• 本書について

第1章 AndroidとGUIシステムの基礎知識 ──モバイルプラットフォームの今と基本を知るために

1.1 Androidと最先端のモバイルGUIシステム ……高まり続ける期待と要求

• 1.1.1 GUIシステムに対する要求は年々高まっている
  • 解像度の向上によるGUIの複雑化
  • ユーザーの期待値が高まった
  • 開発者の期待値も高まった
• 1.1.2 AndroidとGUIシステム
  • AndroidのスマホはGUIのシステムである
  • AndroidのGUIシステムの，アプリ開発者から見た特徴
  • ❶マークアップによる記述と動的なツリーの操作
  • ❷システムのかなりの部分がJavaで書かれている
  • ❸IDEサポート
  • ❹豊富なGUI部品と高機能なレイアウト
  • ❺解像度非依存な記述
  • ❻GPUなどを活かした高速な半透明処理やアニメーション
• 1.1.3 Androidのバージョンの話
  • Column 組み込みシステムとGUIのツールキット
  • Column Microsoft OfficeはWPFで書かれていない
  • Column Honeycomb ……Androidバージョン小話❶

1.2 AndroidのGUIシステムの全体像と変遷 ……最初期からNougatまでの3区分

• 1.2.1 AndroidのGUIシステムの全体像について
• 1.2.2 GUIシステムの基礎Android初期からGBまで
• 1.2.3 ハードウェアアクセラレーションを用いた描画処理 ……HoneycombからICSで完成
• 1.2.4 AOTコンパイルとprofile guidedコンパイル ……LollipopからNougat現在まで
• 1.2.5 描画処理の概要
  • Viewツリーとレイアウト
  • DisplayListの構築とOpenGL ES呼び出し
  • Column デスクトップでのグラフィックスハードウェア活用とWindows Vista
  • EGLによるグラフィックスバッファ指定とSurfaceFlingerによる合成
  • 描画処理のまとめ

1.3 ［速習］本書で登場するAndroidの構成要素のうち，GUIシステム以外の部分 ……Activity，ActivityThread，プロパティ，Binder，システムサービス

• 1.3.1 Activity
  • Activityとスタック
  • 裏に行ったActivityとkill ……表と裏のActivity
  • Activityのライフサイクル
• 1.3.2 ActivityThreadとmainメソッド
• 1.3.3 プロパティによる設定の管理
• 1.3.4 Binderとシステムサービス
• 1.3.5 SystemServerとsystemユーザー
  • Column Unixドメインソケットとsocketpair
• 1.3.6 Zygoteによるアプリの開始
• 1.3.7 init.rcから起動されるシステムサービスとデーモン達
  • Column fork()システムコールとプロセスの生成
  • init.rcファイルの今と昔 ……mount_all
  • serviceセクション
  • Column Androidの「サービス」 ……4つの「サービス」
  • Column Flingerとは何か？
  • Zygoteサービス
  • installdサービス
  • surfaceflingerサービス
  • Column CupcakeとG1 Androidバージョン小話❷

1.4 ［入門］AndroidのGUIプログラミング ……View周辺の基本とカスタムのView

• 1.4.1 HelloWorld
  • レイアウトのリソースを用意
  • レイアウトのリソースをsetContentView()で指定
  • ボタンがタップされた時の処理を書く
• 1.4.2 カスタムのView
  • Column AndroidにUserControlはないの？
  • onTouchEvent()でタッチに反応する
  • invalidate()とHandlerで内容を動的に変える
• 1.4.3 カスタムの属性を定義する
• 1.4.4 AndroidのGUIプログラミング入門，まとめ

1.5 まとめ

• Column SoCとSnapdragon

第2章 タッチとマルチタッチ ──スマホがスマホであるために

2.1 Androidでのマルチタッチ，基本のしくみ ……LinuxとAndroidの関係

• 2.1.1 ViewのonTouchEvent()メソッドとMotionEvent
• 2.1.2 マルチタッチ概要
• 2.1.3 なぜInputManagerServiceを扱うのか？
  • Column epoll()による複数のファイルディスクリプタ待ち

2.2 LinuxのInputサブシステムとinput_event ……入出力機器に共通して使えるフレームワーク

• 2.2.1 LinuxのInputサブシステムについて
• 2.2.2 Linuxの入力関連デバイスドライバとinputモジュール
  • シングルタッチの場合
  • マルチタッチの場合
• 2.2.3 eventのhandlerとeventファイル
  • Column ioctl()システムコール

2.3 Androidフレームワークでの入力イベントの基礎 ……InputManagerService

• 2.3.1 InputManagerServiceとその構成要素

2.4 InputReader ……InputManagerServiceの二大構成要素❶

• 2.4.1 InputReaderの構成要素
• 2.4.2 InputReaderのloopOnce()メソッドとRawEvent
• 2.4.3 EventHubのgetEvents()メソッド
  • getEvents()メソッド概要
  • 入力デバイスの追加や削除に応じた処理 ……Deviceオブジェクトの作成と削除
  • input_eventを読み出した時の処理
• 2.4.4 InputDeviceとInputMapper
• 2.4.5 タッチの処理とMultiTouchInputMapper ……InputMapperの具体例として
• 2.4.6 InputReaderまとめ

2.5 InputDispatcherとInputChannel ……InputManagerServiceの二大構成要素❷と送信相手のクラス

• 2.5.1 InputDispatcher概要
  • Column DonutとXperia ……Androidバージョン小話❸
• 2.5.2 ウィンドウとInputChannelの登録

2.6 まとめ

• Column EclairとFroyo ……Androidバージョン小話❹

第3章 UIスレッドとHandler ──LooperとHandlerが見えてくる

3.1 UIスレッド ……UIスレッド周辺の構成要素を知る

• 3.1.1 UIスレッドとは何か ……HandlerとUIスレッドの関わり
  • UIスレッドは，GUIシステムの特別なスレッド ……UIスレッドでしか実行できないGUI関連操作がある
• 3.1.2 UIスレッドでしかできないこと ……ラベルの変更やToastの表示など
  • UIスレッド以外からUIスレッドでしかできない操作を実行したい場合 ……Handlerを用いたUIスレッドでの実行
  • Column 一般的なGUIシステムにおけるUIスレッド
• 3.1.3 UIスレッドではできないこと ……時間のかかる処理
• 3.1.4 メッセージループとUIスレッド ……UIスレッドとLooperの関係
• 3.1.5 AndroidにおけるUIスレッド周辺の構成要素 ……LooperとHandler

3.2 Looper ……UIスレッドを実現するメッセージループ機構

• 3.2.1 Looperの基本的な使い方 ……prepare()とloop()
  • Column 「GUIのメッセージループ」以外のLooperの使われ方
• 3.2.2 Looperとスレッドの関連付け ……myLooperとTLS
  • Column TLS
• 3.2.3 MessageQueueとnext()メソッド
  • MessageQueueへのファイルディスクリプタ登録
• 3.2.4 Looper.loop()では何を行っているのか？❶

3.3 よくわかるHandler ……知っておきたい2つの役割，その実装

• 3.3.1 ［再入門］Handler ……2つの役割を分けて考えよう
• 3.3.2 Handlerの使用例
• 3.3.3 メッセージ送り先となるLooperの決定 ……Handlerのコンストラクタによる暗黙の関連付け
  • Column 初期の傑作，Gingerbread ……Androidバージョン小話❺
• 3.3.4 Handlerのpost()とMessageのenqueue
• 3.3.5 Looper.loop()では何を行っているのか？❷ ……Handlerのpost()の時の挙動
• 3.3.6 HandlerのdispatchMessage()① ……Runnableが呼ばれるケース
• 3.3.7 HandlerのdispatchMessage()② ……handleMessage()が呼ばれるケース

3.4 まとめ

第4章 Viewのツリーとレイアウト ──GUIシステムの根幹

4.1 Viewツリーの基礎知識 ……GUI部品の親子関係

• 4.1.1 Viewとツリー
  • Column ViewツリーのルートとViewRootImpl
• 4.1.2 Viewの担当する領域
• 4.1.3 Viewツリーの使われ方
• 4.1.4 ツリーの再帰的な呼び出し ……タッチのヒット判定の例を元に

4.2 AssetManagerとレイアウトのリソース ……高速なパース，素早い構造の復元

• 4.2.1 Viewツリーの構築とリソースファイル
• 4.2.2 リソースのコンパイルとAssetManager
• 4.2.3 バイナリ化されたリソースとaapt
• 4.2.4 バイナリリソースとXmlResourceParser
  • Column 長さの単位 ……dpとspとpx

4.3 LayoutInflater ……メニューやListViewでよく使われるViewツリー生成方法

• 4.3.1 LayoutInflaterを取得する ……ActivityのgetLayoutInflater()の例
• 4.3.2 LayoutInflaterの生成とContext
• 4.3.3 LayoutInflaterとinflate()メソッド
• 4.3.4 LayoutInflaterのonCreateView()メソッドとcreateView()メソッド
• 4.3.5 inflate()メソッドでのViewの生成 ……createView()メソッド
  • 呼び出されるViewのコンストラクタ
• 4.3.6 ResXMLParserとAttributeSet
• 4.3.7 スタイルとテーマ入門
  • Column SimpleCursorAdapterに見るAndroidのレイアウトリソース哲学
• 4.3.8 スタイル解決 ……obtainStyledAttributes()メソッド
• 4.3.9 LayoutInflaterのまとめ
  • Column テーマ関連の公式ドキュメント

4.4 ActivityとDecorView ……ActivityのsetContentView()が作る重要なView

• 4.4.1 setContentView()呼び出しの後のViewの階層 ……DecorViewとContentParentとContentRoot
• 4.4.2 DecorViewとWindow Style
  • Column ActivityとPhoneWindow
  • Column requestWindowFeature()メソッドとWindow Style

4.5 Viewツリーのmeasureパス ……構築されたViewツリーをレイアウトする❶

• 4.5.1 Viewツリーのレイアウト概要
  • Column LinearLayoutのlayout_weight属性
• 4.5.2 measureパスとonMeasure()メソッド
  • Column レイアウト可能な場合を考える難しさ

4.6 葉ViewのonMeasure()によるサイズ計算 ……ImageViewを例に

• 4.6.1 葉ノードと内部ノードについて
• 4.6.2 葉のViewの幅の指定いろいろ
  • ❶幅がハードコードの場合
  • ❷幅がwrap_contentの場合
  • ❸幅がmatch_parentの場合
• 4.6.3 いろいろな幅の指定のコードによる表現 ……MeasureSpecとサイズのエンコード
• 4.6.4 onMeasure()の実際の実装 ……ImageViewの場合
  • ハードコードされた値の場合 ……EXACTLY
  • 最大値指定の範囲内で自由な値を申告して良い場合 ……AT_MOST
  • 制約の指定がない場合 ……UNSPECIFIED

4.7 ViewGroupの場合のonMeasure()によるサイズ計算 ……LinearLayoutを例に

• 4.7.1 問題の概要
• 4.7.2 基本ケースのButton B以外のonMeasure()処理
• 4.7.3 Button Bがwrap_contentの場合
• 4.7.4 Button Bがmatch_parentの場合
• 4.7.5 真ん中の子がlayout_weight="1"の場合

4.8 layoutパスとその他の話題 ……構築されたViewツリーをレイアウトする❷

• 4.8.1 layout_で始まる属性達 ……LayoutParamsとViewGroupのgenerateLayoutParams()メソッド
• 4.8.2 layoutパスとgravity
  • Column measure()が複数呼ばれるケース
• 4.8.3 タッチの送信とInputChannel
• 4.8.4 onDraw()とCanvasとハードウェアアクセラレーション（第5章に続く）
  • Column gravityとlayout_gravity

4.9 まとめ

• Column 第二の傑作，Ice Cream SandwichとNexus 7 ……Androidバージョン小話❻

第5章 OpenGL ESを用いたグラフィックスシステム ──DisplayListとハードウェアアクセラレーション

5.1 なぜOpenGL ESを使ったGUIシステムなのか？ ……スピードと電力の問題

• 5.1.1 解像度とゲートの数 ……消費電力とコア数
• 5.1.2 なめらかなアニメーションとViewごとのキャッシュ ……ListViewのスクロールを例に
• 5.1.3 動画の再生と消費電力
• 5.1.4 Androidのグラフィックスシステムのうち，本章で扱う範囲

5.2 Viewのdraw()からOpenGL ES呼び出しまで ……ThreadedRendererとRenderThread

• 5.2.1 誰がdraw()を呼び出し，誰がOpenGL ESを呼び出すのか？
• 5.2.2 ThreadedRendererによるdraw()の呼び出し
• 5.2.3 RenderNodeとDisplayListCanvas
• 5.2.4 drawRenderNode()メソッドとDrawRenderNodeOp
• 5.2.5 nSyncAndDrawFrame()メソッドとRenderThread
• 5.2.6 drawからDisplayListのメソッド呼び出しまで，まとめ

5.3 DisplayList ……「コマンドオブジェクトのリスト」にする効用

• 5.3.1 DisplayListが保持するオペレーション ……DisplayListOp基底クラス
  • DisplayListOp::defer()
  • DisplayListOp::replay() ……DrawRectOpを例に
• 5.3.2 その他のDrawXXXOpクラス ……DrawBitmapOpとDrawRenderNodeOp
  • DrawBitmapOp
  • Column AndroidとSkia
  • DrawRenderNodeOp ……RenderNodeを描くというコマンド
• 5.3.3 DisplayListを用いた画面の再描画
  • ❶再描画，画面の描画内容だけが無効になったケース
  • ❸再描画，DisplayListが無効になったケース ……invalidate()メソッド
  • ❹再描画，レイアウトが無効になったケース ……requestLayout()メソッド
  • ❷DisplayListが有効だが，Surfaceの描画内容が無効なケース ……アニメーション（次節へ続く）
  • Column ソフトウェアレンダリングの振る舞い

5.4 ListViewのスクロールに見る，驚異のアニメーション処理 ……60fpsを維持し続ける最重要な応用例

• 5.4.1 スクロール処理の基本処理
• 5.4.2 60fpsを維持するために必要なこと ……VSYNCとChoreographer
• 5.4.3 flingの構造 ……スクロールの特殊処理
• 5.4.4 RenderNode単位の平行移動 ……offsetTopAndBottom()

5.5 まとめ

• Column いまいちなJelly Bean ……Androidバージョン小話❼

第6章 OpenGL ES呼び出しが画面に描かれるまで ──ViewRootImplとSurfaceFlinger

6.1 OpenGL ES呼び出しが画面に描かれるまで ……全体像と一連の流れ

• 6.1.1 本章で登場するクラス達の全体像
• 6.1.2 ハードウェアとAndroidの境界 ……HAL
• 6.1.3 EGL呼び出しでOpenGL ESの描画先を指定する
• 6.1.4 EGLで指定されたSurfaceが，grallocで取得したオフスクリーングラフィックスバッファを更新する
• 6.1.5 SurfaceFlingerが，HWCを用いてグラフィックスバッファを合成して表示
• 6.1.6 ViewRootImplがSurfaceの左上座標を保持し，WindowManagerServiceが複数のViewRootImplを管理

6.2 HALとgralloc ……グラフィックスバッファの確保/解放のインターフェース

• 6.2.1 HALのモジュールの取得 ……hw_get_module()
• 6.2.2 hw_module_t構造体周辺の構造体定義
• 6.2.3 hw_device_tとalloc_device_t
• 6.2.4 alloc_device_tのalloc()関数
• 6.2.5 gralloc_module_tとprivate_module_tの定義

6.3 EGLによるOpenGL ES描画対象の指定 ……OpenGL ESの呼び出しは，どのようにグラフィックス領域に描かれるのか❶

• 6.3.1 EGLによる，OpenGL ESの描き出し先指定
• 6.3.2 EGL，gralloc，OpenGL ESが端末依存である意義
• 6.3.3 アプリのOpenGL ES呼び出しを基に，EGL周辺の構成の意義を考える
  • ハードウェアの想定
  • 仮に，通常のメモリを介したシンプルなHALであった場合 ……実際とは異なる仮想的なケース
  • gralloc，EGL，OpenGL ESといった分け方の場合 ……実際のAndroidのケース

6.4 SurfaceFlingerとHWC ……OpenGL ESの呼び出しが，どのようにグラフィックス領域に描かれるのか❷

• 6.4.1 グラフィックスバッファとSurfaceをつなぐBufferQueue
• 6.4.2 BufferQueueConsumerとしてのSurfaceとOpenGL ES呼び出し
• 6.4.3 SurfaceFlingerシステムサービス ……init.rcのエントリ
• 6.4.4 他のプロセスから見たSurfaceFlingerと画面の描画
• 6.4.5 SurfaceFlingerから見た画面の描画
• 6.4.6 HWC （Hardware Composer） HAL概要
  • HWCが専用のハードウェア実装され得る理由
  • HWCに要求される基本機能
• 6.4.7 HWCのprepare()メソッド
• 6.4.8 SurfaceFlingerによるグラフィックスバッファの合成
  • prepare()メソッドの結果がすべてHWC_OVERLAYのケース
  • prepare()の結果にHWC_FRAMEBUFFERが含まれる場合

6.5 ViewRootImpl ……ViewツリーとSurfaceをつなぐ

• 6.5.1 ViewRootImpl概要
• 6.5.2 ViewRootImplの生まれる場所 ……WindowManagerのaddView()
• 6.5.3 IWindowとしてのViewRootImpl ……IWindow概要
• 6.5.4 ViewRootImplでEGL呼び出しが行われる場所 ……ThreadedRendererのinitialize()
  • Column WindowManager周辺の複雑さ
  • Column BufferQueueProducerの作成はどこで行われるか筆者がソースを読み切れなかった部分について
• 6.5.5 ViewRootImplのperformTraversal()メソッド ……Viewツリーに関わるさまざまな処理
• 6.5.6 ViewRootImplがViewへタッチイベントを届けるまで

6.6 Surfaceをアプリ開発者が使う例 ……「フローティングウィンドウ」「SurfaceViewとMediaCodec」

• 6.6.1 フローティングウィンドウ
• 6.6.2 SurfaceViewとMediaCodec

6.7 まとめ

• Column stagefrightバグとAndroid 7.0 NougatでのMediaFrameworkの改善

第7章 バイトコード実行環境 ──DalvikとART

7.1 Androidのバイトコード実行環境の基礎知識 ……仮想マシンとART

• 7.1.1 スマホにおけるバイトコードの課題
  • 厳しいリアルタイム性の要求 ……秒間60フレームを求めて
  • 少ないメモリ
• 7.1.2 Androidのバイトコード実行環境の変遷 ……JIT，AOT，そしてprofile guided JITまで
  • 最初は，Dalvik VMだった ……最初〜2.1
  • 次に，Dalvik VMにJITが入った ……2.2〜4.4
  • そして，AOTコンパイルがやってきた ……5.0〜6.X
  • AOTコンパイルとJITのハイブリッドに ……7.0〜
• 7.1.3 本章で扱うバイトコード実行環境のバージョンとその方針

7.2 Dalvikバイトコードとdex ……仮想マシンの二大派閥，レジスタ型とスタック型

• 7.2.1 dexファイルができるまで
• 7.2.2 仮想マシンの2つの派閥 ……スタック型とレジスタ型
  • Column Jackコンパイラ
  • レジスタ型でのaddの呼び出し
  • Column その他のレジスタ型仮想マシンシステム ……Elate OSとintent
  • スタック型でのaddの呼び出し
• 7.2.3 2つの仮想マシンの比較 ……スタック型とレジスタ型はどちらが良いか？
• 7.2.4 バイトコード比較 ……JavaとDalvik
• 7.2.5 dexフォーマットとその制約

7.3 メモリ節約の工夫とZygote ……バイトコード実行環境をサポートする技術群

• 7.3.1 フラッシュメモリの仕組みとAndroidのスワップ事情
  • Column Androidでスワップが行われるのは，どのような時？
• 7.3.2 使用しているメモリの分類
  • Column 本当にフラッシュメモリでスワップを使うべきではないか？
  • Column mmapとメモリ確保
• 7.3.3 Cleanなメモリとmmap
• 7.3.4 Androidにおける，実メモリを節約する2つの工夫 ……mmapとZygote
  • Cleanを増やすためにmmapを有効利用
  • Sharedを増やすためにクラスをロードした状態からforkして新プロセス開始
  • Column Androidでクラスを列挙するリフレクションが好まれない理由

7.4 これまでのバイトコード実行環境 ……7.0以前の背景から学べること

• 7.4.1 Dalvik VM時代 ……初期〜4.4まで
  • Column 最初のバージョンとは何なのか
• 7.4.2 JIT入門 ……トレースJITとメソッドベースのJIT
  • トレースJIT
  • メソッドベースのJIT
  • JITとメモリ
  • JITとバッテリー
  • JITとリアルタイム性
  • JITが有効なケース
• 7.4.3 AOT時代 ……5.0〜6.Xまで
  • AOTコンパイルの欠点 ……アップデートが遅い

7.5 Nのバイトコード実行環境 ……Android 7.0 Nougatの進化

• 本節の構成
• 7.5.1 Nのバイトコード実行環境概要
  • なぜ一部JITに戻ったのか？
  • なぜJITがトレースJITからメソッドベースのJITになったのか？
• 7.5.2 Nのバイトコード実行環境，構成要素
• 7.5.3 ProfileSaverによるプロファイルの保存
• 7.5.4 BackgroundDexOptServiceの起動と処理内容 ……profmanによるプロファイル情報のマージ
  • JobSchedulerへの登録と起動条件
  • プロファイルのマージとprofile guidedコンパイルの始動 ……profmanとdex2oat呼び出し
• 7.5.5 dex2oatによるprofile guidedコンパイル
• 7.5.6 イメージファイルによる起動の高速化 …….artファイル
• 7.5.7 Nのバイトコード実行環境，まとめ

7.6 まとめ

• Column 次の時代のAndroid，Lollipop ……Androidバージョン小話❽

• おわりに