Leseprobe-Android by Elektor

Stefan Schwark

Apps programmieren – Schritt für Schritt Smartphones und Tablet-Computer mit dem Betriebssystem Android finden immer weitere Verbreitung. Die Anzahl der Anwendungsprogramme – die sogenannten Applikationen oder kurz Apps – mit denen sich die Geräte individuell an die Vorlieben und Wünsche ihrer Benutzer anpassen lassen, steigt täglich an. Die ständig besser werdende technische Ausstattung der Geräte erlaubt inzwischen Anwendungen, die vor wenigen Jahren nur Desktop-Computern oder spezieller Hardware vorbehalten waren. Mittlerweile kann jedes Smartphone seine Position bestimmen, Videos aufnehmen und vieles andere. Man ist bei der Individualisierung seines Smartphones aber nicht auf fix und fertige Applikationen beschränkt. Es ist einfacher als man denkt, Android-Geräte selber zu programmieren und eigene Apps zu schreiben. Dieses Buch bietet eine Einführung in die Programmierung von Apps auf Android-Geräten. Es erklärt leicht nachvollziehbar die Funktionsweise des Android-Systems und Schritt für Schritt die Programmierung von Applikationen. Anhand vieler Beispiele werden die verschiedensten Anwendungsmöglichkeiten gezeigt. Das reicht von einfachen Rechenprogrammen über die Abfrage von Sensoren und GPSDaten bis zur Programmierung von Applikationen für die Internet-Kommunikation. Neben der Erstellung von Applikationen in der Programmiersprache JAVA wird auch gezeigt, wie Apps mit Hilfe von Javascript oder PHP-Skripten programmiert werden können.

Android Apps programmieren – Schritt für Schritt

Stefan Schwark

Android

Android-Apps programmieren – Schritt für Schritt

Stefan Schwark

ISBN 978-3-89576-252-9

Elektor-Verlag GmbH 52072 Aachen www.elektor.de Cover_Android_rz.indd 1

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Stefan Schwark

Android-Apps

Elektor-Verlag, Aachen

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Für meine Eltern

© 2012: Elektor Verlag GmbH, Aachen. 2. Auflage 2012 Alle Rechte vorbehalten. Die in diesem Buch veröffentlichten Beiträge, insbesondere alle Aufsätze und Artikel sowie alle Entwürfe, Pläne, Zeichnungen und Illustrationen sind urheberrechtlich geschützt. Ihre auch auszugsweise Vervielfältigung und Verbreitung ist grundsätzlich nur mit vorheriger schriftlicher Zustimmung des Herausgebers gestattet. Die Informationen im vorliegenden Buch werden ohne Rücksicht auf einen eventuellen Patentschutz veröffentlicht. Die in diesem Buch erwähnten Soft- und Hardwarebezeichnungen können auch dann eingetragene Warenzeichen sein, wenn darauf nicht besonders hingewiesen wird. Sie gehören dem jeweiligen Warenzeicheninhaber und unterliegen gesetzlichen Bestimmungen. Bei der Zusammenstellung von Texten und Abbildungen wurde mit größter Sorgfalt vorgegangen. Trotzdem können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag, Herausgeber und Autor können für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen. Für die Mitteilung eventueller Fehler sind Verlag und Autor dankbar. Korrektorat: Ute Marion Poeppel, Bonn Umschlaggestaltung: Etcetera, Aachen Satz und Aufmachung: InterMedia – Lemke e. K., Ratingen Druck: WILCO, Amersfoort (NL) Printed in the Netherlands ISBN 978-3-89576-252-9 Elektor-Verlag GmbH, Aachen www.elektor.de 119014-1/D

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Inhaltsverzeichnis Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Über den Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Einführung in das Android-System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Android und Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Open Source-Projekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Portierungen auf Endgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 9 11 13 15

Die Eclipse Entwicklungsumgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Die benötigte Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Android Virtual Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Grundlagen der Android Programmabarbeitung . . . . . . . . . . . . . 3.1 Komponenten des Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Die Android-Manifest-Datei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Die Android-API-Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Die Android-Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Das Android-User Interface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Views und ViewGroups. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Layout-Dateien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Layouts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Android und JAVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 JAVA-Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Android-Pakete. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Datentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Sichtbarkeit von Variablen und Methoden . . . . . . . . . . .

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Einfache Android Applikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Ein erstes App . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Ein einfaches Rechenprogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Auswahllisten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Eine Stoppuhr als Android-App . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Timer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6 Benachrichtigungen anzeigen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Inhaltsverzeichnis 6.7 Dateien lesen und schreiben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 6.8 SMS versenden und empfangen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 7.

Die Abfrage und Darstellung von Umweltdaten . . . . . . . . . . . . . . 7.1 Geo-Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Zeichnen auf dem Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Ein GPS-Tool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4 GPS-Tracks speichern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5 Die Abfrage von Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6 Widgets f端r das Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Medienwiedergabe auf dem Smartphone . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 Eingebettete Sounddateien wiedergeben . . . . . . . . . . . . 8.2 Frequenzen ausgeben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Sounddateien aufnehmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Apps f端r Webanwendungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1 Das Anzeigen von Webseiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Die Wiedergabe von Internet Videos . . . . . . . . . . . . . . . 9.3 Web Apps in Javascript und HTML . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4 Eine App f端r Wikis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5 Datenbankabfragen 端ber HTTP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.6 Socket-Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

201 201 207 209 211 216 226

10. Android und Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 10.1 Rechte und Benutzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 10.2 Linux Kommandozeilenbefehle. . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Nachwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Anhang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Javascript-Quellcodebeispiel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Android-Manifest-Datei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quellenverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Abbildungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quellcode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Webadressen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

241 242 251 252 252 252 252

Stichwortverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

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Vorwort Smartphones sind heutzutage ein normaler Begleiter im Alltag geworden. Nur wenige Jahre nach der Markteinführung sieht man überall Menschen, die über die Displays ihrer Telefone streichen. Doch was hat so ein Smartphone an sich, dass so viele Leute ein solches Gerät besitzen möchten. Wahrscheinlich hätten sich diese leistungsstarken Telefone ohne die Entstehung der sozialen Netzwerke und der vielen sogenannten Web 2.0-Anwendungen niemals so stark verbreitet. Aber diese kleinen tragbaren Computer mit Telefonfunktion sind zu viel mehr in der Lage, als nur die neuesten Nachrichten zu twittern oder über Facebook mit Freunden zu chatten. Die äußerst leistungsstarke Hardware, die in einem Smartphone enthalten ist, kann bei richtiger Programmierung erstaunliche Dinge vollbringen. Auch lassen sich sehr einfach Programme für die verschiedensten Anwendungen schreiben, sei es ein Rechenprogramm oder eine Applikation für den Internetzugriff. Das Android-System ist erstaunlich vielseitig und mächtig, so dass wenige Zeilen für ein Programm ausreichen. Hat man erst einmal die Programmierumgebung installiert und die ersten Programme geschrieben, so wird man feststellen das es im Alltag genug Problemstellungen gibt, für die es doch sehr praktisch wäre, wenn es ein Programm für das Mobiltelefon geben würde. Was spricht also dagegen, sich mal eben eine passende App zu programmieren. Für solche Fälle wurde das vorliegende Buch geschrieben. Die hier gezeigten Beispiele führen in die verschiedenen Besonderheiten des AndroidFramework ein. Anhand einfach gehaltener Programme wird hier gezeigt, wie die grundlegenden Android-Objekte funktionieren und wie sie programmiert werden. Die Bandbreite der Anwendungen reicht dabei von ganz einfachen Rechenprogrammen, über praktische Anwendungen wie Zeitmesser, bis zu Programmen, welche die Sensoren des Telefons abfragen und die gemessenen Werte darstellen. Auch die Erstellung von Web-Applikationen, welche mit Skript-Sprachen wie Javascript erstellt werden können, wird behandelt und an Beispielen dargestellt. 7

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Über den Autor Für die Hilfe und Unterstützung bei der Erstellung dieses Buches möchte ich mich bei meiner Lebensgefährtin und meinem Sohn sehr herzlich bedanken und wünsche dem Leser viel Freude beim Lesen und Programmieren. Würselen im Januar 2012

Über den Autor Stefan Schwark wurde 1967 in Aachen geboren und ist staatlich geprüfter Elektrotechniker. Nach dem Abschluss seiner Ausbildung zum Informationselektroniker studierte er einige Semester Elektrotechnik an der Fachhochschule in Aachen. Anschließend arbeitete er mehrere Jahre als Hardwareentwickler und Programmierer bevor er sich im Jahre 2005 selbständig machte. Zu dieser Zeit begann er sich mit der Programmierung von Mobiltelefonen zu beschäftigen und veröffentlichte 2007 das Buch »JAVA ME fürs Handy«. Momentan arbeitet er als Programmierer für die Steuerung und Visualisierung von Brennstoffzellensystemen.

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1. Einführung in das Android-System 1.1 Entwicklung Ursprünglich war Android ein Betriebssystem für Mobiltelefone. Die Entwicklung von Android beginnt im Jahr 2003. In diesem Jahr wurde die Firma Android Inc. gegründet. Die Firma war ein Start Up-Unternehmen, das sich mit der Entwicklung von Software für Mobiltelefone befasste. Über die eigentlichen Entwicklungen ist wenig bekannt. Android Inc. Mitbegründer Jeff Rubin, heute ›Director of mobile Platforms‹ bei Google, erklärte 2003 in einem Interview mit der Zeitschrift ›Business Week‹, dass man sich mit der Entwicklung von Mobiltelefonen befasst, die Informationen zum Standort des Benutzers erfassen könnten. Veröffentlichungen gab es jedoch keine. Die Webseite der Firma zeigte in dieser Zeit einige sehr kuriose Sachen, wie Comics oder private Empfehlungen, gab jedoch keinerlei Informationen über Entwicklungen oder Unternehmenszweck an. Trotzdem wurde Android Inc. 2005 von Google erworben. Dies geschah zu einem Zeitpunkt, als Google mehrere kleine Start Up-Unternehmen aufkaufte. Da zu diesem Zeitpunkt die Firma Apple das iPhone bereits entwickelte, welches Anfang 2007 auf den Markt kam, gab es schon bald Gerüchte über das sogenannte gPhone. Also ein von Google entwickeltes Mobiltelefon. Nahrung bekamen diese Gerüchte, als Gespräche zwischen großen Mobiltelefon-Herstellern und Google bekannt wurden. Google dementierte zwar, aber das Gerücht hielt sich nachhaltig. Bis zum 5. November 2007, als Google erklärte, man würde kein Mobiltelefon entwickeln, sondern ein Betriebssystem. Die Gespräche mit den anderen Firmen hatten den Zweck die Open Handset Alliance zu gründen. Diese ist ein Zusammenschluss mehrerer großer Unternehmen aus der Mobilfunk Branche. Neben Herstellern von Telefonen wie LG, Samsung und HTC, finden sich hier ebenso Hersteller der benötigten Chips und auch Provider und Netzanbieter wie z. B. T-Mobile. Die Entwicklung von Android lag von nun an in der Hand dieser Vereinigung. Android stammt also nicht nur von Google, obwohl die Firma eine treibende Kraft ist, sondern ist ein freies und quell-offenes Betriebssystem, welches unter der Apache-Lizenz von der Open Handset Alliance veröffentlicht wird. Nachdem man die Entwicklung der Öffentlichkeit angekündigt hatte, ging es recht schnell vorwärts. Bereits eine Woche später wurde die erste Ver9

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1. Einführung in das Android-System sion des Software Development Kits (= SDK) veröffentlicht. Kurze Zeit danach stellten die ersten Chiphersteller schon die ersten Chipsets vor, die einen ersten Ausblick auf die Fähigkeiten des kommenden Systems ermöglichten. Die grundlegende Idee bestand darin, das Betriebssystem zusammenbauen zu können, indem man einzelne Komponenten einfach kombiniert. Was sich zunächst einfach anhört, war damals jedoch nicht üblich. Die Telefonhersteller hatten alle eigene Versionen von Betriebssystemen und eine Erweiterung war zunächst aufwendig und musste immer für die passende Hardware erstellt werden. Mit Android konnten dann auch Module von anderen Herstellern integriert werden, was die Entwicklung vereinfachte. Android ist nicht nur ein Betriebssystem. Android ist eine Sammlung von mehreren Komponenten, die erforderlich sind, um eine bestimmte Funktionalität zu erlangen. So etwas nennt man dann ›Software Stack‹. Ein solcher Software Stack beinhaltet verschiedene Teile, die die verschiedenen Aufgaben übernehmen, die benötigt werden, um eine Anwendung vollständig zu realisieren. Das ist dann nicht nur das Betriebssystem, sondern auch verschiedene Schichten darüber. Im Falle von Android besteht der Software Stack aus dem Betriebssystem, der sogenannten Middleware und einigen Programmen, welche die wichtigsten Funktionen bereitstellen. Basis des Betriebssystems ist ein Linux 2.6 Kernel. Der Kernel kümmert sich um die Kommunikation mit der eigentlichen Hardware. Er sorgt für die Verwaltung des Arbeitsspeichers und der ablaufenden Prozesse. Der Kernel stellt hier eine Hardware-Abstraktionsschicht dar. Das heißt, er besitzt logische Schnittstellen, über die er mit der nächsthöheren Schicht kommuniziert. Das hat den Vorteil, dass der Kernel der einzige Teil des Systems ist, der von der verwendeten Hardware abhängig ist. Diese Architektur macht es möglich, das Android-Betriebssystem für viele verschiedene Geräte zu portieren. So gibt es mittlerweile Android für verschiedenste Mobiltelefone und TabletComputer, als PC-Version für X86 Prozessoren und für zahlreiche andere Plattformen bis hin zu eingebetteten Systemen. Über der Kernelschicht steht dann die Middleware. Hierbei handelt es sich um eine Sammlung von Software, die die Verbindung zwischen der Applikation und dem Kernel regelt. Der wichtigste Teil ist die, von dem GoogleMitarbeiter Dan Bornstein entwickelte Dalvik-Maschine. Diese virtuelle Maschine stellt die JAVA-Laufzeitumgebung dar. Der Name Dalvik wurde von 10

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1.2 Android und Linux

Bornstein nach einer Stadt in Island gewählt, in der einige seiner Vorfahren lebten. Die Dalvik-Maschine selbst, ist für die Ausführung des JAVA-Codes zuständig. Im Unterschied zu der normalen JAVA-Maschine ist die DalvikMaschine anders konzipiert. Der Unterschied liegt im zugrunde liegenden theoretischen Konstrukt. Bei der normalen JAVA-Virtual-Maschine handelt es sich um einen Kellerautomaten, während die Dalvik-Maschine als Registermaschine ausgeführt ist. Da das Modell der Dalvik-Maschine besser an moderne Prozessoren, wie den für Mobiltelefone sehr häufig verwendeten ARM-Mikroprozessor angepasst ist, arbeitet es hier wesentlich ressourcensparender. Das ist ein wesentlicher Punkt, da Android für jeden Prozess eine neue Maschine startet. Da die Ressourcen eines Mobiltelefons jedoch eher begrenzt sind, muss die Dalvik-Maschine sich mit wesentlich weniger zufrieden geben als eine Virtual-Machine auf einem PC. Die Dalvik-Maschine ist auch wieder ein eigenes Open Source-Projekt und auch unter der ApacheLizenz veröffentlicht. Zur Dalvik-Maschine gibt es auch ein eigenes Software Development Kit, welches auf der Projektwebseite erhältlich ist.

1.2 Android und Linux Da Android zu einem großen Teil auf Linux basiert, könnte man sagen: Android ist Linux. Das wäre aber nur zu einem Teil richtig. Android besteht zwar aus einem Linux-Kern, aber der Rest des Systems hat zunächst einmal nichts mit dem Betriebssystem zu tun. Trotzdem ist es ratsam einen Blick auf diesen Unterbau zu werfen, da hier einige Gründe für bestimmte Verhaltensweisen des Android-Systems liegen. Auch wer mit Linux bisher noch nie etwas zu tun hatte, kennt dieses Betriebssystem aus den diversen Veröffentlichungen und Beilagen in den Computerzeitschriften. Hierbei handelt es sich jedoch um Linux-Distributionen, welche eine Zusammenstellung des eigentlichen Systems mit diversen Programmen und Anwendungen darstellten. Der Kern des Systems ist wesentlich kleiner. Grundsätzlich besteht Linux nur aus einem Kernel mit diversen Treibern bzw. Modulen. Selbst die darauf aufsetzende Shell, die nur eine einfache Kommandozeile zur Verfügung stellt, hat mit dem eigentlichen Linux-System schon nichts mehr zu tun, sondern stellt in der Regel ein eigenes Projekt dar. Es besteht deswegen auch die Möglichkeit, diese Programme auszutauschen und den eigentlichen Bedürfnissen anzupassen. Deswegen basieren viele Geräte 11

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1. Einf端hrung in das Android-System

Bild 1: Das Android-Framework 12

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1.3 Open Source-Projekte

für den heimischen Gebrauch, wie Router oder Netzwerkfestplatten aus kleinen Linux-Systemen mit einer minimalen Kommandoshell und den für den Betrieb nötigen Programmen. Für viele dieser Systeme gibt es daher auch andere Firmware Images, die auf Linux-Projekten wie z. B. OpenWRT basieren. Oft ist es aber auch möglich, komplette Debian-Linux-Installationen auf solchen Geräten unterzubringen. So entsteht dann aus der ausgedienten USB-Dockingstation z. B. eine IP-Webcam. Es gibt im Internet mittlerweile eine ganze Reihe solcher Projekte. Zu diesen gehören auch die zahlreichen Portierungen, welche es ermöglichen, Android auch auf nicht dafür bestimmten Geräten zu installieren. Da eine solche Portierung jedoch eine sehr genaue Kenntnis des zugrunde liegenden Systems voraussetzt, würde das Thema den Rahmen dieses Buches sprengen. Trotzdem ist es ratsam, sich etwas mit diesem Betriebssystem und seinen Eigenheiten, wie der Benutzerverwaltung und der grundsätzlichen Bedienung, vertraut zu machen. Es besteht nämlich durchaus die Möglichkeit, von einer Android-Applikation aus, auf das Linux-System zuzugreifen und dort auch Befehle auszuführen. Ebenso wie Linux kennt Android einen Root User, welcher auf dem System uneingeschränkten Zugriff hat. Aus diesem Grund existieren auch zahlreiche Anleitungen und Apps im Android-Market, die es erlauben unter "diesem Benutzer" auf dem Smartphone zu arbeiten. Nur unter "diesem Benutzer" ist es z. B. möglich, bestimmte Einstellungen des Gerätes zu verändern. Wenn man also z. B. die Taktfrequenz seines Smartphone erhöhen will, dann geht das nur, wenn man die Rechte des Root Users hat.

1.3 Open Source-Projekte Nicht jede Applikation muss neu geschrieben werden. Viele Anwendungen sind so komplex, dass es keinen Sinn machen würde, sich alleine zu Hause hinzusetzen und mit einem enormen Zeitaufwand das Rad neu zu erfinden. Stattdessen spart einem der Blick ins Internet oft eine Menge Zeit. Zumindest gibt es jedoch einen guten Überblick darüber, was bereits realisiert wurde. Es ist außerdem immer gut, sich anzusehen, wie ein Problem von anderen gelöst wurde. Ein Beispiel für ein solches Open Source-Projekt stellt ›gmote‹ dar. Wie für Android üblich unter der Apache-Lizenz veröffentlicht, ist ›gmote‹ eine 13

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1. Einführung in das Android-System Applikation, welche die Fernsteuerung des Rechners über das AndroidSmartphone ermöglicht. Open Source-Projekte werden in der Regel auf einer Projektwebseite veröffentlicht. Hier gibt es alle zum Projekt relevanten Informationen, soweit die Projektbetreuer sie veröffentlicht haben. Zunächst einmal kann man hier immer die Lizenz finden, unter der das Projekt veröffentlicht ist. Diese sollte man sich durchlesen, falls man z. B. eine kommerzielle Nutzung vorhat oder an dem Projekt mitarbeiten möchte. Eine Dokumentation des Projektes ist in der Regel auch immer auf der Webseite zu finden. Oftmals ergänzt durch ein Wiki oder ein Forum in dem Fragen gestellt werden können. Manche Projekte bieten auch Unterstützung durch IRC-Channels, in denen den Entwicklern direkt Fragen gestellt werden können. Die Projekte werden dann meistens in der Form von Source Code veröffentlicht. Entweder als Archiv zum Herunterladen oder auch innerhalb eines Revision Control Systems, bei dem der Quellcode über einen Client für dieses System ausgelesen werden kann. Das am meisten verwendete System ist die Software ›Apache Subversion‹. Es gibt für dieses System ClientSoftware für jedes Betriebssystem und es kann in mehrere Entwicklungsumgebungen und Editoren integriert werden. Hat man das passende Projekt gefunden, kann man sich den Quellcode herunterladen und diesen selber in seiner eigenen Entwicklungsumgebung bearbeiten. Oftmals kann die Software schon fast alles, was man zu programmieren vorhatte. So fehlen nur ein paar Punkte, um die gewünschte Applikation für das eigene Problem zu bekommen. Diese kann man jetzt selber schreiben und den Quellcode erweitern. Bevor man nun aber dieses Programm stolz auf seiner Webseite präsentiert oder gar versucht im Android-Market zu verkaufen, gilt es daran zu denken, das dies keine Software ist, die man selber geschrieben hat. Wenn die Lizenzbedingungen eine kommerzielle Nutzung ausschließen, dann kann man es nicht verkaufen. Ebenso gehört zu einer Veröffentlichung immer der Hinweis auf das zugrunde liegende Projekt. Man kann natürlich auch einfach an dem Projekt mitarbeiten und seine Erweiterungen so der Allgemeinheit zur Verfügung stellen. Der Nächste wird davon profitieren.

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1.4 Portierungen auf Endgeräte

1.4 Portierungen auf Endgeräte Android ist auf viele Endgeräte portierbar. Die Quelloffenheit des Betriebssystems ermöglicht es, das System sogar an Geräte anzupassen, für die keine Originalversion des Herstellers zu finden ist. So gibt es mittlerweile mehrere Portierungen für Android-fremde Mobiltelefone im Internet. Auch für den Einsatz auf Tablet-PCs ist Android verfügbar. Portierungen sind hier u. a. für ASUS eepC zu finden. Obwohl Android ursprünglich für den Einsatz auf Mobiltelefonen gedacht war, interessiert sich mittlerweile auch die Industrie für den Einsatz des Betriebssystems. Zur Zeit existieren schon mehrere Firmen die Android für Steuerungs- und Visualisierungsaufgaben einsetzen. Hier wird dann der zugrunde liegende Linux-Kernel an das Zielsystem, meistens ein Embedded System für den Einsatz in der Industrie, angepasst. Im Prinzip lässt sich das ohne viel Hardwareaufwand auch zu Hause realisieren, da es auch preisgünstige Embedded Linux-Systeme auf dem Markt gibt. Ein Beispiel hierfür ist das weit verbreitete Beagleboard, welches im Hobbybereich sehr beliebt ist und für das bereits Portierungen existieren. Die Menge der im Internet veröffentlichten Anwendungen und Portierungen steigt ständig, so dass es den Rahmen eines Buches sprengen würde, diese auch nur annähernd darzustellen. Prinzipiell eignet sich jedes System, welches über die Möglichkeit verfügt, ein Display anzuschließen und auf dem eine Linux-Variante installiert werden kann. Es lassen sich zwar auch Anwendungen realisieren, die das User Interface nicht benutzen, aber da stellt sich die Frage nach dem Sinn des Einsatzes eines Android-Framework.

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2. Die Eclipse-Entwicklungsumgebung 2.1 Die benötigte Software Schauen wir uns nun einmal an, wie so eine App aufgebaut ist und wie sie programmiert wird. Hierzu benutzen wir die freie Entwicklungsumgebung Eclipse, welche für alle Plattformen verfügbar ist. Zusätzlich zu der Entwicklungsumgebung benötigen wir noch ein aktuelles JAVA-Runtime Environment, da Eclipse ohne dieses Environment nicht ausgeführt werden kann. Um die einzelnen Schritte darzulegen, gehen wir von einem frisch installierten Betriebssystem aus. Als erstes installieren wir das JAVA-Development Kit (= JDK), vorzugsweise in der aktuellen Version, welches von der Webseite der Firma Oracle heruntergeladen werden kann. In diesem Development Kit ist das für die Eclipse-IDE (= Integrated Development Environment) benötigte JAVA-Runtime Environment bereits enthalten, so dass es nicht extra installiert werden muss. Die Installation sollte problemlos verlaufen, da die einzigen Sachen die hier beachtet werden müssen, die eventuell nicht gewünschte Toolbar für den Internet Browser oder die manchmal unbeliebte automatische Update-Funktion ist. Beide Optionen können im Verlauf des Installationsprozesses abgewählt werden. Nachdem das Runtime Environment installiert wurde, kann nun die eigentliche Entwicklungsumgebung installiert werden. Diese kann von der Website des Eclipse-Projektes heruntergeladen werden. In unserem Fall ist die Classic-Version eine gute Wahl, da sie alles enthält, was für die Entwicklung benötigt wird. Auch hier sollte die Installation ohne große Probleme funktionieren. Nach der Fertigstellung kann die IDE gestartet werden. Wenn alles richtig verlaufen ist, fragt die Software nach dem zu verwendenden Workspace-Verzeichnis. Dieses kann als Defaultwert festgelegt und sollte gespeichert werden, wenn man nicht bei jedem Start erneut gefragt werden möchte. Damit wir jetzt auch Programme für Android entwickeln können, benötigen wir jedoch noch einiges mehr an Software. Deswegen laden wir im nächsten Schritt das aktuelle Software Development Kit (= SDK) für Android 16

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2.1 Die benötigte Software

herunter. Das SDK kann im Development-Bereich der Android-Webseite unter www.android.com heruntergeladen werden. Bei der Installation wird geprüft, ob bereits ein JDK installiert wurde. Wenn das noch nicht geschehen ist, etwa weil nur ein JAVA-Runtime Environment installiert wurde, muss dieser Schritt jetzt nachgeholt werden. Je nachdem, welche Version des Android-SDK heruntergeladen wurde, ist die Installation etwas unterschiedlich. Für Microsoft Windows ist es die beste Wahl, das Installationspaket mit Installer herunterzuladen. Für Linux oder Mac-Systeme kann das SDK als gepacktes Archiv heruntergeladen werden. Dieses Archiv wird dann einfach an der gewünschten Stelle entpackt. Die weitere Installation erfolgt über die Eclipse-Entwicklungsumgebung.

Bild 2: Die EclipseEntwicklungsumgebung

Um das Android-SDK in die Eclipse-IDE einzubinden, ist ein extra Plugin für Eclipse verfügbar. Dieses ADT-Plugin muss als nächstes installiert werden. Dazu wird Eclipse gestartet. In der Menüleiste ist unter dem Punkt ›Help‹ der Unterpunkt ›Install new Software‹ zu finden. Dieser wird ausgewählt und es erscheint der Dialog für die Installation neuer Software. Durch Klick auf den ›Add‹-Button wird nun ein Eingabefeld aufgerufen, in dem eine neue Quelle für die Installation eingegeben werden kann. Als Namen kann der von Android vorgeschlagene ›ADT-Plugin‹ verwendet werden. In 17

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2. Die Eclipse-Entwicklungsumgebung das Feld Location muß nun die Adresse eingetragen werden, unter der das Archiv für das Plugin heruntergeladen werden kann. Diese lautet: https://dl-ssl.google.com/android/eclipse/ Aus Sicherheitsgründen sollte die https-Adresse verwendet werden. Sollten sich damit Probleme ergeben, empfiehlt Android die Installation mit http zu versuchen. Nach Klicken auf den ›OK-Button‹ wird nun das Archiv geladen. Nach kurzer Zeit erscheint der Punkt ›Developer Tools‹ im Auswahlfenster. Dieser wird nun angeklickt und nach Klicken auf ›Next‹ wird zum Akzeptieren der Lizenzbestimmungen aufgefordert. Nachdem man die Lizenzbedingungen gelesen oder zumindest zur Kenntnis genommen hat, werden diese nun akzeptiert und durch Klicken auf ›Finish‹ die Installation gestartet. Nachdem nun alle Dateien installiert sind, wird zum Neustart von Eclipse aufgefordert und damit ist die Installation des Plugins abgeschlossen.

2.2 Android Virtual Devices Das neue Plugin ist nun im Menüpunkt ›Window‹ zu finden. Hier wurde der Menüpunkt ›Android SDK und AVD Manager‹ hinzugefügt. Ein Klicken auf diesen Menüpunkt führt jedoch zunächst einmal zu einer Fehlermeldung. Das liegt daran, dass Eclipse noch nicht weiß, wo das Android SDK zu finden ist. Das muss nun zunächst noch unter ›Window → Preferences‹ eingestellt werden. Hier ist unter dem Punkt ›Android‹ der Pfad des SDK einzutragen. Für Windows-Systeme also z. B. ›.../Programme/Android‹, bei Linux-Systemen der Ort, an dem das SDK entpackt wurde. Dies kann z. B. das Home-Verzeichnis sein. Nachdem man den Eintrag bestätigt hat, wird überprüft, ob alle benötigte Software vorhanden ist. Für den Fall, dass etwas fehlt, wird man nun vom SDK-Manager darauf hingewiesen und kann die benötigten Teile hier installieren. Der Einfachheit halber installiert man am besten einfach alle Pakete, die zur Verfügung stehen. Das ist in der Regel eine relativ große Zahl und dauert dementsprechend lange. Nachdem nun endlich alle benötigte Software installiert wurde, braucht man für eine Applikation natürlich auch ein Endgerät, auf dem dieses Programm laufen soll. Damit wir das erste Programm für Android auch laufen 18

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2.2 Android Virtual Devices

lassen und testen können, brauchen wir noch ein sogenanntes AVD (Android Virtual Device), also einen Emulator auf dem das Programm ausgeführt werden kann. Zu diesem Zweck wechseln wir wieder in Eclipse und rufen hier erneut den AVD-Manager im Window-Menü auf. Hier gibt es den Menüpunkt ›Virtual Devices‹ unter dem wir unsere AVD erstellen können. Nach Klicken auf ›New‹ erscheint ein Dialogfeld, in dem wir die Einstellungen für unser AVD vornehmen können. Für unsere erste App reicht es, einen Namen zu vergeben und die Zielplattform auszuwählen. Die Zielplattform ist das Gerät, auf dem die App später laufen soll, also z. B. ein Gerät mit Android 2.1. Das wird nun hier ausgewählt und anschließend kann durch Klicken auf ›Create‹ die AVD erstellt werden.

Bild 3: Der Dialog für die Erstellung eines neuen Android-Device

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3. Grundlagen der Android-Programmabarbeitung 3.1 Komponenten des Systems Wie bereits erwähnt, werden Android-Programme in JAVA programmiert. Damit aus diesem Quellcode ein fertiges Programm für den Einsatz auf einem Mobiltelefon oder einem anderen System wird, muss der Programmcode vom Android-SDK zunächst übersetzt und anschließend mit den im Projekt erstellten Ressourcen zusammengepackt werden. Hieraus erstellt das SDK nun ein Android-Installationspaket. Dieses Paket ist im Wesentlichen eine Archivdatei in der die einzelnen Komponenten enthalten sind. Diese Datei trägt die Endung .apk. Eine solche .apk-Datei enthält eine komplette Applikation und ist der normale Weg, diese auf einem Android-System zu installieren. Dazu muss dieses Archiv nur auf das Gerät kopiert werden, auf dem das Programm installiert werden soll. Ein Anklicken oder Tippen startet dann den Installationsprozess. Damit die Applikation keine anderen Programme bei der Arbeit stören kann, sind verschiedene Sicherheitsmechanismen im Android-Framework und dem darunterliegenden Linux-System vorgesehen. So wird z. B. jede Applikation unter einem anderen Benutzer ausgeführt, was mit dem LinuxSystem ohne Probleme möglich ist. Zu diesem Zweck teilt das System dem Anwenderprogramm eine einzigartige ID zu, welche nur für diese Applikation gültig und auch nur diesem System bekannt ist. Das Anwenderprogramm kann auf diese ID nicht zugreifen. Aufgrund dieser ID werden nun die Zugriffsrechte für die Applikation und ihre Ressourcen gesetzt, so dass nur dieses Programm darauf zugreifen kann. Für jede Applikation wird nun eine eigene Dalvik-Maschine gestartet, die in einem eigenen Linux-Prozess läuft. Dadurch kann kein Programm ein anderes stören oder das System beeinträchtigen. Das Android-Framework verwaltet hierbei den Lebenszyklus der Applikation, indem es einen neuen Prozess startet, sobald dieser benötigt wird. Wenn das Programm beendet wird, so sorgt Android auch wieder für die Freigabe der Systemressourcen. 20

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3.1 Komponenten des Systems

Diese Vorgehensweise wird als principle of least privilege e bezeichnet. Das bedeutet, dass als Voreinstellung der Applikation, so gut wie keine Rechte für den Zugriff auf andere Komponenten gegeben werden. Es gibt jedoch auch Ausnahmen von dieser Regel, damit ein Android-Programm seine Daten mit einem anderen Programm teilen kann. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten. Man kann dafür sorgen, dass beide Applikationen unter einer gemeinsamen Linux-ID ausgeführt werden. Dies erlaubt dann natürlich beiden Applikationen untereinander Ressourcen freizugeben, da das System nicht unterscheiden kann, welches Programm den Zugriff vornimmt. Die zweite Möglichkeit besteht darin, vom Benutzer die Erlaubnis für den Zugriff zu erfragen. Hierzu muss die Applikation für jeden Zugriff auf Daten, wie z. B. das Telefonbuch oder Hardware-Geräte, wie die Kamera oder Bluetooth, die benötigten Rechte gewährt bekommen. Diese Rechte werden bei der Installation des Programmes vom Benutzer zugeteilt. Android-Apps können prinzipiell aus vier verschiedenen Komponenten bestehen. Das sind die vier Typen: Activity, Service, Content Provider und Broadcast Receiver. Jede dieser verschiedenen Komponenten hat einen bestimmten Anwendungsfall innerhalb des Android-Systems und einen unterschiedlichen Lebenszyklus. Das erste ist die Activity. Eine Activity stellt genau einen Bildschirm mit einem Benutzerinterface dar. Eine komplette Applikation kann also aus einer oder mehreren Activities bestehen. Jede Activity läuft zunächst einmal für sich alleine. Durch das Zusammenwirken im Android-Framework entsteht für den Benutzer jedoch der Eindruck eines zusammenhängenden Programms. Eine Activity kann aber auch von einem anderen Programm aufgerufen werden, sofern sie es erlaubt. So ist es z. B. möglich, ein Photo an ein Mailprogramm zu übergeben und von diesem versenden zu lassen. Man programmiert also nicht alles in das Kameraprogramm, sondern nutzt einfach die Funktionen bereits vorhandener Software aus. Eine weitere Komponente des Android-Framework stellen die Services dar. Hierbei handelt es sich um Prozesse, welche kein Benutzerinterface benötigen und im Hintergrund ablaufen, um entweder sehr lange laufende Programmteile auszuführen oder mit anderen Prozessen zu kommunizieren. Ein Service kann von einer anderen Komponente gestartet werden und kann 21

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3. Grundlagen der Android-Programmabarbeitung anschließend Daten mit dieser, oder einer anderen Komponente an ihn angebundenen, Daten auszutauschen. Bei einem Content Provider handelt es sich um eine Komponente, welche den Zugriff auf Daten ermöglicht. Dabei ist es egal, ob es sich um Daten in einer Datei, einer Datenbank oder dem Internet handelt. Die Applikationen können mit Hilfe des Content Provider auf die Daten zugreifen und brauchen sich dabei nicht um den Ort oder das Format der Daten zu kümmern. So kann ein Programm z. B. über ein einheitliches Interface auf das Adressbuch des Gerätes zugreifen und daraus Informationen beziehen. Natürlich auch hier nur, wenn ihm die passenden Rechte gewährt wurden. Die vierte Komponente eines Android-Systems ist der Broadcast Receiver. Dieser Receiver arbeitet mit Meldungen des Systems und reagiert darauf, wenn er über die entsprechende Funktion verfügt. Broadcast Receiver haben in der Regel keine großen eigenen Programmfunktionen und sind nur dafür zuständig, eine bestimmte Aktion anzustoßen, sobald ein Ereignis geschieht, wie z. B. der Empfang einer SMS oder auch das Verlöschen der Displaybeleuchtung. Eine Besonderheit des Android-Systems besteht darin, dass eine Applikation Komponenten einer anderen Applikation starten kann. Da dieses nicht direkt möglich ist, muss hierzu eine Nachricht über das System geschickt werden. Diese Systemnachricht heißt ›Intent‹ und veranlasst das System, die Komponente zu aktivieren.

3.2 Die Android-Manifest-Datei Damit das Android-System eine Applikation starten kann, muss es natürlich zunächst einmal wissen, welche Dateien und Komponenten zu dieser Applikation gehören. Zu diesem Zweck gibt es die Datei AndroidManifest. xml. Diese Datei muss im Hauptverzeichnis des Projektes zu finden sein und in ihr müssen alle Komponenten der Applikation deklariert werden. Neben diesen stehen in dieser Datei noch einige andere Informationen, wie z. B. der verwendete API-Level und die Rechte, welche die Applikation benötigt. Ein Beispiel für eine Android-Manifest-Datei kann wie folgt aussehen. 22

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3.2 Die Android-Manifest-Datei <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android package="com.example.webview" android:versionCode="1" android:versionName="1.0"> <uses-sdk android:minSdkVersion="3" /> <uses-permission android:name="android.permission.INTERNET" /> <application android:icon="@drawable/icon" android:label="@string/ app_name"> <activity android:name=".WebviewActivity" android:label="@string/app_name"> </activity> </application> </manifest>

Die ersten Zeilen dieser Datei enthalten den Paketnamen der Applikation und die Version des Quellcodes. Die Zeile <uses-sdk android:minSdKVersion=“3“ />

gibt den SDK-Level an, der mindestens benötigt wird, damit die Applikation laufen kann. Anschließend folgt eine Zeile mit dem Eintrag <uses-permission>. Einträge dieser Art sind sind für die Gewährung der Rechte des Systems vorgesehen. Hier handelt es sich um eine Applikation, welche den Zugriff auf das Internet benötigt. Hinter dem <application> > Eintrag stehen die Attribute, die für den Namen des Programms und für das Icon, welches im Android-Menü erscheinen soll, zuständig sind. Der Eintrag <activity> > legt den Klassennamen des Programms und ein Label für den Benutzer fest. Bei den hier zu sehenden Einträgen handelt es sich um eine einzelne Activity. Jede der anderen Android-Komponenten muss aber auf die gleiche Art hier deklariert werden. 23

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Stichwortverzeichnis A ADT-Plugin 55 AlarmManager 97 AnalogClock 88 Android-User Interface 30 Android-Virtual Device 18 API 22, 23, 24, 25, 26, 156 Audioausgang 192 Audiogenerator 180 Audio-Recorder 193 B Beschleunigung 155, 156, 158, 159, 166 Bitmap 134 BroadcastReceiver 93 C Canvas 130 Chronometer 87, 88 CSS 242 D Datenbank 217 DigitalClock 89 drawText() 133 DrawView 129 E Eclipse 16

Environment.getExternalStorageState() 105 event 126, 131, 132, 159 Extended Markup Language 31 F finish() 185 FTP 201 G GPS 118 gpx-Format 149 GPX-Standard 155 gravity 88 H HTML 242 I Intent 85 Internet 204 J JAVA-Development-Kit 16 Javascript 242 K Kernel 10 Klinkenstecker 191, 192

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Stichwortverzeichnis Kommandozeile 234 Kurvenform 183 L Layout 56 LED 100 Lesezugriff 105 Linux 233 ListView 68 LocationManager 122 LocationService 122 M MediaPlayer 212 Mikrofoneingang 192 MySQL 216 N Namespace 55 Network 232 NMEA 126 Notification 100 O onClick 65 OnClickListener 63 onCreate 52 onLocationChanged() 123 onReceive() 97 onSensorChanged() 158, 159, 163 onTouchListener 130 Open Handset Alliance 9

P Paint 130 PHP 220 Port 232 Projektbaum 52 Prozess 236 Q Quick Fix 104 R Receiver 115 Root 233 Runtime 236 S SD-Karte 149 Sensoren 155, 156, 158, 159, 166, 167 setContentView() 30 Shell 236 Sinuskurve 183 SMS 114 Socketverbindung 227 Software Development Kit 16 Software Stack 10 Speicherkarte 102 SQL 217 startActivity 85 Stream 236 strings.xml 55 Superuser 233 System 233 Systeminformationen 236 255

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Stichwortverzeichnis T Taktfrequenz 234 TELNET 125, 232 TextSize 87 Thread 186 TimePicker 93 Tonerzeugung 180 V Verzeichnis 236 Vibrationsalarm 95 Video 209

VideoView 208 W Webcam 201 WebView 212 Wegpunkt 154 Wiki 212 X XML-Header 55

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