安卓演化史 · 03|从分裂到统一,再到流畅

2011–2013：只给平板的 Honeycomb、合二为一的 Ice Cream Sandwich、专治卡顿的 Jelly Bean、为低端机瘦身的 KitKat

2011 到 2013 年，安卓先是分成了手机和平板两条线，又在 4.0 合回一套系统；之后两年，重点从加功能转向了流畅和省资源。这一篇讲这四个版本各自解决了什么问题，以及卡顿、内存和安全这几件事背后的原理。

图1｜三年：从分裂到统一，再到流畅

2011 年初：一个只给平板的版本

2010 年 4 月，iPad 上市，平板电脑成了一个新品类。安卓当时的 2.x 是为手机设计的，屏幕一大，界面就只是把手机界面拉宽，空空荡荡。

2011 年 2 月 22 日，安卓 3.0 发布，代号 Honeycomb，首发机型是摩托罗拉的 Xoom 平板。这是安卓历史上唯一一个只给平板用的大版本。

3.0 的界面完全重做，换上了一套叫作「全息」的深色主题。屏幕底部多了一条系统栏，返回、主页、最近任务三个按钮第一次以屏幕虚拟按键的形式出现，而不是机身上的实体键。应用顶部有了统一的操作栏，放标题和常用操作。最近任务列表可以直接看到每个应用的缩略图。系统的二维绘图开始可以交给图形芯片加速。之后的 3.1 支持了 USB 外接设备和可调整大小的桌面小部件，3.2 适配了更多尺寸的平板。

但 3.0 有一件事和以往不同：Google 没有在发布时公开它的源代码，理由是这一版专为平板赶工，还不适合直接用在手机上，不希望被厂商随意移植。这引发了不少关于安卓是否真的开放的讨论。3.x 的代码直到当年 11 月才随 4.0 一起公开。

结果是，2011 年的安卓分成了两条线：手机上是 2.3，平板上是 3.x，两边的界面、接口都不完全一样。

图2｜两条线，合成一套系统

Fragment：让一个应用同时适配手机和平板

两条线终究要合并，问题是应用怎么办：同一个应用，在手机上和平板上该怎么显示？

3.0 给出的答案是 Fragment。在此之前，安卓应用的界面以 Activity 为单位，一个 Activity 基本就是一整屏。Fragment 是比它更小的单元，可以理解为一块可以复用的界面片段，有自己的布局和生命周期，放在 Activity 里面。

以邮件应用为例，可以做两个 Fragment：一个是邮件列表，一个是邮件正文。在平板上，一个 Activity 里左右并排放这两块；在手机上，屏幕放不下，就先显示列表，点开后再显示正文。代码是同一套，只是组合方式不同。

图3｜Fragment：同一套代码，两种布局

为了让旧版本手机上的应用也能用上这套写法，Google 还推出了支持库，把 Fragment 等新接口打包进应用里，在 2.x 上也能运行。这种「新接口通过库下放到旧系统」的做法，后来成了安卓应对碎片化的常规手段。

4.0 Ice Cream Sandwich：手机和平板重新合到一起

2011 年 10 月 19 日，安卓 4.0 发布，代号 Ice Cream Sandwich，首发机型是 Galaxy Nexus。它把 2.3 和 3.x 合并成了一套同时支持手机和平板的系统。

4.0 带来的变化很多，最直观的是外观。系统采用了一套叫作 Holo 的设计语言，比 3.0 的全息主题更简洁；换上了专门为高分辨率屏幕设计的 Roboto 字体。2012 年初，Google 又发布了面向开发者的官方设计规范，安卓应用第一次有了统一的设计参照。

手机上也开始使用屏幕虚拟按键。Galaxy Nexus 正面没有任何实体按键，返回、主页、最近任务都在屏幕上，可以根据场景隐藏或变化。功能方面，4.0 加入了人脸解锁，可以按应用查看和限制流量，电源键加音量减可以截屏，两台手机背靠背就能通过 NFC 传内容。

技术上，从 4.0 开始，面向新版本开发的应用默认开启图形硬件加速，界面绘制主要由图形芯片完成。

4.1 Jelly Bean：专门治卡顿

到 2012 年，安卓在功能上已经不输对手，但有一个问题一直被诟病：用起来不够流畅，滑动列表时会一顿一顿的。2012 年 6 月底发布的 4.1 Jelly Bean，用一个专门的项目来解决它，叫 Project Butter。

要理解卡顿，先要知道屏幕是怎么刷新的。手机屏幕一般每秒刷新 60 次，也就是每 16.7 毫秒要准备好一帧新画面。如果某一帧没有按时画完，屏幕只能把上一帧再显示一次，用户就会感到一下停顿，这叫掉帧。

4.1 之前，安卓的绘制和屏幕刷新并不同步：系统什么时候开始画下一帧，和屏幕什么时候要用这一帧，没有严格对齐。有时候一帧开始得晚了，明明来得及画完也会错过。Project Butter 做了三件事：

一是 垂直同步，让每一帧的绘制都在屏幕刷新信号到来时开始，节奏和屏幕完全对齐；

二是 三重缓冲，多准备一块画面缓冲区，当某一帧画得慢了，后面的帧不必干等，可以提前开始；

三是 触摸加速，手指一碰到屏幕，就把处理器频率临时调高，保证滑动刚开始的那几帧不掉。

图4｜一帧 16.7 毫秒：卡顿与 Project Butter

同时，Google 还给开发者提供了分析每一帧耗时的工具，方便找到自己应用里的卡顿来源。在硬件够用的前提下，4.1 的界面基本能稳定在每秒 60 帧，流畅度的口碑从这一版开始明显好转。

4.1 还带来了 Google Now 智能助理，以及可以展开、带操作按钮的通知，比如在未接来电通知里直接回拨。同时首发的 Nexus 7 是一台价格亲民的 7 英寸平板，安卓平板从这时起开始有了起色。

4.2 和 4.3：小版本里的大改动

Jelly Bean 前后有三个小版本。2012 年 11 月的 4.2 让平板支持多个用户，各自有独立的应用和数据；锁屏可以放小部件；通知栏里有了快捷设置开关。2013 年 7 月的 4.3 支持了低功耗蓝牙，这为后来的手环、手表等可穿戴设备打下了基础；还支持了新一代图形接口 OpenGL ES 3.0。

4.3 里还有一个普通用户感觉不到、但对安全很重要的改动：开始引入 SELinux。

第一篇讲过，安卓的沙箱是让每个应用使用独立的 Linux 用户，靠文件权限把应用彼此隔开。这种方式叫自主访问控制，规则由文件的所有者决定。它的弱点是：一旦某个进程拿到了最高权限，比如被漏洞攻破的系统服务，这套隔离就挡不住它。

SELinux 是强制访问控制，在用户权限之外再加一层由系统统一制定的策略：每个进程只能访问策略明确允许的资源，即使它拥有最高权限也不例外。4.3 先以只记录、不拦截的宽松模式引入，4.4 对部分关键进程开始强制执行，到 5.0 覆盖全部进程。

图5｜两层隔离：用户沙箱与 SELinux

4.4 KitKat：为低端机瘦身

2013 年 10 月 31 日，安卓 4.4 发布，代号 KitKat，首发机型是 Nexus 5。

这一版的核心目标被称为 Project Svelte，意思是让系统变得苗条。当时安卓手机已经卖到了全世界，大量入门机型只有 512MB 内存，跑不动新版本，只能停留在 2.3。版本碎片化很大一部分就来自这里。

Google 的工程师把测试机的配置刻意降到入门水平：只开一个处理器核心并降低频率，内存限制在 512MB，屏幕分辨率设为 960×540，然后逐项削减系统自身的内存占用，包括系统服务、预装应用和后台进程。系统还新增了低内存设备的标识，应用可以据此关掉一些耗资源的效果。结果是 4.4 可以在 512MB 内存的手机上流畅运行，新系统终于能装到入门机上。

4.4 的其他改动包括：沉浸模式，让视频、游戏、阅读应用可以隐藏状态栏和导航栏全屏显示；系统级打印；基于主机的卡模拟，让手机 NFC 支付不再依赖 SIM 卡里的安全芯片；统一的文件选择器；以及基于 Chromium 的新版网页组件。

另外，4.4 在开发者选项里悄悄放了一个新的运行时 ART，可以替代 Dalvik。它的思路是在安装应用时就把字节码编译成机器码，而不是运行时再编译。这在当时还只是预览，到下一个大版本才正式转正，那是下一篇的内容。

图6｜3.0 到 4.4 版本对照

这三年：安卓变成了什么

这三年里，安卓在市场上的位置也发生了变化。2012 年 3 月，Android Market 改名为 Google Play，把应用、音乐、图书、影视放进了同一个商店。同一年，Google 完成了对摩托罗拉移动的收购，自己也有了手机硬件部门。到 2013 年，据市场研究机构 IDC 统计，全球每卖出的十部智能手机里约有八部是安卓。

回头看：从分裂到统一，再到流畅

把 2011 到 2013 年连起来看，安卓走了三步。

先分裂：为了尽快进入平板市场，3.x 单独成线，手机和平板一度是两套系统。

再统一：4.0 把两条线合并，Fragment 和支持库让一个应用可以同时适配手机和平板，Holo 设计规范让应用有了统一的样子。

然后打磨：4.1 解决流畅度，4.3 和 4.4 补强安全，4.4 让新系统能跑在入门机上。

这一阶段之后，安卓在功能、流畅度和覆盖面上都已经站稳。接下来要解决的，是设计语言的彻底更新、运行时的性能，以及越来越受关注的权限和续航问题。

写在最后

如果说 2.x 让安卓从小众变成主流，那么 3.x 到 4.4 这三年，就是安卓把自己整理成一个完整平台的过程：一套系统覆盖手机和平板，一套设计规范约束应用的样子，一套工程方法保证流畅和安全。

下一篇讲 2014 到 2016 年：5.0 Lollipop 的 Material Design 和 ART 运行时，6.0 Marshmallow 的运行时权限和 Doze 省电，以及 7.0 Nougat 的分屏多任务。

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