[Android 기초] 1. 안드로이드OS와 코틀린 기초 개념

 

 

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1 안드로이드와 코틀린

 

 

안드로이드 OS 특징

• 1. 오픈소스
  - 개발자들이 소스 코드에 접근하여 이를 수정하고 배포 가능
  - 다양한 제조사가 자신들의 기기에 맞춤형 안드로이드 버전을 개발할 수 있음
• 2. 다양한 하드웨어 지원
  - 안드로이드는 다양한 하드웨어 플랫폼을 지원, 이식=포팅이 쉬움
  - 제조업체가 다양한 종류의 기기를 출시할 수 있게 하며, 소비자에게는 더 많은 선택권을 제공
• 3. 구글 서비스와의 통합
  - 구글 플레이 스토어를 포함한 구글의 다양한 서비스와 밀접하게 통합
  - 사용자는 앱, 게임, 책, 영화 등 다양한 콘텐츠에 쉽게 접근
• 4. 커스터마이징 가능
  - 안드로이드는 홈 스크린 위젯, 라이브 배경화면, 다양한 런처 앱 등을 통해 사용자 맞춤화가 가능
  - 자신의 기기를 개인의 취향에 맞게 조정
• 5. 멀티태스킹
  - 강력한 멀티태스킹 기능을 지원
  - 사용자가 여러 애플리케이션을 동시에 실행하고 쉽게 전환
• 6. 기타
  - 보안, 정기적인 업데이트, API지원, 대규모 사용자 풀 등

 

 

운영체제와 플랫폼

• 모바일 운영체제(실행) + 애플리케이션 프레임워크(개발)
• 안드로이드 플랫폼은 리눅스 운영체제 안에서 리눅스와 상호작용하면서 동작
• 전체 아키텍처 위쪽에 안드로이드가 실행되는 런타임 영역(파란색으로 표시)이 존재

 

안드로이드 플랫폼

 

Linux Kernel (리눅스 커널)

• Drivers (Audio, IPC, Display, Keypad, Bluetooth, Camera, USB ...)
• ART(Android 런타임)는 스레딩 및 하위 수준의 메모리 관리와 같은 기본 기능에 Linux커널을 사용
• Android는 Linux커널의 주요 보안 기능을 활용
• 다양한 하드웨어 디바이스 드라이버 제공

 

HAL (Hardware Abstraction Layer, 하드웨어 추상화 계층)

• Audio, Bluetooth, Camera, Sensors...
• 상위 수준의 Java API 프레임워크에 기기 하드웨어 기능을 노출하는 표준 인터페이스를 제공
• 프레임워크 API기기가 하드웨어에 액세스하기 위해 호출을 수행하면,
• Android 시스템이 해당 하드웨어 구성 요소에 대한 라이브러리 모듈을 로드

 

Android Runtime (안드로이드 런타임)

• ART(Android Runtime), Core Libraries
• Android 버전 5.0 (API레벨21) 이상을 실행하는 기기의 경우,
  각 앱이 자체 프로세스 내에서 자체 ART(Android런타임) 인스턴스로 실행
• ART는 DEX파일을 실행하여 저용량 메모리 기기에서 여러 가상 머신을 실행하도록 작성 됨
• DEX파일은 Android용으로 특별히 설계된 바이트 코드 형식으로, 최소 메모리 공간에 맞게 최적화 되어 있음
• Android버전 5.0 (API 레벨21) 이전 버전에서는 Dalvik이 Android 런타임
• 앱이 ART에서 제대로 실행되면 Dalvik에서도 제대로 실행되지만,그 반대의 경우 제대로 실행 된다는 보장은 없음
• Android에는 Java API 프레임워크가 사용하는 몇 가지 Java 8언어 기능을 포함하여,
  대부분의 Java프로그래밍 언어 기능을 제공하는 일련의 핵심 런타임 라이브러리도 포함되어 있음

 

Native C/C++ Libraries (네이티브 C/C++ 라이브러리)

• Webkit, OpenMAX AL, Libc, Media Framework, OpenGL ES ...
• ART 및 HAL등의 많은 핵심 Android시스템 구성 요소와 서비스가 C 및 C++로 작성된 네이티브 라이브러리를 필요로 하는 네이티브 코드를 기반으로 빌드됨
• Android 플랫폼은 Java프레임워크 API를 제공하여 일부 네이티브 라이브러리의 기능을 앱에 노출
  (예) Android 프레임워크의 JavaOpenGL API를 통해 OpenGLES에 액세스하여,
  앱에서 2D 및 3D 그래픽을 그리고 조작할 수 있는 지원 기능을 추가

 

Java API Framework (자바 API 프레임워크)

• Content Providers, View System, Managers(Activity, Location, Package, Window, Notification ...)
• Android OS의 전체 기능 세트는 Java 언어로 작성 된 API를 통해 액세스 가능
• 이러한 API는 핵심 모듈식 시스템 구성 요소/서비스 재활용을 단순화, Android 앱제작에 필요한 빌딩 블록 구성
• 빌딩 블록 종류
  (1) View System(목록, 그리드, 텍스트 상자, 버튼 및 삽입)
  - 가능한 웹 브라우저를 포함하여 앱의 UI를 빌드하는 데 사용 가능, 기능이 풍부하며 확장 가능
  (2) ResourceManager
  - 현지화 된 문자열, 그래픽 및 레이아웃 파일과 같은 코드가 아닌 리소스에 대한 액세스 제공
  (3) NotificationManager
  - 모든 앱이 상태 표시 줄에 사용자 지정 알림을 표시 할 수 있도록 지원
  (4) Activity Manager
  - 앱의 수명 주기를 관리하고 공통 탐색 백스택 제공
  (5) 콘텐츠 제공자 (Content Providers)
  - 앱이 주소록 앱과 같은 다른앱의 데이터에 액세스하거나 자신의 데이터를 공유 할 수 있도록 지원

 

System Apps (시스템 앱)

• Dialer, Email, Calender, Camera ...
• Android는 이메일, SMS메시징, 캘린더, 인터넷 검색, 주소록 등의 주요 앱 세트와 함께 제공
• 플랫폼에 기본적으로 포함된 앱에는 사용자가 따로 설치하는 앱과 구별되는 특별한 게 아님
• 따라서 타사 앱이 사용자의 기본 웹 브라우저, SMS 또는 기본 키보드가 될 수 있음
  (단, 시스템의 설정 앱 등 예외가 적용될 수 있음)
• 시스템 앱은 사용자를 위한 앱으로도 작동하고,
  개발자가 자신의 앱에서 액세스하는 주요 기능을 제공하기 위한 용도로도 작동
• 앱이 SMS메시지를 제공하고자 할 경우 해당 기능을 직접 빌드 X, 이미 설치 된 SMS앱을 호출

 

 

 

플랫폼 버전과 API 레벨

●  안드로이드는 플랫폼 버전과 별개로 API 레벨이 존재
●  API = 개발자에게 안드로이드 플랫폼의 기능을 사용할 수 있게 제공하는 도구
    (API 레벨에 따라서 새로운 기능이 추가되거나 코드 전체를 변경해야 하는 경우도 있음)
    따라서, API 레벨의 변경 사항이 있을 때는 기존 코드를 다시 한번 확인해야 함
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2024.02.25. 기준

●  현재 플랫폼의 최신 버전은 안드로이드 14이지만 실제 사용자가 사용하는 버전은 훨씬 다양함
●  안드로이드 스튜디오에서 새로운 프로젝트를 생성할 때  "Help me choose"링크를 눌러 버전별 점유율을 확인 가능
●  특별한 경우가 아니라면 현재 시점에서 디바이스가 전체의 98% 정도 차지하는 버전 아래의 이전 버전은 고려 X

💡안드로이드는 일년에 한 번 정도 메이저 버전이 업데이트 (= 새로운 버전의 안드로이드 출시)
💡새로운 버전으로 사용자가 옮겨 가는 데는 적어도 몇 년의 시간이 소요됨.
     따라서 항상 최신 버전에 맞춰서 개발할 필요 X

 

 

코틀린(Kotlin)

●   안드로이드 플랫폼의 구조: 리눅스 커널 + 자바 API 프레임워크 결합된 형태
●   과거에 안드로이드 플랫폼에 대한 설명에는 JVM(정확히는 Dalvik VM)이 항상 따라 붙었음
      -> 자바 가상 머신 위에서 앱이 동작했기 때문
●   현재는 이를 대신해 안드로이드 런타임(Android Runtime, ART)을 사용
●   따라서 JVM이 없지만 여전히 가상 머신 위에서 동작한다는 점에서 자바의 동작 구조를 차용하고 있음
●   기존에는 자바가 앱 개발 언어 → 2017년 5월 Google I/O에서 Kotlin을 공식 언어로 채택한 후 코틀린으로 앱을 개발
●   Google은 2019년 Goolge I/O에서 Kotlin 퍼스트를 선언하며 모든 문서에서 Kotlin 코드를 먼저 노출하는 등 좀 더 강력하게 Kotlin을 메인 언어로 지원하고 있음
●   Kotlin은 Jetbrains사가 만든 프로그래밍 언어
●   젯프레인 사에서 만든 가장 유명한 프로그램은 IntelliJ라는 개발 툴 / 이를 기반으로 안드로이드 스튜디오 탄생

 

 

함수형 프로그래밍 언어 코틀린

●   Kotlin은 함수형 프로그래밍을 표방
●   객체지향 프로그래밍과 비교:
객체지향 프로그래밍은 클래스 내부에 있는 함수에서만 로직을 작성하지만,
함수형 프로그래밍은 이런 제한 없이 어디에서나 작성할 수 있음

// [Java Code] - 클래스 내부에서만 로직 작성
class Hello {
    public static void main(String args[]) {
        System.out.print("Hello World");
    }
}

// [Kotlin Code] - 제한 없음
print("Hello World")

 

 

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안드로이드 개발에 있어서 자바와 코틀린의 차이

●    Kotlin으로 코드를 작성하면 자바로 작성했을 때보다는 코드의 양이 훨씬 적어짐
●    간단하게 체크박스를 클릭하면 화면에서 이미지를 숨겼다가 보여주는 코드
      : 아래와 같이 자바 10줄 이상, 코틀린 3줄로 크게 차이가 남

// 자바코드

CheckBox checkBox = findViewById(R.id.check);
ImageView imageView = findViewById(R.id.image);
check.setOnCheckedChangeListener(new CompoundButton.OnCheckedChangeListener() {
    public void onChanged(CompoundButton buttonView, boolean isChecked){
        if (isChecked){
            image.setVisibility(View.VISIBLE);
        } else {
            image.setVisibility(View.GONE);
        }
    }
});


// 코틀린 코드

binding.check.setOnCheckedChangeListener { buttonView, isChecked ->
    binding.image.visibility = if(isChecked) View.VISIBLE else View.GONE
}

 

 

 

 

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2 안드로이드 아키텍처

 

 

소스 코드 작성에서 실행까지

     ●    소스 코드 작성: 코틀린으로 소스 코드를 작성합
     ●    설치 파일 생성: 명령을 통해 안드로이드에서 실행될 수 있는 설치 파일의 형태로 반환
     ●    업로드: 구글 플레이 스토어에 앱을 업로드
     ●    앱 등록: 구글 플레이 스토어에 앱을 등록
     ●    앱 선택 / 설치: 스마트폰으로 구글 플레이 스토어에 접속한 다음 설치할 앱을 선택 / 설치 
     ●    스마트폰에서 실행: 아이콘을 터치해서 앱을 실행

 

 

코드가 스마트폰에서 실행되는 과정

 

1. 빌드(컴파일 + 비밀번호) - 'B.설치 파일 생성' 단계

먼저 소스 코드를 바이트코드로 변환하며,
APK 매니저에서 비밀번호를 가지고 있는 키 스토어와 조합해서 최종 설치 파일을 생성

2. 파일 검증 - 'C.업로드' 단계

단순히 파일을 업로드하는 데서 끝나는 게 아니라 구글 플레이 스토어에서 앱을 검수하는 과정을 거침
이 때 설치 파일이 정상적으로 동작하는지, 보안상의 문제는 없는지 등을 검사

3. 플랫폼 버전 체크 - 'E. 앱 선택' 단계

스마트폰으로 구글 플레이 스토어에 접속하면 스마트폰의 플랫폼 버전을 확인한 다음 설치 가능한 앱의 목록만 노출

4. AOT 컴파일 / 설치 권한 체크 - 'E. 앱 설치' 단계

APK 파일을 설치하면 리눅스에서 실행 가능한 파일로 안드로이드폰 내부에서 한 번 더 컴파일
이 과정을 통해 실행 속도가 빨라지며 사용자에게 기능의 사용권한을 요청

5. JIT 컴파일 / 실행 권한 체크 - 'F. 스마트폰에서 실행' 단계

4번에서 설치할 때는 필요한 파일만 컴파일하고,
첫 번째 앱을 실행할 때 미리 컴파일되지 않은 파일을 호출하면서 리눅스 실행 파일로 컴파일
그리고 권한 중에 '실행 시 권한'이 포함되어 있으면 해당 코드가 동작해서 사용자에게 확인 요청을 함
(JIT 컴파일: 프로그램을 실제 실행하는 시점에 기계어로 번역하는 컴파일 기법)

 

💡 바이트 코드 : 작성한 코틀린 코드를 가상 머신인 안드로이드 런타임에서 이해할 수 있도록 변환한 코드
💡 APK : 안드로이드 패키지(Android Package)의 줄임말로 안드로이드 설치 파일의 확장자명으로 사용됨
                 특정 앱의 APK 파일이 있으면 스마트폰에 수동으로 해당 앱을 설치 가능

 

 

 

빌드(Build)

• 소스 코드를 변환해서 안드로이드의 실행 파일인 APK 파일로 만드는 것
• 소스 코드를 기계어로 변환한 후 라이브러리와 연결해서 실제 실행 파일로 만드는 과정을 일컫는 용어
  안드로이드는 리눅스 커널 기반이므로 리눅스 시스템의 빌드를 이해하는 것이 도움 됨

 

 

 

컴파일(Compile)

• 사람이 읽을 수 있는 형태의 소스 코드를 컴퓨터가 읽을 수 있는 형태의 기계어로 변환해주는 과정
• 컴퓨터는 기계어만 이해하고 동작하는데, 이 기계어의 구조를 사람이 이해하는 것이 어려워 C, 자바, 코틀린과 같은 컴퓨터 언어가 생겨난 것

 

 

 

리눅스에서의 빌드

• 소스 코드를 컴퓨터가 읽을 수 있는 기계어로 번역(컴파일)하고,
  내가 만든 소스 코드에서 사용하는 라이브러리와 연결(Link)해서 최종 실행 파일 형태로 만드는 것

 

 

 

안드로이드에서의 빌드

• 리눅스 컴파일과의 차이점 : 안드로이드에는 리소스(Resource)라는 개념이 존재
• 안드로이드는 컴파일 단계 (1+2단계 = 빌드 = apk파일 생성)

• (1단계) 바이트 코드 단계
  소스 코드, 리소스(이미지 파일, 음악 파일 등), 라이브러리까지 한 번에 컴파일 
  이 때 생성된 파일은 안드로이드 플랫폼에서 인식할 수 있는 바이트코드로 컴파일
  이 파일은 스마트폰에서 바로 실행할 수 없음

 

• (2단계) APK 파일 생성 단계
  1단계에서 생성된 파일을 APK 매니저라는 도구로 개발자가 설정한 패스워드와 조합,
  설치 파일인 APK 파일로 만들어 줌

 

💡 AAB : 안드로이드가 새롭게 제안하는 APK 파일을 대체하는 빌드 파일 형태
구글 플레이 스토어에 AAB 파일 형태로 앱을 등록하면, 사용자가 앱을 다운로드 할 때 사용자의 디바이스에 필요한 모듈만 골라서 APK 파일로 다시 생성. 예를 들어 영어, 일본어, 중국어를 지원하는 앱을 AAB 파일로 등록하면 각 디바이스에 필요한 언어 파일만 모아서 설치 되도록 해줌

 

 

설치와 실행

 

• 안드로이드의 아키텍처는 앱 설치부터 실행 후 종료할 때까지 계속 따라다니면서 관여
• 우리가 설치하는 앱이 가장 상단에 있는 애플리케이션 영역에서 동작하고,
  안드로이드는 중간에 있는 안드로이드 런타임 영역에서 개발자가 만든 앱을 제어
• AOT(Ahead of Time) 구조: 위 그림의 우측 위에서부터 순서대로 앱을 설치하면 설치 파일의 일부가 리눅스 운영체제에서 실행 할 수 있는 파일 형태로 한 번 더(이미 빌드 시에 한 번 컴파일된 상태) 컴파일
• 플랫폼 버전 5.0 롤리팝까지는 이와 같이 모든 파일이 설치 시 컴파일 되는 형태였다가 효율성의 문제로 일부만 컴파일되는 형태로 변경됨
• JIT(Just in Time) 구조: 앱을 실행하면 호출되는 파일 중에서 컴파일 되지 않았던 파일이 한 번 더 컴파일 됨
• 안드로이드는 이렇게 AOT와 JIT라는 2개의 컴파일 형태를 같이 사용함으로써 효율성을 높임

 

 

💡안드로이드가 두 번이나 컴파일을 하는 이유
(1) AOT 컴파일을 하면 설치 시 모두 컴파일 되므로 사용할 때 속도는 빠르지만,
     컴파일된 파일만큼 디스크의 용량을 차지 -> 많은 앱을 설치할 수 없음
(2) 반면에 JIT 컴파일을 하면 호출 시 컴파일 되므로 잠시 성능에 영향을 줄 수는 있지만,
      한 번 컴파일된 이후로는 AOT와 동일한 속도를 내고, 디스크의 용량을 적게 차지
이 두 컴파일 방식은 각기 장단점이 있으므로 안드로이드는 상황에 맞춰서 컴파일을 두 번 함

 

 

 

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3 새롭게 다루는 것들

 

 

젯팩(Jetpack)

• 안드로이드는 모든 버전과 기기에서 일관되게 동작하는 젯팩(Jetpack) 라이브러리를 제공
• 안드로이드 개발자들은 수많은 파편화로 인해 각각의 버전 및 기기별로 여러 버전의 코드를 작성해 옴
• 이런 문제들을 해결하기 위해 젯팩이 개발되었고, 개발자들은 필요한 로직에만 집중할 수 있게 됨

 

 

젯팩을 사용하는 이유

• 하위 버전 호환성
  : 최신 설계 방식을 바탕으로 빌드된 젯팩 라이브러리는 이전 버전과의 호환성 기능이 통합되어 비정상 종료와 메모리 누수를 줄여줌
• 반복되는 코드 제거
  : 개발자가 비즈니스 로직을 작성하는 데 집중할 수 있도록 백그라운드 작업, 수명 주기 관리 등 반복적이고 지루한 코드를 제거
• 낮은 복잡도
  : 모든 버전 및 기기에서 일관된 동작으로 코드의 복잡도를 낮춰 줌

 

 

젯팩 라이브러리

• 젯팩은 약 90개 정도의 라이브러리를 제공
• 입문 단계에서 꼭 필요한 라이브러리
  Collection
  ConstraintLayout
  Fragment
  RecyclerView
  ViewPager2
  Preference
  Room

 

뷰 바인딩(ViewBinding)

• 안드로이드에서 뷰 객체에 접근하기 위해서는 findViewById()를 사용
• 안드로이드는 findViewById를 떨쳐내고(deprecate) 뷰 바인딩을 지원

 

코루틴(Coroutine)

• 실행을 일시 중단하고 재개할 수 있도록 해서 
  비선점형 멀티태스킹을 위한 서브 루틴을 일반화하는 컴퓨터 프로그램 구성 요소
• 백그라운드 처리를 위해 사용되던 스레드(Thread)를 경량화한 것 (cf. 스레드는 선점형 멀티태스킹)
• 동시성 프로그래밍이 가능한 코루틴은 다른 언어에서 이미 사용되고 있는 개념이며, 이를 Kotlin에 도입한 것
• 기존의 스레드는 코루틴을 위해 실행 가능한 공간을 제공하는 역할만 하며,
  하나의 스레드에 여러 개의 코루틴이 존재할 수 있도록 설계
• 2개 이상의 코루틴이 있을 때 프로세스 흐름이 코루틴 1에서 코루틴 2로 변경된다 하더라도
  기존 스레드의 변경에서 발생할 수 있었던 성능 저하는 발생하지 않음