El gran libro de Android

CAPÍTULO 1.
Visión general y entorno de desarrollo

La telefonía móvil está cambiando la sociedad actual de una forma tan significativa como lo ha hecho Internet. Esta revolución no ha hecho más que empezar; los nuevos terminales ofrecen unas capacidades similares a un ordenador personal, lo que permite que puedan ser utilizados para leer el correo o navegar por Internet. Pero, a diferencia de un ordenador, un teléfono móvil siempre está en el bolsillo del usuario. Esto permite un nuevo abanico de aplicaciones mucho más cercanas al usuario. De hecho, muchos autores coinciden en afirmar que el nuevo ordenador personal del siglo XXI será un terminal móvil.

El lanzamiento de Android como nueva plataforma para el desarrollo de aplicaciones móviles ha causado una gran expectación y ha tenido una importante aceptación tanto por parte de los usuarios como por parte de la industria. En la actualidad se ha convertido en la alternativa dominante frente a otras plataformas como iPhone o Windows Phone.

A lo largo de este capítulo veremos las características de Android que lo hacen diferente de sus competidores. Se explicará también cómo instalar y trabajar con el entorno de desarrollo (Android Studio).

Objetivos:

• Conocer las características de Android, destacando los aspectos que lo hacen diferente de sus competidores.

• Estudiar la arquitectura interna de Android.

• Aprender a instalar y trabajar con el entorno de desarrollo (Android SDK).

• Enumerar las principales versiones de Android y aprender a elegir la más idónea para desarrollar nuestras aplicaciones.

• Crear una primera aplicación y estudiar su estructura de un proyecto en Android.

• Conocer dónde podemos conseguir documentación sobre Android.

• Aprender a utilizar herramientas para detectar errores en el código.

1.1. ¿Qué hace que Android sea especial?

Como hemos comentado, existen muchas plataformas para móviles (Apple iOS, Windows Phone, BlackBerry, Palm, Java Micro Edition, Linux Mobile (LiMo), Firefox OS, etc.); sin embargo, Android presenta una serie de características que lo hacen diferente. Es el primero que combina en una misma solución las siguientes cualidades:

• Plataforma abierta. Es una plataforma de desarrollo libre basada en Linux y de código abierto. Una de sus grandes ventajas es que se puede usar y customizar el sistema sin pagar royalties.

• Adaptable a diversos tipos de hardware. Android no ha sido diseñado exclusivamente para su uso en teléfonos y tabletas. Hoy en día podemos encontrar relojes, gafas, cámaras, TV, sistema para automóviles, electrodomésticos y una gran variedad de sistemas empotrados que se basan en este sistema operativo, lo cual tiene sus evidentes ventajas, pero también va a suponer un esfuerzo adicional para el programador. La aplicación ha de funcionar correctamente en dispositivos con una gran variedad de tipos de entrada, pantalla, memoria, etc. Esta característica contrasta con la estrategia de Apple: en iOS tenemos que desarrollar una aplicación para iPhone y otra diferente para iPad.

• Portabilidad asegurada. Las aplicaciones finales son desarrolladas en Java, lo que nos asegura que podrán ser ejecutadas en cualquier tipo de CPU, tanto presente como futuro. Esto se consigue gracias al concepto de máquina virtual.

• Arquitectura basada en componentes inspirados en Internet. Por ejemplo, el diseño de la interfaz de usuario se hace en XML, lo que permite que una misma aplicación se ejecute en un reloj de pantalla reducida o en un televisor.

• Filosofía de dispositivo siempre conectado a Internet. Muchas aplicaciones solo funcionan si disponemos de una conexión permanente a Internet. Por ejemplo, comunicaciones interpersonales o navegación con mapas.

• Gran cantidad de servicios incorporados. Por ejemplo, localización basada tanto en GPS como en redes, bases de datos con SQL, reconocimiento y síntesis de voz, navegador, multimedia, etc.

• Aceptable nivel de seguridad. Los programas se encuentran aislados unos de otros gracias al concepto de ejecución dentro de una caja, que hereda de Linux. Además, cada aplicación dispone de una serie de permisos que limitan su rango de actuación (servicios de localización, acceso a Internet, etc.). Desde la versión 6.0 el usuario puede conceder o retirar permisos a las aplicaciones en cualquier momento.

• Optimizado para baja potencia y poca memoria. En el diseño de Android se ha tenido en cuenta el hardware específico de los dispositivos móviles. Por ejemplo, Android utiliza la máquina virtual ART (o Dalvik en versiones antiguas). Se trata de una implementación de Google de la máquina virtual Java optimizada para dispositivos móviles.

• Alta calidad de gráficos y sonido. Gráficos vectoriales suavizados, animaciones, gráficos en 3D basados en OpenGL. Incorpora los códecs estándares más comunes de audio y vídeo, incluyendo H.264 (AVC), MP3, AAC, etc.

Como hemos visto, Android combina características muy interesantes. No obstante, la pregunta del millón es: ¿se convertirá Android en el sistema operativo (SO) estándar para dispositivos móviles? Para contestar a esta pregunta habrá que ver la evolución del iPhone de Apple y cuál es la respuesta de Windows con el lanzamiento de su SO para móviles. No obstante, Android ha alcanzado un 85 % de cuota de mercado (90 % en España), cosa que lo deja en una posición predominante que es difícil que pierda a corto plazo.

En conclusión, Android nos ofrece una forma sencilla y novedosa de implementar potentes aplicaciones para diferentes tipos de dispositivos. A lo largo de este texto trataremos de mostrar de la forma más sencilla posible cómo conseguirlo.

1.2. Los orígenes

Google adquiere Android Inc. en el año 2005. Se trataba de una pequeña compañía, recién creada, orientada a la producción de aplicaciones para terminales móviles. Ese mismo año empiezan a trabajar en la creación de una máquina virtual Java optimizada para móviles (Dalvik VM).

En el año 2007 se crea el consorcio Open Handset Alliance¹ con el objetivo de desarrollar estándares abiertos para móviles. Está formado por Google, Intel, Texas Instruments, Motorola, T-Mobile, Samsung, Ericsson, Toshiba, Vodafone, NTT DoCoMo, Sprint Nextel y otros. Uno de los objetivos fundamentales de esta alianza es promover el diseño y la difusión de la plataforma Android. Sus miembros se han comprometido a publicar una parte importante de su propiedad intelectual como código abierto bajo licencia Apache v2.0.

En noviembre de 2007 se lanza una primera versión del Android SDK. Al año siguiente aparece el primer móvil con Android (T-Mobile G1). En octubre, Google libera el código fuente de Android, principalmente bajo licencia de código abierto Apache (licencia GPL v2 para el núcleo). Ese mismo mes se abre Android Market, para la descarga de aplicaciones. En abril de 2009, Google lanza la versión 1.5 del SDK, que incorpora nuevas características como el teclado en pantalla. A finales de 2009 se lanza la versión 2.0 y a lo largo de 2010, las versiones 2.1, 2.2 y 2.3.

Durante el año 2010, Android se consolida como uno de los sistemas operativos para móviles más utilizados, con resultados cercanos a iOS e incluso superando al sistema de Apple en EE.UU.

En el año 2011 se lanza la versión 3.x (Honeycomb), específica para tabletas, y la 4.0 (Ice Cream Sandwich), tanto para móviles como para tabletas. Durante ese año, Android se consolida como la plataforma para móviles más importante y alcanza una cuota de mercado superior al 50 %.

En 2012, Google cambia su estrategia en su tienda de descargas online, reemplazando Android Market por Google Play Store, donde en un solo portal unifica tanto la descarga de aplicaciones como la de contenidos. Ese año aparecen las versiones 4.1 y 4.2 (Jelly Bean). Android mantiene su espectacular crecimiento y alcanza, a finales de año, una cuota de mercado del 70 %.

En 2013 se lanzan las versiones 4.3 y 4.4 (KitKat). En 2014 se lanza la versión 5.0 (Lollipop). A finales de ese año, la cuota de mercado de Android llega al 85 %. En octubre de 2015 ha aparecido la versión 6.0, con el nombre de Marshmallow. En 2016 se lanzó la versión 7.0, Android Nougat. A finales de 2017 aparece la versión 8.0, con nombre Android Oreo. En agosto de 2018 se lanza la versión 9.0, Android Pie. En 2019 se lanza Android 10 y se abandonan así los nombres de dulces.

Vídeo[tutorial]: Introducción a la plataforma Android

Preguntas de repaso: Características y orígenes de Android

1.3. Comparativa con otras plataformas

En este apartado vamos a describir las características de las principales plataformas móviles disponibles en la actualidad. Dado la gran cantidad de datos que se indican, hemos utilizado una tabla para representar la información. De esta forma resulta más sencillo comparar las plataformas.

Tabla 1: Comparativa de las principales plataformas móviles (*Fuente www.statista.com).

Otro aspecto fundamental a la hora de comparar las plataformas móviles es su cuota de mercado. En la siguiente gráfica podemos ver un estudio realizado por la empresa Gartner Group, donde se muestra la evolución del mercado de los sistemas operativos para móviles según el número de terminales vendidos. Podemos destacar la desaparición de la plataforma Symbian de Nokia, el declive continuo de BlackBerry, el estancamiento de la plataforma de Windows, que parece que no despega, y el afianzamiento de la cuota de mercado de Apple en torno al 15 %. En la gráfica se puede apreciar como Apple consigue anualmente un aumento significativo de ventas coincidiendo con el lanzamiento de un nuevo terminal. Finalmente, cabe señalar el espectacular ascenso de la plataforma Android, que en seis años ha alcanzado una cuota de mercado superior al 80 %.

Figura 1: Porcentaje de teléfonos inteligentes vendidos en todo el mundo, hasta el primer trimestre de 2018, según su sistema operativo (fuente: Gartner Group).

Vídeo[tutorial]: Comparativa de las plataformas para móviles

Preguntas de repaso: Plataformas para móviles

1.4. Arquitectura de Android

El siguiente gráfico muestra la arquitectura de Android. Como se puede ver, está formada por cuatro capas. Una de las características más importantes es que todas las capas están basadas en software libre.

Figura 2: Arquitectura de Android.

1.4.1. El núcleo Linux

El núcleo de Android está formado por el sistema operativo Linux, versión 2.6. Esta capa proporciona servicios como la seguridad, el manejo de la memoria, el multiproceso, la pila de protocolos y el soporte de drivers para dispositivos.

Esta capa del modelo actúa como capa de abstracción entre el hardware y el resto de la pila. Por lo tanto, es la única dependiente del hardware.

1.4.2. Runtime de Android

Está basado en el concepto de máquina virtual utilizado en Java. Dadas las limitaciones de los dispositivos donde ha de correr Android (poca memoria y procesador limitado), no fue posible utilizar una máquina virtual Java estándar. Google tomó la decisión de crear una nueva, la máquina virtual Dalvik, que respondiera mejor a estas limitaciones.

Entre las características de la máquina virtual Dalvik que facilitan esta optimización de recursos se encuentra la ejecución de ficheros Dalvik ejecutables (.dex) –formato optimizado para ahorrar memoria–. Además, está basada en registros. Cada aplicación corre en su propio proceso Linux con su propia instancia de la máquina virtual Dalvik. Delega al kernel de Linux algunas funciones como threading y el manejo de la memoria a bajo nivel.

A partir de Android 5.0 se reemplaza Dalvik por ART. Esta nueva máquina virtual consigue reducir el tiempo de ejecución del código Java hasta en un 33 %.

También se incluye en el runtime de Android el módulo Core Libraries, con la mayoría de las librerías disponibles en el lenguaje Java.

1.4.3. Librerías nativas

Incluye un conjunto de librerías en C/C++ usadas en varios componentes de Android. Están compiladas en código nativo del procesador. Muchas de las librerías utilizan proyectos de código abierto. Algunas de estas librerías son:

• System C library: una derivación de la librería BSD de C estándar (libc), adaptada para dispositivos embebidos basados en Linux.

• Media Framework: librería basada en OpenCORE de PacketVideo. Soporta códecs de reproducción y grabación de multitud de formatos de audio y vídeo e imágenes MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG y PNG.

• Surface Manager: maneja el acceso al subsistema de representación gráfica en 2D y 3D.

• WebKit/Chromium: soporta el navegador web utilizado en Android y en la vista WebView. En la versión 4.4, WebKit ha sido reemplazada por Chromium/Blink, que es la base del navegador Chrome de Google.

• SGL: motor de gráficos 2D.

• Librerías 3D: implementación basada en OpenGL ES 1.0 API. Las librerías utilizan el acelerador hardware 3D si está disponible, o el software altamente optimizado de proyección 3D.

• FreeType: fuentes en bitmap y renderizado vectorial.

• SQLite: potente y ligero motor de bases de datos relacionales disponible para todas las aplicaciones.

• SSL: proporciona servicios de encriptación Secure Socket Layer (capa de conexión segura).

1.4.4. Entorno de aplicación

Proporciona una plataforma de desarrollo libre para aplicaciones con gran riqueza e innovaciones (sensores, localización, servicios, barra de notificaciones, etc.).

Esta capa ha sido diseñada para simplificar la reutilización de componentes. Las aplicaciones pueden publicar sus capacidades y otras pueden hacer uso de ellas (sujetas a las restricciones de seguridad). Este mismo mecanismo permite a los usuarios reemplazar componentes.

Los servicios más importantes que incluye son:

• Views: extenso conjunto de vistas (parte visual de los componentes).

• Resource Manager: proporciona acceso a recursos que no son en código.

• Activity Manager: maneja el ciclo de vida de las aplicaciones y proporciona un sistema de navegación entre ellas.

• Notification Manager: permite a las aplicaciones mostrar alertas personalizadas en la barra de estado.

• Content Providers: mecanismo sencillo para acceder a datos de otras aplicaciones (como los contactos).

Una de las mayores fortalezas del entorno de aplicación de Android es que se aprovecha el lenguaje de programación Java. El SDK de Android no acaba de ofrecer para su estándar todo lo disponible del entorno de ejecución Java (JRE), pero es compatible con una fracción muy significativa de este.

1.4.5. Aplicaciones

Este nivel está formado por el conjunto de aplicaciones instaladas en una máquina Android. Todas las aplicaciones han de correr en la máquina virtual ART para garantizar la seguridad del sistema.

Normalmente las aplicaciones Android están escritas en Java o Kotlin. Para desarrollar este tipo de aplicaciones podemos utilizar el Android SDK. Existe otra opción consistente en desarrollar las aplicaciones utilizando C/C++. Para esta opción podemos utilizar el Android NDK (Native Development Kit)².

Vídeo[tutorial]: La arquitectura de Android

Preguntas de repaso: La arquitectura de Android

1.5. Instalación del entorno de desarrollo

Google ha preparado el paquete de software Android SDK, que incorpora todas las herramientas necesarias para el desarrollo de aplicaciones en Android. En él se incluye: conversor de código, depurador, librerías, emuladores, documentación, etc. Todas estas herramientas son accesibles desde la línea de comandos.

No obstante, la mayoría de los desarrolladores prefieren utilizar un IDE (entorno de desarrollo integrado). Un IDE agrupa, en un entorno visual, un editor de código con todas las herramientas de desarrollo. Google recomienda utilizar Android Studio (basado en el IDE IntelliJ IDEA).

1.5.1. Instalación de la máquina virtual Java

Las aplicaciones Android están basadas en Java, por lo que necesitas instalar un software para ejecutar código Java en tu equipo. Este software se conoce como máquina virtual Java, entorno de ejecución Java, Java Runtime Environment (JRE) o Java Virtual Machine (JVM).

Es muy posible que ya tengas instalada la máquina virtual Java en tu equipo. Si es así, puedes pasar directamente a uno de los apartados siguientes. En caso de dudas, puedes pasar también al punto siguiente. Al concluirlo te indicará si la versión de la máquina virtual Java es incorrecta. En caso necesario, regresa a este punto para instalar una que sea adecuada.

Para instalar la máquina virtual Java accede a http://www.java.com/es/download/, descarga e instala el fichero correspondiente a tu sistema operativo.

1.5.2. Instalación de Android Studio

En la edición de Google I/O 2014 se lanzó la primera versión estable de Android Studio. Se trata de un entorno de desarrollo para Android basado en el IDE IntelliJ IDEA. Entre las novedades introducidas destacamos:

• Construcción de proyectos usando la herramienta Gradle.

• Previsualización simultánea de un layout en varios tipos de dispositivos.

• Facilidades para el testeo de código basado en JUnit.

• Integración con herramientas de gestión de versiones (como GitHub).

• Desarrollo en un mismo proyecto de diferentes versiones (como Android Wear, Android TV y Android Auto).

Ejercicio: Instalación de Android Studio

NOTA: Puedes encontrar una descripción más detallada de la instalación en https://developer.android.com/studio/install.html

1. Descarga el paquete correspondiente a tu versión de la siguiente dirección:

http://developer.android.com/sdk/

2. Ejecuta el fichero obtenido en el paso anterior:

3. Selecciona todos los componentes a instalar y pulsa Next.

4. Acepta el contrato de licencia y selecciona las carpetas donde quieres instalar el IDE Android Studio y el SDK. En el resto de ventanas puedes utilizar las opciones por defecto. En la última ventana indica que quieres arrancar Android Studio.

5. Primero te preguntará si quieres importar la configuración desde una instalación anterior. Luego verificará si hay actualizaciones del SDK.

6. Tras pulsar en Finish pasamos a la ventana de bienvenida:

7. Comienza pulsando en Configure. Aparecerán varias opciones, selecciona SDK Manager. Esta herramienta es de gran utilidad para verificar si existen actualizaciones del SDK o nuevas versiones de la plataforma. Podrás acceder a ella desde la ventana principal de Android Studio pulsando en el botón SDK Manager:

8. Al entrar en el SDK Manager te muestra los paquetes instalados y los que puedes instalar o actualizar:

En la lengüeta SDK Plataforms se muestran los paquetes de plataforma. Pulsa en Show Package Details para ver los diferentes paquetes. Siempre es conveniente que tengas instalados los siguientes paquetes de la última plataforma disponible:

• Android SDK Platform X (donde X es la última versión disponible)

• Sources for Android X (no es imprescindible)

• Google APIs … System Image (para crear emuladores con Google APIs)

• Google Play … System Image (para crear emuladores con Google APIs + Google Play)

En la lengüeta SDK Tools se muestran paquetes con herramientas de la plataforma. Siempre es conveniente que tengas actualizados los siguientes paquetes:

• Android SDK Build-Tools

• Android SDK Platform-tools

• Android SDK Tools

• Google Play services

• Support Repository

Recursos adicionales: Teclas de acceso rápido en Android Studio

Alt-Intro: Solución rápida (Ej. añade imports de las clases no resueltas).

Shift-F10 (Ctrl-R en Mac): Ejecuta el proyecto.

Shift-F9 (Ctrl-D en Mac): Depura el proyecto.

Shift-F6: Cambia el nombre de un identificador.

Ctrl-Alt-L (Option-Cmd-L en Mac): Formatea automáticamente el código.

Ctrl-Q (F1 en Mac): Muestra documentación del código.

Ctrl-P: Muestra parámetros del método seleccionado.

F4 (Cmd-↓ en Mac): Salta a declaración.

Ctrl-Y (Cmd-Espacio en Mac): Borra línea.

Alt-Insert (Cmd-N en Mac): Inserta método.

Enlaces de interés: Conoce Android Studio

https://developer.android.com/studio/intro/index.html?hl=es-419

Preguntas de repaso: Instalación y entorno de desarrollo