Пишем, собираем и запускаем HelloWorld для Android в блокноте. Java 8 и Android N

Два с половиной года назад я опубликовал статью Пишем, собираем и запускаем HelloWorld для Android в блокноте. Она стала пользоваться огромной популярностью и набрала около 80 000 просмотров. С появлением новых инструментов, таких как Jack ToolChain, возникла необходимость переиздания и обновления статьи.

Когда я начал изучать Android, захотелось полностью написать и скомпилировать Android-приложение вручную — без использования IDE. Однако эта задача оказалась непростой и заняла у меня довольно много времени. Но как оказалось — такой подход принёс большую пользу и прояснил многие тонкости, которые скрывают IDE.

Используя только блокнот, мы напишем совсем маленькое учебное Android-приложение. А затем скомпилируем его, соберём и запустим на устройстве — и всё через командную строку. Заинтересовало? Тогда прошу.

Вступление

Я был поражён, насколько сложным и запутанным является шаблонное приложение в Android Studio. Оно просто нагромождено ресурсами. И в меньшей степени — кодом и скриптами. Хотя всё что оно должно делать — это выводить на экран HelloWorld! Кроме того, в книгах и руководствах, которые я просмотрел, объясняется, как с помощью диалоговых окон создать IDEA-шный или эклипсовый HelloWorld — и от него уже идёт дальнейшее повествование. А что происходит «под капотом» — остаётся только гадать.

Мы создадим свой шаблонный проект, который идеально использовать для учебных целей. Там не будет ничего лишнего, только всё самое необходимое. А потом детально разберём, как его собрать и запустить на вашем Android-устройстве. В конце статьи будет ссылка на скачивание архива с итоговым проектом — если возникнут какие-то вопросы — можете свериться с ним.

Таким образом, вы будете на 100% знать и понимать состав вашего проекта и процесс его сборки. Хотя этот тестовый проект предназначен для обучения, при небольшой доработке его можно будет использовать как прочный фундамент для ваших реальных проектов.

Подготовка

Для начала нам нужно скачать и установить инструменты командной строки (command line tools). Ссылка на их скачивание находится внизу страницы, посвящённой Android Studio (https://developer.android.com/studio/index.html).


Android SDK 24 это как раз Android N (Nougat / 7). Принимаем условия, скачиваем установщик, запускаем его. Оставим всё по умолчанию. Он установится в директорию вида C:\Users\kciray\AppData\Local\Android\android-sdk. Запомните этот путь, там будут находится наши основные инструменты.

Далее, запускаете SDK Manager (из папки android-sdk) и тоже устанавливаете набор по-умолчанию. Там есть всё необходимое, включая новый Jack-компилятор. Также вам понадобится JDK 8.

Главное требование перед прочтением этой статьи — кроме установленного софта вы должны уже уметь запускать на вашем девайсе тот Helloworld, который поставляется вместе с Eclipse или Android Studio. Т.е. у вас должен быть настроен драйвер usb, включена отладка по usb на вашем девайсе и т.д… Или же создан и настроен эмулятор. Это совсем элементарные вещи, и их рассмотрение выходит за рамки данной статьи — в сети достаточно информации. Кстати прочитать пару глав из книг тоже будет не лишним — хотя бы понимать, как устроен манифест, ресурсы, да и вообще основы языка Java. А в этой статье я опишу то, о чём книги молчат.

Написание проекта

Для начала, создайте некоторую папку, где будет ваш проект. Назовём её testapp. В ней создайте ещё 3 папки — bin, res и src.

Создайте в testapp пустой текстовый файл и измените его имя на AndroidManifest.xml.

Добавьте в него следующее:

<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" package="com.example.testapp">
    <uses-sdk android:targetSdkVersion="24" />

    <application android:label="TestApp">
        <activity android:name=".MainActivity">
            <intent-filter>
                <action android:name="android.intent.action.MAIN" />
                <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
            </intent-filter>
        </activity>
    </application>
</manifest>

Тут всё просто. Мы намерены сделать приложение с именем TestApp, которое при старте запускает класс MainActivity. Осталось только написать этот небольшой класс — и приложение готово. Если нужно — отредактируйте в теге uses-sdk свойство android:targetSdkVersion — поставьте ту версию, которая у вас.

Далее — создадим простейший ресурс — строку Hello test app. Вообще-то мы могли обойтись и без ресурса, вставив эту строку прямо в Java код. Но некоторые шаги сборки работают с ресурсами, и чтобы увидеть интересные моменты — мы всё-таки поработаем с ними.

Давайте создадим в папке res папку values. Все ресурсы следует разбивать по папкам. Далее — в ней создадим пустой файл strings.xml, а в нём напишем:

<resources>
    <string name="hello">Hello test app!</string>
</resources>

Вот и все ресурсы, нам необходимые. Просто, не так ли? Далее создадим внутри src папку com, в ней папку example, потом ещё ниже по иерархии папку testapp — а там уже наш класс MainActivity.java. Добавим туда код:

package com.example.testapp;

import android.app.Activity;
import android.app.AlertDialog;
import android.os.Bundle;
import android.widget.Button;
import android.widget.Toast;

public class MainActivity extends Activity {

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        Button button = new Button(this);
        button.setText("Big button");

        button.setOnClickListener(v -> {
            new AlertDialog.Builder(MainActivity.this)
                    .setTitle("From lambda")
                    .setMessage(getString(R.string.hello))
                    .show();
        });
        
        setContentView(button);
    }
}

Это простейшая Activity, которая содержит одну кнопку на весь экран. При нажатии на эту кнопку вызывается диалоговое окно, которое показывает строку из ресурсов. Обратите внимание на лямбду (конструкция v -> {...}). Jack ToolChain позволяет нам использовать многие возможности Java 8 под андроидом. Более подробно можете почитать на developer.android.com и source.android.com.

Структура каталогов должна получится такая

│   AndroidManifest.xml
├───bin
├───res
│   └───values
│           strings.xml
│
└───src
    └───com
        └───example
            └───testapp
                    MainActivity.java

И это собственно всё, что нам было нужно для простейшего проекта. Для сравнения —


Собственно, автоматизация через gradle, работа с git и IDE — вещи очень важные, однако на этапе изучения Android мне бы очень хотелось от них абстрагироваться.

Сборка

Теперь же подходим к самому важному и сложному этапу. Мы будем много работать с командной строкой, поэтому рекомендую вам все команды, данные здесь, записывать в один файл и назвать его Compile.bat. В конце файла после команд можете добавить pause, чтобы был виден результат и ошибки — если таковые возникнут.

Подготовка путей

Первое, что мы сделаем для удобства и краткости — создадим специальные переменные, в которых будем хранить пути. Для начала — определим наши основные директории. Вам нужно заменить пути к JDK и Android SDK на те, которые у вас.

set JAVA_HOME=C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_73
set ANDROID_HOME=C:\Users\kciray\AppData\Local\Android\android-sdk
set DEV_HOME=%CD%

Далее — пути непосредственно к программам. Я рекомендую вам просмотреть каталоги ваших SDK и убедится в том, что всё на месте. Также подкорректировать версии, которые присутствуют в путях.

set JACK_JAR="%ANDROID_HOME%\build-tools\24.0.2\jack.jar"
set AAPT_PATH="%ANDROID_HOME%\build-tools\24.0.2\aapt.exe"
set ANDROID_JAR="%ANDROID_HOME%\platforms\android-24\android.jar"
set ADB="%ANDROID_HOME%\platform-tools\adb.exe"
set JAVAVM="%JAVA_HOME%\bin\java.exe"

Между прочим, в более старых версиях утилита aapt находилась в platform-tools — и я не исключаю что она и\или другие могут слинять куда-нибудь ещё. Так что будьте внимательны. Если вы всё правильно сверите сейчас — то остальная часть статьи должна пройти гладко.

И ещё — в пару переменных забьём наши пакеты и классы. Если заходите их сменить — вам не придётся бегать по коду — все настройки вначале.

set PACKAGE_PATH=com/example/testapp
set PACKAGE=com.example.testapp
set MAIN_CLASS=MainActivity

Подготовка к компиляции

Для начала спрошу — а вы никогда не задумывались, как работает загадочный класс R? Собственно меня он сперва смутил из-за его сверхъестественных возможностей. Как на этапе компиляции можно через поля класса обращаться к XML-файлам в других каталогах? Я предположил, что тут орудует прекомпилятор — так оно и оказалось.

Собственно, есть специальная утилита AAPT — она проходится по каталогам ваших ресурсов и создаёт тот самый R.java. Оказывается, всё очень даже просто — это просто класс, в составе которого другие статические вложенные классы с целочисленными константами. И всё! Он выглядит примерно так:


Теперь давайте создадим его у вас. Для этого используем следующие команды:

call %AAPT_PATH% package -f -m -S %DEV_HOME%\res -J %DEV_HOME%\src -M %DEV_HOME%\AndroidManifest.xml -I %ANDROID_JAR%

Давайте разберёмся, что к чему. AAPT — Android Asset Packaging Tool — буквально «упаковщик андроид-имущества». Его опции:

• package — говорит, что нам нужно именно упаковать ресурсы (а не добавить или удалить)
• -f — перезапись существующего R.java, если таковой имеется
• -m — разместить R.java в надлежащих пакетах, а не в корне указанного в -J пути
• -S — после этой опции мы указываем каталог с ресурсами
• -J — после этой опции мы указываем куда сохранить получившийся R.java
• -I — после этой опции мы указываем путь к подключаемой библиотеке — включаем android.jar

После его выполнения в каталоге src должен появится тот самый файл R.java. Проверьте.

Теперь в нашем проекте нет никакой магии и он полностью синтаксически корректен в рамках Java. А теперь самое интересное. Помните, как классические Java-программы компилируются через javac? Раньше он также входил в последовательность сборки Android-приложений. Мы брали наши исходники (*.java), получали из них байт-код JVM (*.class) и уже потом из него получали байт-код для Dalvic (*.dex). С появлением Jack ToolChain мы сократили нашу последовательность сборки на один шаг. Из исходников (*.java) мы сразу же получаем байт-код для Dalvic (*.dex).

Где же взять Джека? Он находится в папке build-tools в виде jack.jar и запускается как обычный Java-архив.

%JAVAVM% -jar %JACK_JAR% --output-dex "%DEV_HOME%\bin" -cp %ANDROID_JAR% -D jack.java.source.version=1.8 "%DEV_HOME%\src\com\example\testapp\R.java" "%DEV_HOME%\src\com\example\testapp\MainActivity.java" 

Аргументы следующие:

• -jar — Стандартная опция для JVM, указывающая на то, что нужно запустить Java-архив. Не имеет никакого отношения к Джеку
• --output-dex — Папка, в которую нужно поместить итоговый dex-файл. Пускай он будет в bin
• -D jack.java.source.version=1.8 — «D» указывает на то, что мы задаём свойство. jack.java.source.version позволяет нам указать, что мы используем Java 8. Без неё лямбды не будут работать и будут ошибки. Полный список свойств можете посмотреть по команде %JAVAVM% -jar %JACK_JAR% --help-properties
• [Список из *.java — файлов] — Ваши исходники. У нас всего 2 файла — R.java и MainActivity.java

Полный список опций для Джека можете посмотреть по команде %JAVAVM% -jar %JACK_JAR% --help

Убедитесь в том, что в папке bin находится наш classes.dex. Теперь осталось только упаковать его вместе с ресурсами в APK-файл. Сделаем это:

call %AAPT_PATH% package -f -M %DEV_HOME%/AndroidManifest.xml -S %DEV_HOME%/res -I %ANDROID_JAR% -F %DEV_HOME%/bin/AndroidTest.unsigned.apk %DEV_HOME%/bin

Здесь опции аналогичны тем, которые мы использовали при создании R.java:

• package — говорит, что нам нужно именно упаковать ресурсы (а не добавить или удалить)
• -f — перезапись существующего AndroidTest.unsigned.apk, если таковой имеется
• -M — после этой опции мы указываем путь к файлу манифеста
• -S — после этой опции мы указываем каталог с ресурсами
• -I — после этой опции мы указываем путь к подключаемой библиотеке — включаем android.jar
• -F — после этой опции мы указываем куда сохранить получившийся AndroidTest.unsigned.apk
• последний аргумент — путь к папке с dex — файлами

В папке bin теперь должен появится AndroidTest.unsigned.apk. И мы назвали его не просто так! У него нет цифровой подписи. Андроид запрещает устанавливать и запускать приложения без подписи. Но создать её не так-то трудно, как может показаться на первый взгляд

call %JAVA_HOME%/bin/keytool -genkey -validity 10000 -dname "CN=AndroidDebug, O=Android, C=US" -keystore %DEV_HOME%/AndroidTest.keystore -storepass android -keypass android -alias androiddebugkey -keyalg RSA -v -keysize 2048
call %JAVA_HOME%/bin/jarsigner -sigalg SHA1withRSA -digestalg SHA1 -keystore %DEV_HOME%/AndroidTest.keystore -storepass android -keypass android -signedjar %DEV_HOME%/bin/AndroidTest.signed.apk %DEV_HOME%/bin/AndroidTest.unsigned.apk androiddebugkey

Собственно, эти строчки запускают 2 Java-утилиты, которые не имеют никакого отношения к Android SDK — но они необходимы. Первая создаёт файл AndroidTest.keystore (проверьте его наличие), а вторая — этот файл соединяет с AndroidTest.unsigned.apk. Получается файл AndroidTest.signed.apk. Вот такой дикий крафт файлов. Но однажды создав bat-скрипт запускайте его — и он будет делать всё это в автоматическом режиме.

Я думаю, не стоит тратить время на детальный разбор опций этих утилит в пределах данной статьи. Просто нужно уловить суть — они берут AndroidTest.unsigned.apk, подписывают его файлом AndroidTest.keystore и сохраняют в AndroidTest.signed.apk. Если есть желание, можете почитать в документации.

У вас, скорее всего, будет предупреждение "Warning: No -tsa or -tsacert is provided and this jar...", но не обращайте внимание.

Запуск

Теперь, когда мы наконец собрали наш apk-файл — можем его запустить. Подключите по usb ваше устройство, или же запустите эмулятор. А затем выполните

call %ADB% uninstall %PACKAGE%
call %ADB% install %DEV_HOME%/bin/AndroidTest.signed.apk
call %ADB% shell am start %PACKAGE%/%PACKAGE%.%MAIN_CLASS%

Собственно, первая строчка удаляет программку, если она уже там есть. Для повторных запусков пригодится. Вторая — устанавливает APK на ваш девайс или эмулятор. Третья же — запускает. Давайте более подробно разберём её аргументы:

• shell — мы хотим выполнить некоторые команды на нашем девайсе
• am — используем для выполнения команд activity manager
• start — мы хотим запустить некоторое Activity
• имя пакета и полное имя класса (включая пакет), которые мы стартуем

Внимание — во время установки на устройстве может появится диалоговое окно с подтверждением. Если вовремя его не одобрить, то установка произойдёт с ошибкой [INSTALL_FAILED_USER_RESTRICTED]. Также у вас может возникнуть вопрос — зачем делать uninstall/install вместо install -r. Я сделал так для чистоты эксперимента. Скрипт полностью удаляет все продукты своей деятельности и создаёт их с нуля при каждом запуске. Даже ключи. Вы можете использовать install -r, но тогда следует убрать код, который отвечает за пересоздание ключей. Иначе вы столкнётесь с ошибкой [INSTALL_FAILED_UPDATE_INCOMPATIBLE].

Если всё прошло удачно, вы увидите что-то вроде этого:

Заключение

После сборки всех файлов дерево каталогов должно быть примерно таким.

│   AndroidManifest.xml
│   AndroidTest.keystore
│   Clear.bat
│   Compile.bat
│
├───bin
│       AndroidTest.signed.apk
│       AndroidTest.unsigned.apk
│       classes.dex
│
├───res
│   └───values
│           strings.xml
│
└───src
    └───com
        └───example
            └───testapp
                    MainActivity.java
                    R.java

Теперь вы можете наглядно увидеть и понять, как происходит сборка андроид-приложения на более низком уровне. Когда будете использовать IDE — если сборка вдруг пойдёт не так (а такое часто бывает) — сможете вырулить ситуацию как надо. Также обратите внимание на то, что итоговый apk-файл занимает всего около 4 килобайт.

Выкладываю архив проекта. Обратите внимание, что я добавил туда ещё один маленький скрипт — Clear.bat. Он удаляет все созданные при сборке файлы. И поставил его запуск на начало Compile.bat. Также добавил комментарии с помощью Rem — по шагам.

Таким образом, скрипт производит полную очистку и пересборку проекта, включая подпись, а также удаление его на устройстве, установку и запуск.

Мои параметры

ПК

ОC: Windows 10 Pro x64
JDK: 1.8.0_73
Android SDK: 24

Мобильное устройство

Модель: Meizu MX4
Android: 5.1
ОС: Flyme 5.6.8.9 beta