Android作業系統：歷史、架構與演變

資訊科技數位 » recursos » Android作業系統：歷史、架構與演變

Android作業系統已成為全球絕大多數手機的核心。它應用於從入門級手機到高階機型，再到手錶、電視、汽車，甚至我們無法想像的裝置。在這看似簡單的外表下，隱藏著一個擁有悠久歷史、複雜技術架構和不斷壯大的開發者社群的龐大平台。

多年來，Android 發生了翻天覆地的變化：它最初是一個幾乎無人知曉的項目，經歷了以糖果命名的版本，邁向了 Material Design 設計語言，確立了其無可爭議的市場領導者地位，如今正處於一個以人工智能、安全性和與各種聯網設備的集成為標誌的階段。讓我們冷靜而詳細地了解 Android 是什麼，它的內部運作機制，它是如何逐個版本演進的，以及它未來的發展方向。

什麼是安卓作業系統？它的內部運作原理是什麼？

Android 是一款基於 Linux 核心和一系列開源軟體元件的行動作業系統。它主要面向智慧型手機和平板電腦等觸控螢幕設備，但也適用於手錶（Wear OS）、電視（Android TV）、汽車（Android Auto 和 Android Automotive）、物聯網設備以及其他不太常見的設備。

這一切的核心是安卓開源專案（AOSP），這個由Google維護的開源專案是所有安卓版本的基礎。在此基礎上，廠商會加入各自的客製化層，例如三星的One UI、小米的MIUI/HyperOS、OPPO的ColorOS以及華為的EMUI，而社群則會創建諸如LineageOS或GrapheneOS之類的替代ROM。

Android 的架構由多個層組成。最底層是Linux 內核，它負責記憶體管理、進程、安全性、硬體驅動程式和網路協定棧。核心之上是硬體抽象層 (HAL)，它提供了一個統一的接口，用於存取 GPS、攝影機、調製解調器和感測器等組件，應用程式無需關心每個晶片的具體細節。

在硬體抽象層 (HAL) 之上，是提供關鍵功能的原生 C 和 C++ 函式庫：用於圖形介面的 Surface Manager、基於 OpenCore 的媒體引擎、SQLite 資料庫、用於 2D 和 3D 的 OpenGL ES 圖形 API、WebKit 渲染引擎、SSL 函式庫，以及 Android 使用的 C onic 標準函式庫的輕量級實作標準函式庫的輕量級。整個系統包含約12 萬行程式碼，涵蓋 XML、C、Java 和 C++ 等多種語言。

Android 運行時環境運行於這些庫之上。在 Android 4.4.3 及更早版本中，負責執行應用程式的虛擬機器是 Dalvik，採用即時 (JIT) 編譯。從 Android 4.4 開始，引入了 Android Runtime (ART)，並且自 5.0 版本起，ART 成為唯一的運行時環境：它在應用程式安裝時編譯 Java 字節碼（AOT，即預先編譯），以提高效能並降低電池消耗。

頂層由應用程式框架和應用程式本身組成。該框架為開發者提供與系統相同的 API，用於管理通知、視窗、服務、內容、感測器和連接。其設計採用模組化：任何應用程式都可以公開其他應用程式可以重複使用的元件（活動、服務、內容提供者），同時始終遵守安全限制。

Android的主要組成部分和技術特性

用戶主要看到的是預先安裝的應用程式：電話、聯絡人、簡訊、電子郵件、日曆、瀏覽器、地圖、相機、圖庫、時鐘等。所有這些應用程式都是用 Java 或 Kotlin 編寫的（某些部分則透過 NDK 使用 C/C++ 編寫），並打包成 APK 文件，可以從 Google Play 等應用程式商店安裝，也可以手動安裝。

Android 包含一套全面的可重複使用C/C++ 函式庫，支援圖形、音訊、視訊、儲存和網路連線。這些函式庫不僅供系統使用，也透過框架提供給開發者，因此應用程式可以存取例如 SQLite 資料庫或 GPU 圖形加速等功能，而無需關注底層細節。

每個應用程式都在各自獨立的進程中運行，並擁有獨立的虛擬機器實例（舊版本使用 Dalvik，新版本使用 ART）。這種隔離機制，結合權限系統和從 Linux 繼承而來的應用程式級使用者模型，建構了一道安全屏障，防止應用程式在未經明確授權的情況下隨意存取其他應用程式的資料。

在硬體方面，Android 支援多種感測器和周邊：用於拍照和錄影的相機、多點觸控電容螢幕、GPS、加速度計、陀螺儀、磁力計、光線感測器和接近感測器、氣壓計、遊戲手柄，以及 2D 和 3D GPU 加速。所有這些都由核心和 HAL 層管理，並透過框架暴露給使用者。

在連接方面，該平台支援GSM/EDGE、GPRS、CDMA、EV-DO、UMTS、HSDPA、HSPA+、LTE、WiMAX、Wi-Fi、藍牙、NFC 以及更新的技術。它還支援網路共享，即透過 Wi-Fi、USB 或藍牙與其他裝置共享行動數據連線。

多媒體功能非常全面。 Android 可播放WebM、H.263、H.264/MPEG-4 AVC、MPEG-4 SP、AMR、AAC、HE-AAC、MP3、MIDI、Ogg Vorbis、WAV、JPEG、PNG、GIF 和 BMP 等格式的影片。串流媒體方面，它支援 RTP/RTSP、HTML5 漸進式下載，並且可以透過外掛程式或第三方解決方案支援其他協議，例如 RTMP 或 Microsoft Smooth Streaming。

開發環境現在基於官方 IDE Android Studio，它包含模擬器、調試工具、效能分析和程式碼助理。先前，開發主要使用 Eclipse 和 ADT 插件，但整個平台已遷移到 Google 的解決方案，該方案提供直接的 SDK 整合、Gradle 建置工具，並支援 Java、Kotlin 和 C/C++。

Google Play、APK 與應用生態系統

Google Play 是Android 系統的官方應用程式商店。使用者只需關聯 Google 帳戶，即可在此下載免費或付費的應用程式、遊戲、書籍、影片和其他內容。付款方式包括信用卡、PayPal 和禮品卡。 Google 會與開發者分成，開發者大約獲得總收入的 70%。

應用程式以APK（Android Package，安卓軟體包）格式分發，這是一種包含應用程式程式碼、資源、清單檔案和原生程式庫的壓縮檔案。如果用戶允許安裝來自未知來源的應用，任何文件管理器都可以安裝 APK 文件，這也催生了諸如 Amazon Appstore、Aptoide、F-Droid 和 SlideME 等其他應用程式商店的出現。

F-Droid 是個特例：它是一個完全開源的應用程式商店，無論是客戶端還是它分發的應用程式都是如此。這使得它成為那些避免使用專有軟體或希望在安裝任何應用程式之前查看程式碼的用戶的理想選擇。

近年來，Google透過Play Protect加強了 Google Play 的安全控制。 Play Protect 系統會分析已安裝的應用程式和從應用程式商店下載的應用程式，以偵測惡意行為。雖然安卓系統並非完全沒有惡意軟體，但大多數威脅並非來自官方應用程式商店，而是來自信譽可疑的軟體庫。

除了應用之外，該生態系統還包括Google Play 服務等服務。 Google Play 服務是一套元件，Google 會直接從 Play 商店更新這些元件，而無需考慮作業系統版本。由於此策略，許多新功能（例如地圖 API、同步、安全性、使用 Firebase 雲端訊息傳遞的推播通知等）無需進行完整的系統更新即可在舊裝置上使用。

Android發展史：從默默無聞的新創公司到世界領導者

Android公司由安迪·魯賓、里奇·邁納、尼克·西爾斯和克里斯·懷特於2003年10月在加州帕洛阿爾托創立。最初，他們的目標是為數位相機開發一款先進的作業系統，但他們很快就意識到，真正令人興奮的市場在於快速成長的智慧型手機市場。

2005年7月，Google以約5000萬美元的價格收購了Android公司。魯賓和他的團隊隨後加入谷歌，開始著手開發一個靈活、可升級的基於Linux的行動平台，製造商無需支付許可費即可採用。從一開始，他們的目標就是創造一個開源平台，與Symbian、Windows Mobile以及後來的iOS競爭。

2007年11月5日，開放手機聯盟（OHA）成立，該聯盟由德州儀器、博通、英偉達、高通、三星、英特爾、LG、摩托羅拉、Sprint和T-Mobile等硬體、軟體和電信公司組成。 Android 1.0也於同日正式發布，但首批商用手機直到2008年才問世。

第一款對公眾發售的安卓手機是HTC Dream，也稱為 T-Mobile G1，於 2008 年 10 月 22 日發布。它配備了觸控螢幕、滑出式實體鍵盤，並首次推出了一種介面，雖然在今天看來可能很原始，但在當時卻代表著一次徹底的變革。

多年來，Google開始開發自己的Nexus系列設備（Nexus One、Nexus S、Galaxy Nexus、Nexus 4、Nexus 5、Nexus 6、Nexus 7、Nexus 9、Nexus 10），以展示其「純粹」的Android理念。這些機型通常比其他廠商更早獲得新版本，並成為其他廠商的標竿。

同時，傳統廠商也開始採用安卓系統。例如，諾基亞在2014年推出了基於AOSP定製版的諾基亞X、X+和XL，儘管這項嘗試並未持續太久。安卓系統的大規模普及主要來自三星、HTC、LG、索尼，以及後來的華為、小米和OPPO等中國巨頭。

Android 版本和主要新功能

多年來，每個安卓版本都以甜點或糖果作為代號，並按字母順序排列。雖然自安卓10以來，Google公開版本僅使用數字，但內部仍保留著與食物相關的代號。

最初的幾個版本（Android 1.0 Apple Pie 和 1.1 Banana Bread）奠定了平台的基礎。 Cupcake（1.5）引入了虛擬鍵盤和上傳影片到 YouTube 的功能，Donut（1.6）擴展了解析度和網路支持，Eclair（2.0-2.1）帶來了 GPS 導航和多帳戶同步功能。

Froyo (2.2)提升了性能並增加了對 Adob​​e Flash 的支持，而Gingerbread (2.3)則改進了介面，優化了資源消耗，並改進了遊戲和感測器管理。 Honeycomb (3.x) 是專為平板電腦設計的版本，嘗試了專為大螢幕設計的全新介面。

冰淇淋三明治 (4.0)統一了手機和平板電腦的設計，引入了更簡潔現代的外觀。之後，果凍豆 (4.1-4.3)透過「奶油計畫」提升了性能，旨在實現更流暢的動畫效果，並改進了通知系統。

KitKat (4.4)針對記憶體有限的裝置優化了 Android 系統，更突顯了 Google Now 的功能，並增強了語音辨識能力。該版本鞏固了 Android 在低端和中端設備中的地位，進一步擴大了其全球影響力。

2014 年發布的Lollipop（5.0-5.1）引入了 Material Design，這是一種更豐富多彩且風格統一的視覺語言，重新定義了 Android 的外觀。它也標誌著 Android 正式切換到 ART 作為唯一的運行時環境，從而提升了效能和能源效率。

棉花糖（6.0）引入了新的運行時權限系統和Doze模式，該模式透過限制設備閒置時的後台活動來延長電池續航時間。牛軋糖（7.0-7.1）增加了分割畫面支援、改進了通知功能並優化了多視窗支援。

奧利奧（8.0-8.1）在內部架構上是一個轉捩點，這要歸功於Project Treble。 Project Treble是一種模組化架構，它將供應商層（驅動程式和HAL）與系統的其他部分分離，從而方便製造商進行更新。同時推出的還有Android Oreo Go Edition，這是一個輕量級版本，適用於記憶體小於1GB的設備，並加入了畫中畫模式和通知頻道。此外，Google Play Protect的整合度也更高，可以自動掃描已安裝的應用程式以抵禦惡意軟體。

2018 年發布的Android 9.0 (Pie) 系統依靠人工智慧來管理電池續航時間和預測應用程式使用情況。它引入了自適應電池、自適應亮度、應用程式操作等功能，並推出了「數位健康」功能，這是一套用於監控手機使用情況和減少手機依賴性的工具。

Android 10正式放棄了以甜點為主題的命名方式，帶來了系統級暗黑模式、全新的隱私控制、手勢導航，以及對折疊螢幕裝置和 5G 裝置的改進。此外，它還加強了應用隔離和位置控制。

Android 11 的重點在於更好地組織對話（在通知中新增了一個專門的對話版塊）、改進對連網裝置（智慧家庭裝置）的控制，以及完善 Project Mainline（該專案允許透過 Google Play 進行系統更新）。此外，它還新增了「僅限一次」的位置權限，並提供了對 5G、折疊螢幕手機和現代編解碼器（例如動畫 HEIF）的更高級支援。

Android 12於 2021 年底發布，引入了 Material Design，這是一項重大重新設計，它將介面顏色與桌布相匹配。其新功能包括隱私控制面板，可顯示最近訪問過相機、麥克風或位置的應用；新的手勢操作；用於管理分割畫面視窗的應用配對；以及諸如將手機用作數位車鑰匙等功能。

2022 年發布的Android 13改進了自訂功能（自適應圖示、更多主題），優化了媒體播放器，並擴展了數位健康選項。在隱私方面，應用程式現在會要求更精細的權限才能存取每種文件類型（照片、影片、音訊），通知需要明確許可，剪貼簿會在一段時間後自動清除。此外，還增加了對藍牙低功耗音訊的支援。

Android 14於 2023 年 10 月發布穩定版，其重點在於優化效能、進一步改進電池管理以及加強安全和隱私保護功能。它包含更嚴格的權限控制、惡意軟體防護工具，以及與智慧家庭設備和穿戴式裝置更流暢的整合。多工處理功能也得到了改進，並致力於更有效地利用系統資源。

在 Android 14 版本之後，Android 在人工智慧、個人化和安全性方面持續進步。新版本越來越多地融入生成式人工智慧功能、進階通知過濾、詐騙檢測機制以及用於更好地保護資料隱私的工具。

Android 16 與新一波人工智慧功能

在最新的系統版本中，例如Android 16，Google顯然致力於更頻繁的系統更新，首先從自家的 Pixel 裝置開始。此版本整合了智慧通知摘要功能，可以將冗長的對話或複雜的訊息濃縮成簡潔易讀的視圖。

另一個新功能是自動通知整理器，它可以將優先順序較低的提醒（例如促銷訊息、新聞、社群媒體通知）分組並靜音，從而減少干擾，讓用戶專注於真正重要的事情。所有這些都由能夠理解訊息基本上下文的人工智慧模型提供支援。

Android 16 也擴展了介面自訂選項：您可以選擇特定的圖示形狀、套用更多樣的主題，還可以強制將沒有原生深色模式的淺色應用程式介面調暗。其理念是讓每個人都能根據自己的喜好調整手機，而無需安裝太多額外的工具。

在家庭領域，新的家長監護部分可讓您設定螢幕時間限制、安排停用時間、限制使用某些應用程式以及應用其他規則來監控孩子如何使用他們的安卓裝置。

除了這些系統專屬功能外，Google還推出了面向整個安卓生態系統的功能。例如，“通話原因”功能允許您將來電標記為“緊急”，這樣對方在收到來電時就能看到；如果對方沒有接聽，通話記錄中就會顯示為“緊急”。 「表情豐富的字幕」功能可以產生帶有「表情」或「表達」等情緒標籤的字幕，旨在更好地傳達影片和貼文的語氣，即使沒有聲音也能做到。

群組聊天管理功能已改進：如果陌生號碼邀請用戶加入群組，Android 會顯示包含關鍵訊息的提示，方便用戶快速接受邀請、登出或封鎖/檢舉該號碼。在 Chrome 瀏覽器中，固定標籤頁的功能現在與桌面版相同，始終保持可見。

「圈選搜尋」功能已增強，新增了分析可疑資訊的能力：只需圈選內容，AI 產生的摘要即可指出其是否可能為詐騙資訊。在輔助功能方面，TalkBack 的語音聽寫功能得到了改進（例如，在 Gboard 中只需雙指雙擊即可啟動聽寫），並且集成了Gemini，方便用戶使用自然語言命令編寫和編輯文本。

其他改進包括Pixel手機上更高級的引導框功能，它不僅能指示畫面中是否有人臉，還能更詳細地描述相機捕捉到的內容；此外，用戶無需觸碰手機，只需說「嘿 Google，啟動語音助理」即可啟動語音助理。助聽器連接也簡化了，快速配對功能讓Oticon、Sonic和Bernafon等品牌的助聽器配對更加便利。

安卓系統的安全、隱私與批評

作為一個普及且相對開放的平台，Android 一直是研究人員和攻擊者的主要目標。賽門鐵克 2013 年的一項研究指出，儘管 iOS 的漏洞比 Android 更為嚴重，但由於 Android 的普及程度以及用戶可以輕鬆地從外部來源安裝應用程序，其遭受的攻擊數量實際上更高，但這卻是一個悖論。

隨著時間的推移，Google不斷加強安全措施和權限控制：引入了運行時權限、限制後台執行、預設儲存加密、啟動檢查、更嚴格的沙盒機制以及前文提到的 Play Protect 平台。即便如此，用戶仍需承擔很大責任，應避免從可疑來源安裝應用程式。

在隱私方面，安卓系統因其可能與Google和其他廣告生態系統參與者共享大量資料以及其身份驗證機制的處理方式而備受詬病。 2013年和2014年的洩漏事件也顯示，美國國家安全局（NSA）和英國政府通訊總部（GCHQ）等機構已開發出攔截安卓設備資訊的能力，這些資訊包括簡訊、位置、電子郵件、筆記以及來自《憤怒的小鳥》等熱門應用程式的資料。

研究還發現，某些設備在啟用位置設定中的「使用無線網路」選項後會儲存位置訊息，這與iPhone的行為有異曲同工之妙。然而，在安卓系統中，這些資料僅作為快取使用，並在停用該選項後被刪除，並非永久記錄。

另一方面，安卓系統多年來一直飽受碎片化之苦。市面上有成千上萬款機型，它們來自不同的製造商，採用不同的介面、處理器，並獲得不同程度的支援。這意味著許多舊版本仍然可用，並非所有手機都能收到最新的系統更新，安全修補程式的推送也不統一。

谷歌曾試圖讓製造商承諾提供18個月的系統更新，但這項計畫從未有效實施。部分原因在於製造商和晶片供應商不願發布專有驅動程序，導致老舊設備難以運行最新版本的作業系統。

頻繁更新硬體以及不斷發布並非總是針對舊設備進行優化的新版本的理念，導致一些分析師指出，Android 是推動智慧型手機領域計劃報廢的因素之一。

設備、架構和市場份額

雖然我們通常會將 Android 與手機聯繫起來，但該系統已被用於各種各樣的電子設備：筆記型電腦、上網本、平板電腦、搭載 Android TV 的電視、搭載 Wear OS 的手錶、電視接收器、車載資訊娛樂系統（Android Auto和 Android Automotive）、耳機以及許多其他連網裝置。

目前主流的硬體架構是ARM，但也透過 Android-x86 等專案支援 x86 架構，例如 Google TV 就使用了針對 x86 平台適配的版本。這使得 Android 甚至可以在傳統的電腦和測試機上運行。

就普及率而言，Android 多年來一直引領著全球行動作業系統市場。到 2018 年，Android在所有智慧型手機市場的份額已超過 90%，預計到 2024 年，其全球市佔率仍將保持在約 70,1% 的水平，而 iOS 的市佔率僅為 29,2%。在印度（Android 市佔率約 95%）和巴西（超過 80%）等國家，差距甚至更大，而 iOS 則在美國和加拿大等市場佔據主導地位。

目前，全球安卓用戶估計達3,6億，而iOS用戶約1,46億。安卓設備市場的大部分份額由中國製造商佔據，它們合計佔總銷量的55%以上，其中三星和小米是兩大領先品牌。

從版本使用情況來看，截至 2025 年 4 月的數據顯示，Android 14是最普及的版本，約佔總數的 33,4%，其次是 Android 13、12 和 11。較舊的版本，如 10、9 Pie 或 8 Oreo 仍然存在，儘管百分比正在下降，甚至還有 Lollipop 等更古老的系統仍在流通。

就啟動率而言，Android 系統已從2010 年的每天 10 萬台裝置成長到每年數億台。 2013 年，Android 智慧型手機活躍用戶突破 10 億大關，此後，在亞洲製造商的崛起和新產品類別的拓展的推動下，這一數字持續增長。

應用開發和商業模式

Android成功的關鍵之一在於，任何具備基本程式設計技能的人都可以開發應用程式。 Android SDK可以免費下載，工具是跨平台的，而且主要程式語言（Java和Kotlin）被廣泛使用。

除了 Java 和 Kotlin 之外，開發者還可以使用原生開發工具包 (NDK)來編寫部分 C 或 C++ 程式碼，這對於遊戲、圖形引擎或對效能要求極高的任務非常有用。此外，還有初學者的視覺化開發環境，例如 App Inventor；以及基於 Web 技術或 Flutter、React Native 或 Qt 等技術的跨平台框架，這要歸功於 Necessitas 等專案。

這些應用程式以 APK 檔案的形式打包，並上傳到 Play 商店或其他應用程式商店。谷歌會將銷售收入和應用程式內購買收入的 70% 回饋給開發者。這種便利的開發方式和巨大的獲利潛力，催生了一個擁有數百萬個應用的生態系統，幾乎涵蓋了你能想到的所有主題：效率工具、社交網路、銀行、健康、教育、智慧家庭、遊戲等等。

在支付方面，Android 整合了Google Pay（Android Pay 的繼任者），只要裝置具備 NFC 功能且運行 Android 4.4 或更高版本，即可在非接觸式終端上使用行動支付。這項服務與 Apple Pay 或 Samsung Pay 等解決方案競爭，並依賴 Android 龐大的用戶群。

從商業角度來看，Android被認為是現代軟體界最成功的商業模式之一。谷歌並沒有收取系統本身的授權費，而是主要透過廣告、Play商店購買以及相關服務來獲利，這推動了Android系統在各個價位和地區的廣泛普及。

視覺辨識、品牌與設計演變

Android 的標誌最初採用的是 Ascender Corporation 開發的Droid 字體。標誌性的綠色機器人，俗稱“安迪”，由伊琳娜·布洛克設計，已成為科技領域最具辨識度的標誌之一。

該機器人的標誌性顏色是一種特定的綠色，其十六進位代碼為#3DDC84，符合 Android 品牌指南的定義。多年來，這種顏色一直被用於各種宣傳活動、推廣材料和使用者介面中，並根據設計趨勢略作調整。

關於系統字體，Android 一直在不斷發展。在冰淇淋三明治 (Ice Cream Sandwich) 時代， Android 引入了Roboto字體，這種字體旨在提升高解析度螢幕上的可讀性。在棒棒糖 (Lollipop) (5.0) 版本中，Roboto 字體進行了重新設計。 2018 年，隨著 Android 9 Pie 的發布，Google開始在更多介面和品牌元素中使用 Google Sans 字體。

2023 年，該標誌也進行了更新，將“android”小寫改為“Android”，首字母大寫，並且對筆畫進行了細微調整，使其與 Google 產品的整體美學更加協調一致。

同時，該系統的設計語言也從早期版本的 Holo 演變為 Material Design，再到 Material You，使用者自訂顏色和形狀的功能成為核心。此外，用戶還可以更換啟動器、圖標和主題，這項功能深受那些喜歡精細調整手機外觀的用戶的青睞。

這段歷程充分展現了安卓如何從一家小型創業公司的小小實驗發展成為如今佔據主導地位的行動平台，其應用遍及數十億台設備，並支援多種格式。安卓基於Linux的架構、開放的AOSP模式、強大的應用生態系統以及為製造商和用戶提供的靈活性，是其成功的關鍵所在，但同時也帶來了碎片化、安全性和隱私管理等挑戰。隨著人工智慧的日益重要、模組化更新的普及以及控制和客製化工具的不斷增強，安卓的發展方向預示著它將在未來許多年裡繼續成為日常計算的關鍵組成部分。