码第2到第6行是根据用参数对请求实例进行创建。第7行进行 HTTP 网络请求，在执行 newCall 方法的时候，会创建一个网络请求的新线程，并将这个线程放在线程池中执行。第8行代码是对请求的结果进行获取，请求的结果根据协议会有一个固定的格式，所以在第9行可以将这个结果直接返回，让业务层对这个结果进行解析，并做出相应的操作。

在网络请求中，会涉及到 JSON的解析，JSON 是一种通用的数据数据交换格式，几乎所有主流语言都有对这个数据格式的解析进行了支持，Android 的主编程语言 Java 也不例外。但是，如果使用 Java 原生的库解析每次都需要编写非常繁杂的解析代码，既不利于开发，也不利于维护。所以，引入了一个常用的 JSON 解析框架 GSON。使用 GSON 进行解析的示例代码如下所示：

1  public static <T> List<T> stringToList(String json, Class<T> cls) {

2      Gson gson = new Gson();

3      List<T> list = new ArrayList<T>();

4      JsonArray array = new JsonParser().parse(json).getAsJsonArray();

5      for (final JsonElement elem : array) {

6          list.add(gson.fromJson(elem, cls));

7      }

8      return list;

9  }

这段代码是将 JSON 字符串转化为对象列表的工具方法，该方法需要传入两个参数，第一个是需要转化的 json 字符串，第二个是需要转化成的类的 Class 对象。代码第2行创建一个 Gson 对象，通过这个对象是用来转化的工具实例。第3行新建一个列表用户存储对象结果。第4到6行将GSON 解析的数据存储到列表中，第8行将列表结果返回。

在 Android 开发中，业务层获取视图实例是通过一个名为 findViewById 的方法进行的，由于页面元素过多，如果重复地编写获取视图实例的代码，无疑是非常繁琐的工作。为了避免重复的视图查找操作，引入了 Butter Knife 框架。Butter Knife 框架通过注解的方式，在编译期将视图和实例变量相绑定，既能加快代码编写速度，又不会因为运行时反射降低应用的运行速度。

总的来说，为了加快开发速度，提高系统的稳定性和可维护性，在各层次都用了以下的一些框架或者技术。在网络层，在框架 OKHttp 的基础上对网络层进行封装在；视图层使用 Butter Knife 加快编写业务逻辑层获取视图（View）实例的 速度；在网络层和业务层之间使用 GSON 对数据传输格式进行转换。

2.2 服务端

2.2.1 服务端技术选型

本课题项目的服务端需要提供客户端需要的接口，客户端通过这些接口来进行相关的数据操作和持久化存储。由于服务端的主要功能只是编写接口，在 MVC 架构中只涉及到 Model 和 Controller（客户端即为“View”）。所以需要对客户端的技术进行选型，其主要的评判标准是找出一个能够快速构建后端接口的技术。

PHP 即超文本处理器（Hypertext Preprocessor），提供给了开发人员一套快速构建动态网页的技术，是当前流行的 Web 端开发语言。PHP 程序将其程序嵌入到 HTML 标签中执行，相比于其它CGI 语言，开发速度快很多。

和 PHP 类似的还有 JSP (JAVA Server Pages)，即 JAVA 在服务端的语言，作为一个简化版的 Servlet，主要用于构建动态页面。它的主要特点是使用了 HTML 的语法，将标签进行扩展，形成了 JSP 独有的标签，主要以 <% %> 标签的形式对内容进行标记，并封装页面中的业务逻辑。

另外一套是微软推出的 ASP （Active Server Pages）技术，作为服务端的动态脚本技术，它跟 JSP 比较类似，但主要用于小型和中型的 Web 应用。

JSP语言是一套非常成熟的动态页面脚本技术，在常见的 JAVA MVC 框架中充当 View 的角色，性能比较不错，但是在开发环境和生产环境的部署的便捷性上并不占优势，而且开发速度也并不占优。ASP和 JSP 的情况比较类似，不太适合轻量级的快速接口开发。而PHP 是当前非常流行的网页端脚本语言，在能够快速构建中、小型的 Web 页面，在编写服务端 HTTP 接口也有比较快速的解决方案。所以根据实际分析的轻量级和快速的需求，最终选定 PHP 作为后端开发的主要语言[9]。

在确定后端 PHP 作为后端的动态脚本需要之后，接下里就需根据语言特点和实际项目需要，对 Web 服务器进行选型。由于后端的脚本语言选择的是 PHP，于是就自然地选择业界比较经典的 LAMP 环境，即是 Linux、Apache、MySQL 和 PHP。Linux作为服务端的操作系统，是整个服务端的容器；Apache 作为 Web 服务器，对 HTTP 请求进行正确转发和处理；MySQL 是持久化存储的方案，对数据进行相关的存储；PHP 作为动态脚本语言，主要负责编写服务端业务逻辑，是服务端 HTTP 接口编写的主要语言。这个环境组合能够非常快速地构建，且各环境之间的契合度非常高。

2.2.2 服务端开发框架简介 

为了快速方便地编写服务端 HTTP 接口，在选定 PHP 服务端脚本语言之后，需要选择一个匹配的框架，来进行相关的开发。现在流行的 PHP 框架有 ThinkPHP、Yii和Laravel 等等。其中 ThinkPHP 和 Yii 虽然比较流行、稳定，但是对API 接口的支持并不好，最终选择了 Laravel 作为开发 HTTP API 接口的框架。

Laravel 是目前最流行，使用率最高的 PHP 开发框架，完全符合 MVC 模式，主要用来开发 Web 页面。由于本项目只需要编写接口，只需要 Model 和 Controller 层。另外，Laravel 为 HTTP 接口的编写提供了方便，在路径以 api 开头的请求默认是无状态的，在具体实现上就是不会启用 Session 机制维持会话。在代码编写时只需要维护 api.php 和ApiController.php 这两个文件就可以了，前者是 HTTP 路由的文件，对访问的请求进行路由操作，将请求转发到对应的 ApiController.php 文件中的具体方法去执行；后者是 API 接口的具体实现文件，其中包含了一个 ApiController 方法，它的公共成员函数就是相关的接口函数[10]。