安卓演化史 · 04|大翻新:换设计、换运行时、管住权限和电量

2014–2016：5.0 Lollipop 的 Material Design 与 ART，6.0 Marshmallow 的运行时权限与 Doze，7.0 Nougat 的分屏与混合编译

2014 到 2016 年，安卓做了一次从里到外的翻新：界面换上 Material Design，运行时换成 ART，权限改成用时再问，电量改由系统强制管理。这一篇讲这些改动的原理，以及一次安全事件怎样改变了安卓的更新方式。

图1｜三年：一次从里到外的翻新

2014 年：一次从里到外的翻新

2014 年 6 月 25 日，Google 在开发者大会上预告了下一个版本，当时只叫「L」。这年 11 月，安卓 5.0 正式推出，代号 Lollipop，首发机型是 Nexus 6 手机和 Nexus 9 平板。

5.0 常被认为是安卓 1.0 之后变化最大的一个版本：界面换了一整套设计语言，运行时换了，电量、通知、安全也都有大改动。同一年，Google 还推出了面向手表、电视和汽车的安卓版本，安卓从一个手机系统变成了一个覆盖多种设备的平台。

Material Design：纸和墨水

5.0 的新设计语言叫 Material Design。它的核心比喻是纸和墨水：界面由一层层有厚度的「纸片」组成，纸片之间有高低之分，用阴影表示；颜色更大胆，常用整块的主题色；动画要有意义，比如点开一张卡片，它会从原来的位置展开，让用户知道新内容从哪里来。

这套规范不只给安卓用，Google 自己的网页产品也采用同一套设计。它以完整文档的形式公开，第三方应用照着做，就能和系统保持一致的观感。Holo 时代主要规定了「长什么样」，Material Design 则连「怎么动」都做了规定。

通知也跟着重做：通知以卡片形式直接显示在锁屏上；正在使用其他应用时，重要通知会以横幅的形式从屏幕顶部滑下，叫作浮动通知，不用离开当前应用就能处理。

ART：安装时就编译好

5.0 在底层最大的变化，是用 ART 正式取代了 Dalvik。

第二篇讲过，2.2 起 Dalvik 用 JIT 即时编译提速：应用每次运行时，再把最常跑的代码编译成机器码。ART 的思路不同，叫 提前编译：应用安装时，系统就用一个叫 dex2oat 的工具，把整个应用的字节码一次性编译成机器码存起来，以后每次运行直接执行，不用再边跑边编译。

好处是应用启动更快、运行更流畅，也省去了运行时编译消耗的电量。ART 还改进了垃圾回收，回收造成的停顿更短；同时原生支持 64 位处理器，2014 年前后，手机芯片正好开始转向 64 位。

代价也很明显：安装应用变慢了，编译后的文件占用更多存储空间；每次系统升级后，所有应用都要重新编译，开机时会出现「正在优化应用」的提示，应用多的手机要等好几分钟。这个问题，要到两年后的 7.0 才找到平衡。

图2｜三种运行方式：JIT、提前编译、混合编译

Project Volta：先搞清楚电去哪了

续航一直是安卓的短板。5.0 有一个专门的项目叫 Project Volta，思路是先把耗电看清楚，再管起来。

Google 给开发者提供了电量分析工具，可以按时间线看到手机什么时候被唤醒、哪个应用在用网络、处理器什么时候忙。系统还新增了 任务调度接口：应用可以把不急的工作，比如同步、上传、下载更新，交给系统，并注明条件，比如「连上 Wi-Fi 再做」「充电时再做」。系统把多个应用的任务攒在一起集中执行，减少反复唤醒手机的次数。另外还加入了省电模式，电量低时自动降低性能、限制后台活动。

2015 年的一次安全警报

2015 年 7 月，安全研究人员公开了一个后来被称为 Stagefright 的漏洞。问题出在安卓系统处理音视频的媒体库里：攻击者只要给手机发一条特制的彩信，系统在后台自动解析其中的视频时就可能被攻破，用户甚至不需要点开。当时大部分正在使用的安卓手机都受影响。

修复漏洞本身不难，难的是把修复送到用户手里。第二篇讲过，一次系统更新要经过芯片厂商、手机厂商、运营商好几道环节，很多手机根本收不到。Stagefright 让这个问题变得无法回避。

2015 年 8 月，Google 宣布 Nexus 设备改为 每月推送安全更新，并开始每月公开发布安全公告，列出当月修复的漏洞，三星、LG 等厂商也随即作出类似承诺。从 6.0 开始，手机设置里能看到「安全补丁级别」，标明这台手机的安全修复更新到了哪个月。功能大版本和安全补丁从此分开：前者一年一次，后者每月一次。

图3｜从一个漏洞到每月安全更新

6.0 Marshmallow：权限改成用时再问

2015 年 9 月底，安卓 6.0 随 Nexus 5X 和 Nexus 6P 发布，代号 Marshmallow。

这一版最重要的变化是权限。第一篇讲过，早期安卓在安装时一次性列出所有权限，用户要么全部接受，要么不装。6.0 改成了 运行时权限：读取位置、通讯录、相机、麦克风这类涉及隐私的权限，在应用第一次真正要用的时候才弹窗询问；用户可以只拒绝其中一项，应用的其他功能照常使用；之后还可以在设置里随时收回。

为了不让老应用崩溃，新规则只强制作用于面向 6.0 开发的应用，老应用安装时仍按原来的方式授权，但用户同样可以在设置里手动关掉某项权限。

图4｜权限：安装时一次给完 vs 用时再问

6.0 还统一了指纹识别接口，第三方应用可以用指纹登录和支付；可以把存储卡格式化为内部存储使用；网页链接可以直接在对应应用里打开，不再每次弹出选择框。

Doze：手机放着不动时，该睡就睡

6.0 另一项影响深远的改动是 Doze，可以理解为手机的深度睡眠。

Project Volta 的思路是请应用配合，但总有应用不配合，在后台频繁联网、频繁唤醒手机。Doze 改成由系统强制执行：当手机没插电、屏幕熄灭、并且一段时间静止不动，比如晚上放在床头柜上，系统就进入 Doze。这时应用无法联网，后台任务和定时唤醒被推迟，阻止手机休眠的请求被忽略。

系统会每隔一段时间打开一个短暂的维护窗口，让积压的任务集中执行一次，然后继续睡；手机静止得越久，窗口间隔越长。真正紧急的消息，比如即时通讯的高优先级推送，仍然可以穿透 Doze 及时送达。

同时引入的还有 应用待机：用户很久没打开的应用，后台联网会被限制。

到了 7.0，Doze 又扩展到了手机放在口袋里移动时：只要屏幕熄灭一段时间，就先进入一个较轻的睡眠状态。

图5｜Doze：手机怎么睡觉

7.0 Nougat：分屏与混合编译

2016 年 8 月 22 日，安卓 7.0 发布，代号 Nougat。

用户能直接感受到的是 分屏：两个应用可以上下或左右各占半个屏幕同时使用。通知也再次改进：同一个应用的多条通知可以折叠成一组，消息类通知可以直接在通知栏里回复。

底层的重要变化是编译方式。5.0 的提前编译解决了运行速度，却让安装和系统升级变慢。7.0 改成 混合编译：

应用刚装上时不做完整编译，先用解释执行加 JIT 运行，所以安装很快；运行过程中，系统记录下哪些代码最常用，写成一份使用记录；等手机空闲并且在充电时，再按这份记录，只把常用的那部分提前编译成机器码。

这样安装快了，存储占用少了，常用功能的速度又不输提前编译。从 5.0 到 7.0，安卓等于把 2.2 的 JIT 和 5.0 的提前编译结合了起来，各取所长。

7.0 还加入了新一代图形接口 Vulkan，游戏可以更直接地控制图形芯片；新机型开始支持 无缝更新，系统准备两套分区，在后台把更新装到当前没在用的那一套上，装好后重启一次就切换过去，不用再长时间等待；还加入了按文件加密，手机重启后未解锁时，闹钟、来电等功能也能正常工作。

7.1 与 Pixel：Nexus 的终点

2016 年 10 月 4 日，Google 发布了 Pixel 手机，预装安卓 7.1。和 Nexus 由合作厂商主导设计不同，Pixel 由 Google 自己定义产品、以自己的品牌销售，Nexus 系列就此结束。7.1 本身加入了长按应用图标弹出快捷操作等小功能。

图6｜5.0 到 7.1 版本对照

回头看：大翻新的三条线

把 2014 到 2016 年连起来看，安卓在三条线上同时推进。

体验线：Material Design 统一了外观和动效，通知、分屏让日常使用更顺手。

性能线：从 Dalvik 的 JIT，到 ART 的提前编译，再到 7.0 的混合编译，运行速度、安装速度和存储占用之间终于找到平衡。

权利线：权限从一次性授予变成按需授予、随时收回；电量从靠应用自觉变成系统强制管理；安全修复从跟着大版本走变成每月推送。这条线上，系统越来越站在用户一边，对应用的约束越来越多。

写在最后

这三年，安卓不再只是追赶别人或者补齐功能，而是开始系统性地处理大平台才会遇到的问题：怎么让成千上万的应用守规矩，怎么让修复送达数以亿计的手机。前者有了运行时权限和 Doze，后者有了每月安全更新，但只是开了个头。

下一篇讲 2017 到 2019 年：8.0 的 Project Treble 怎样从结构上解决升级难，越来越严的后台限制，9 的手势导航，以及 10 为什么不再用甜点命名。

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本文为公开资料的科普梳理，事实与时间主要来自公开的百科资料、官方发布信息与行业公开报道。性能、续航相关描述为原理说明，实际效果因机型、厂商定制和使用习惯而异；安全事件部分仅作科普，不涉及任何漏洞利用细节。具体以官方最新披露为准。

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