안드로이드와 텐서플로 라이트 입문 (1) - Android

유튜브로 부분부분 공부하는 건 한계가 있는 거 같아서 결국 책 구입..
이론부터 잡고 가야겠다고 결심함

---

1. 앱 개발 워크플로

💡 딥러닝 모델 개발 프로세스

1. 파이썬과 텐서플로를 이용하여 모델를 설계하고 훈련
2. 모델이 개발되면 모바일에서 사용 가능하도록 텐서플로 라이트 모델로 변환하여 저장

👉 딥러닝 모델 개발 단계의 최종 산출물은 텐서플로 라이트 모델을 파일로 저장한 tflite 파일

💡 안드로이드 앱 개발 프로세스

1. tflite 파일이 생성되면 안드로이드 앱 개발 환경에서 안드로이드 앱의 UI와 비즈니스 로직을 개발
2. UI 개발 단계에서는 사용자에게 보여줄 화면을 개발하고 화면에서 발생하는 이벤트를 비즈니스 로직과 연결
3. 비즈니스 로직 개발 단계에서는 UI로부터 전달받은 이벤트를 처리하고, 딥러닝 모델을 불러와 데이터 입력 및 추론 결과 처리 로직을 구현

👉 앱 개발 단계의 최종 산출물은 안드로이드 기기에 직접 설치되는 앱의 설치 파일인 apk 파일

---

💡 이렇게 개발된 앱은 사용자로부터 데이터를 입력받아 딥러닝 모델로 추론하여 결과를 활용하는 서비스를 제공

💡 각 개발 프로세스는 일정 수준까지 병행하여 진행 가능

• ex) 안드로이드 앱의 UI 개발과 데이터 생성 로직 개발은 딥러닝 모델 개발 프로세스와 병행 가능
  👉 앱에서 모델을 불러와 추론하는 부분을 구현하기 전까지만 딥러닝 모델을 완성하면 됨

---

2. 모바일 환경에서의 딥러닝

• 딥러닝 모델은 강력한 컴퓨팅 자원을 필요로 하지만, 안드로이드는 주로 모바일 환경에서 동작하기 때문에 디바이스에서 가용한 컴퓨팅 자원이 제한적
  👉 서버 기반 아키텍처 사용 : 딥러닝 추론 결과를 안드로이드 앱에서 이용하기 위해 서버에 데이터를 보내고 추론 결과를 받아서 활용
  
• but, 최근 안드로이드는 서버를 통하지 않고 기기에서 직접 모델을 동작시키는 온디바이스 AI를 위한 아키텍처와 컴퓨팅 파워를 갖춰가고 있음
  
• 또한, 텐서플로는 모바일과 IoT에 특화된 딥러닝 프레임워크인 텐서플로 라이트를 공개하여 안드로이드의 On-Device AI 개발 환경을 더욱 개선해나가고 있음

---

3. 안드로이드의 구성 요소

• 4대 구성 요소 : 액티비티(Activity), 서비스(Service), 콘텐트 프로바이더(Content Provider, CP), 브로드캐스트 리시버(Broadcast Receiver, BR)
• 이 네 가지 구성 요소는 인텐트(Intent)를 이용하여 상호 작용

3-1. 액티비티

• 안드로이드에서 가장 중요한 구성 요소
• 사용자에게 보이는 화면 UI를 담당
• 모든 안드로이드 앱은 적어도 하나의 액티비티를 가지고 있으며, 앱을 실행하면 지정된 액티비티의 코드가 생명주기에 맞추어 호출
  👉 안드로이드 앱을 개발할 때에는 액티비티의 생명주기를 알고 그에 맞게 코드를 작성하는 것이 중요!!
• 6단계의 생명주기
  : onCreate(), onStart(), onResume(), onPause(), onStop(), onDestroy() => 콜백 함수
  

1. 액티비티가 시작되면 맨 먼저 onCreate() 함수가 호출

• 콜백 함수는 필요할 때만 오버라이딩하여 구현하면 되지만, onCreate() 함수를 구현하지 않는 경우는 거의 없음
• onCreate()는 처음 한 번만 호출되므로 여기에는 일반적으로 액티비티와 UI 구성 요소를 연결하고 초기화하는 로직을 구현

2. onCreate()가 완료되면 다음으로 onStart()가 호출되고 액티비티가 기기 화면에 나타남

• 이때 앱은 액티비티를 화면에 띄우고 상호 작용을 준비
• onStart()는 onCreate()가 종료되었을 때뿐만 아니라, onStop() 상태에서 onRestart()가 호출되었을 때, 즉 액티비티가 멈춘 뒤 다시 시작할 때도 호출됨

3. onStart()가 완료되면 시스템은 onResume()을 호출하며, onResume() 상태에서는 사용자와 앱의 상호 작용이 가능

• onResume()에서는 앱이 전면에 표시되어 동작하는 동안 실행할 기능을 활성화

4. onResume() 상태에서 전화가 오거나 다른 액티비티를 실행하는 등 액티비티가 포커스를 잃은 경우 또는 기기의 화면을 끄는 경우 onPause()가 호출

• onPause()는 onResume()과 짝꿍!
• onPause()에서는 onResume()로 활성화한 동작을 중지할 수 있음
• onPause() 상태에서 앱이 다시 포커스를 받으면 onResume() 상태로 돌아감

5. 액티비티가 더 이상 화면에 표시되지 않으면 onPause()를 거쳐 onStop() 호출

• onStop()은 onStart()와 짝꿍!
• onStart()에서 할당했던 리소스를 초기화하거나 파일, DB, 네트워크 등에 데이터를 저장하는 동작을 구현

6. onDestroy() 호출

• onStop()이 호출되어도 액티비티는 메모리에서 즉각 해제되지 않고 여전히 남아있음
• 사용자가 액티비티를 완전히 종료하거나 액티비티의 finish() 함수를 호출한 경우 또는 시스템이 액티비티를 소멸시킨 경우 액티비티가 소멸되면서 onDestroy()를 호출
• 액티비티 생명주기의 마지막 단계인 onDestroy()에서는 아직 해제되지 않은 모든 객체나 리소스를 해체하고 정리

---

3-2. 서비스

• 기기의 화면에 표시되지 않고 백그라운드에서 실행되는 작업을 처리하는 구성 요소
  👉 네트워크를 이용한 데이터 송수신, 음원 재생, 대용량 파일 입출력 등 시간이 오래 걸리는 것들
• 이러한 작업이 백그라운드에서 처리되지 않으면, 안드로이드 운영체제는 ANR(Application Not Responding) 오류를 발생시키고, 시스템은 사용자에게 애플리케이션이 응답하지 않는다는 메시지를 보여줌
• 서비스는 기본적으로 메인 스레드에서 동작하며, 앱의 실행 여부와 관계없이 동작 가능

• 유형
  -> 백그라운드(background), 포그라운드(foreground), 바인드(bind)
  1. 백그라운드 서비스 : 사용자에게 보이지 않는 서비스로, UI와 상관없는 작업을 처리할 때 사용
  2. 포그라운드 서비스 : UI를 표시할 필요가 있을 때 사용, 상태 바 처리나 알림 등 서비스에서 동작하더라도 UI가 필요한 작업
  3. 바인드 : 클라이언트-서버 아키텍처를 제공하는 서비스, 서비스가 서버 역할을 하고 서비스를 바인딩한 구성 요소가 클라이언트 역할을 함
  👉 바인드 서비스를 이용하면 서로 다른 프로세스 간에도 데이터를 주고받을 수 있어 프로세스 간 통신(Inter Process Communication, IPC)의 수단으로도 쓰임
  

💡 startService() 호출

1. 처음 한 번은 서비스가 생성되면서 onCreate() 호출
2. onCreate()가 완료되었거나 두 번째로 startService()를 호출하면 onStartCommand()가 호출
3. 서비스가 종료되면 onDestroy()가 호출

💡 bindService() 호출

1. 서비스 바인딩이 완료되면 onStartCommand() 대신 onBind() 호출
2. 모든 클라이언트의 연결이 해제되면 onUnbind() 호출
3. 서비스의 시작과 종료 시에 각각 onCreate(), onDestroy()가 호출되는 것은 일반 서비스와 동일

---

3-3. 콘텐트 프로바이더

• CP라고도 일컫는 콘텐트 프로바이더는 외부에 데이터를 제공하는 역할을 함
• 주로 앱 내에서 생성하거나 관리하는 데이터를 다른 앱에 제공하는 기능을 표준화
• SQLite처럼 구조화된 관계형 데이터베이스를 공유하거나 이미지, 음악 파일처럼 비구조화된 데이터를 공유
• 콘텐트 프로바이더를 구현하면 앱 내부 데이터를 외부에 공유할 수 있고, 다른 앱의 콘텐트 프로바이더를 호출하여 해당 앱의 데이터에 접근하거나 읽고 쓸 수 있음
• ex) 연락처의 콘텐트 프로바이더를 통해 앱의 저장된 연락처 받아오기
  미디어 콘텐트 프로바이더를 통해 저장된 사진이나 비디오 등 얻어오기
• 콘텐트 프로바이더를 이용하면 데이터 접근 권한을 상세히 관리할 수 있어 보안과 데이터 관리에도 유용
• 내/외부 저장소에 따라 권한을 달리 부여할 수도 있고, 읽기/쓰기 등 접근 수준을 다르게 설정할 수도 있음
• 쿼리를 기반으로 하기 때문에 데이터의 유형이나 세부 구현에 의존적이지 않도록 비동기식으로 데이터에 접근할 수 있음

---

3-4. 브로드캐스트 리시버

• 브로드캐스팅된 메시지를 받는 수신자
• 브로드캐스팅은 이벤트 기반 아키텍처(EDA)인 발행-구독 패턴과 유사
• 발행-구독 패턴은 발행자(publisher)와 구독자(subscriber), 이벤트 관리자(event broker)로 구성
  - 발행자는 정보를 담은 이벤트를 발행하고, 구독자는 원하는 이벤트를 받아서 처리하며, 이벤트 관리자는 중간에서 이벤트를 수신 및 전달하는 메시지 큐 역할을 함
  • 발행-구독 패턴은 발행자와 구독자가 느슨하게 결합되며(loosely-coupled) 비동기로 동작하기 때문에 널리 사용되고 있음
• 브로드캐스트 리시버는 구독자 역할을 하고, 인텐트는 메시지가 되며, 이벤트 관리자는 안드로이드 운영체제가 담당
• 브로드캐스팅을 이용하면 발행자는 알리고 싶은 이벤트가 발생했을 때 원하는 정보를 인텐트에 담아 불특정 다수 또는 특정 패키지를 지정하여 보낼 수 있음
• 구독자는 원하는 메시지 필터를 미리 등록하여 브로드캐스팅된 메시지 가운데 원하는 것을 골라서 수신할 수 있음

• 대상 패키지의 지정 여부에 따라 명시적 브로드캐스팅, 암시적 브로드캐스팅으로 구분

• 명시적 브로드캐스팅 : 발행자가 브로드캐스트를 요청할 때부터 어떤 패키지에 브로드캐스팅할지를 지정하며, 발행자가 지정하지 않은 패키지는 인텐트 받을 수 없음
• 암시적 브로드캐스팅 : 모든 패키지를 대상으로 브로드캐스팅하므로 발행자가 패키지를 지정하지 않고 모든 패키지가 인텐트 받을 수 있음

• 브로드캐스팅을 수신하는 방법

1. 안드로이드 매니페스트를 이용하는 정적인 방법

• 안드로이드 매니페스트는 앱에서 사용할 권한, 서비스, 액티비티 등을 선언하는 xml로 작성된 설정 파일

2. 코드상에서 컨텍스트에 수신하고자 하는 인텐트를 등록하는 방식

---

3-5. 인텐트

• 구성 요소 간의 정보 전달을 위한 메시지 역할
• 액티비티에서 다른 액티비티로 전환하거나, 서비스를 구동하거나, 브로드캐스팅을 통해 다른 앱에 메시지를 전달하는 등 다양한 역할을 함
• 인텐트는 컴포넌트 이름, 액션, 데이터, 카테고리, 엑스트라, 플래그로 이루어져 있음

구성 요소	역할
컴포넌트 이름	인텐트를 전달할 대상 지정(컨텍스트 + 대상 클래스)
액션	인텐트를 통해 어떤 작업을 수행할지 전달(String)
데이터	인텐트가 가지고 있는 데이터(Uri)
카테고리	인텐트의 종류 구분(String)
엑스트라	인텐트 처리에 필요한 데이터(key-value)
플래그	인텐트의 메타 데이터(int)

• 인텐트를 사용하는 데 이러한 여섯 가지 정보가 모두 필요한 것은 아님!
• 용도에 맞게 필요한 정보만 채워서 사용하면 됨

---

💡 출처
텐서플로 라이트를 활용한 안드로이드 딥러닝, 임태규, 한빛미디어