Luận Văn Tốt Nghiệp: Xây Dựng Ứng Dụng Chat Trên Android Với Firebase

Tổng hợp kiến thức Xây Dựng Ứng Dụng Chat Trên Android Sử Dụng Firebase, tiếp cận khoa học, hỗ trợ học tập và nghiên cứu hiệu quả trong xây dựng

• Tác giả: Bùi Văn Vũ
• Người hướng dẫn: Th.S. Phùng Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Xây Dựng Ứng Dụng Chat Trên Android Sử Dụng Firebase
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hải Phòng

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID
• 1.1. Giới thiệu hệ điều hành android
• 1.1.1. Hệ điều hành
• 1.1.2. Hệ điều hành Android
• 1.2. Sự ra đời và lịch sử phát triển
• 1.2.1. Sự ra đời của Android
• 1.2.2. Lịch sử phát triển của Android
• 1.3. Các phiên bản của Android
• 1.3.1. Phiên bản Android 1.0
• 1.3.2. Phiên bản Android 1.5: CupCake
• 1.3.3. Phiên bản Android 1.6: Donut
• 1.3.4. Phiên bản Android 2.0 và phiên bản Android 2.1: Eclair
• 1.3.5. Phiên bản Android 2.2: Froyo
• 1.3.6. Phiên bản Android 2.3: Gingerbread
• 1.3.7. Phiên bản Android 3.0: Honeycomb
• 1.3.8. Phiên bản Android 4.0: Ice Cream Sandwich
• 1.3.9. Phiên bản Android 4.1: Jelly Bean
• 1.3.10. Hệ điều hành Android 4.4: KitKat
• 1.3.11. Hệ điều hành Android 5.0: Lollipop
• 1.3.12. Phiên bản Android 6.0 Marshmallow
• 1.3.13. Phiên bản Android 7.0: Nougat
• 1.3.14. Phiên bản Android Oreo
• 1.3.15. Phiên bản Android P
• 1.4. Kiến trúc của hệ điều hành Android
• 1.4.1. Tầng Library và Android Runtime
• 1.4.2. Tầng Application Framework
• 1.4.3. Tầng ứng dụng
• 2. CHƯƠNG 2: MÔI TRƯỜNG LẬP TRÌNH ANDROID STUDIO
• 2.1. Sơ lược về Android Studio
• 2.2. Cài đặt và sử dụng Android Studio
• 2.2.1. Cấu hình yêu cầu
• 2.2.2. Phần mềm Android Studio
• 2.2.3. Dự án trong Android studio
• 2.3. Thiết bị ảo trong Android Studio
• 3. CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH CHAT VỚI FIREBASE
• 3.1. Tổng quan về Firebase
• 3.1.1. Lịch sử phát triển của Firebase
• 3.1.2. Ưu nhược điểm của Firebase
• 3.2. Tổng quan dịch vụ Firebase
• 3.2.1. Dịch vụ Firebase Analytics
• 3.2.2. Các dịch vụ phát triển và kiểm thử ứng dụng
• 3.2.3. Các dịch vụ tăng trưởng và thu hút người dùng
• 3.3. Một số kỹ thuật cơ bản
• 3.3.1. Tạo dự án trên Firebase
• 3.3.2. Nhúng dự án Firebase vào ứng dụng
• 3.3.3. Quản lý người dùng
• 3.3.4. Chat trên kênh riêng tư
• 3.3.5. Xóa tin nhắn chat
• 3.3.6. Thiết kế dữ liệu
• 3.3.6.1. Bảng dữ liệu người dùng
• 3.3.6.2. Bảng thông tin nội dung tin nhắn
• 3.3.7. Giao diện chương trình
• 3.3.7.1. Giao diện chính
• 3.3.7.2. Giao diện đăng ký
• 3.3.7.3. Giao diện đăng nhập
• 3.3.7.4. Giao diện thông tin người dùng
• 3.3.7.5. Giao diện danh sách người dùng
• 3.3.7.6. Giao diện chat
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về hệ điều hành Android

Hệ điều hành Android là một nền tảng mã nguồn mở, được phát triển bởi Google, chủ yếu dành cho các thiết bị di động như điện thoại thông minh và máy tính bảng. Android cho phép các nhà phát triển viết ứng dụng bằng ngôn ngữ Java, tạo ra một môi trường phong phú cho việc phát triển ứng dụng. Sự ra đời của Android vào năm 2007 đã đánh dấu một bước ngoặt lớn trong ngành công nghiệp di động. Với sự hỗ trợ từ một cộng đồng lập trình viên đông đảo, Android đã nhanh chóng trở thành hệ điều hành phổ biến nhất thế giới, chiếm lĩnh thị trường smartphone với hơn 2 tỷ thiết bị được kích hoạt. Điều này cho thấy sức hút mạnh mẽ của ứng dụng chat trên nền tảng này, đặc biệt khi kết hợp với các công nghệ như Firebase.

1.1. Sự ra đời và lịch sử phát triển

Android được phát triển bởi Android Inc, một công ty được thành lập vào năm 2003. Sau khi Google mua lại vào năm 2005, Android đã trở thành một phần quan trọng trong chiến lược của Google. Sự phát triển của Android không ngừng mở rộng với nhiều phiên bản cập nhật, mỗi phiên bản đều mang đến những tính năng mới và cải tiến hiệu suất. Việc phát hành mã nguồn mở đã thu hút một lượng lớn lập trình viên tham gia phát triển ứng dụng, từ đó tạo ra một kho ứng dụng phong phú cho người dùng. Điều này đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển ứng dụng chat sử dụng Firebase, giúp người dùng có thể giao tiếp một cách dễ dàng và hiệu quả.

II. Môi trường lập trình Android Studio

Android Studio là công cụ chính để phát triển ứng dụng Android. Nó cung cấp một môi trường lập trình tích hợp (IDE) với nhiều tính năng hỗ trợ lập trình viên trong quá trình phát triển. Việc cài đặt và sử dụng Android Studio là bước đầu tiên để xây dựng ứng dụng chat. Công cụ này cho phép lập trình viên dễ dàng tạo ra giao diện người dùng, quản lý mã nguồn và kiểm tra ứng dụng trên thiết bị ảo. Sự tích hợp với Firebase cũng giúp đơn giản hóa quá trình phát triển, từ việc quản lý người dùng đến việc lưu trữ dữ liệu trong Firebase Realtime Database. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả trong việc phát triển ứng dụng.

2.1. Cài đặt và sử dụng Android Studio

Cài đặt Android Studio yêu cầu một số điều kiện về phần cứng và phần mềm. Sau khi cài đặt, lập trình viên có thể tạo dự án mới và bắt đầu phát triển ứng dụng. Android Studio cung cấp nhiều công cụ hữu ích như trình biên dịch, trình gỡ lỗi và các công cụ kiểm thử. Việc sử dụng Android Studio kết hợp với Firebase cho phép lập trình viên dễ dàng tích hợp các dịch vụ như Firebase Cloud Messaging để gửi thông báo đến người dùng. Điều này rất quan trọng trong việc phát triển ứng dụng chat, nơi mà giao tiếp thời gian thực là yếu tố then chốt.

III. Lập trình Chat với Firebase

Firebase là một nền tảng phát triển ứng dụng di động mạnh mẽ, cung cấp nhiều dịch vụ hữu ích cho lập trình viên. Trong bối cảnh phát triển ứng dụng chat, Firebase cung cấp các công cụ như Firebase Realtime Database để lưu trữ và đồng bộ hóa dữ liệu theo thời gian thực. Điều này cho phép người dùng gửi và nhận tin nhắn ngay lập tức mà không cần phải làm mới trang. Ngoài ra, Firebase Cloud Messaging hỗ trợ việc gửi thông báo đến người dùng, giúp tăng cường trải nghiệm người dùng trong ứng dụng chat. Việc tích hợp Firebase vào ứng dụng không chỉ đơn giản hóa quy trình phát triển mà còn nâng cao tính năng và hiệu suất của ứng dụng.

3.1. Tổng quan về Firebase

Firebase cung cấp một loạt các dịch vụ từ phân tích đến lưu trữ dữ liệu. Đặc biệt, Firebase Realtime Database cho phép lưu trữ dữ liệu theo cấu trúc JSON, giúp việc truy xuất và cập nhật dữ liệu trở nên nhanh chóng và hiệu quả. Điều này rất quan trọng trong việc phát triển ứng dụng chat, nơi mà dữ liệu cần được cập nhật liên tục. Hơn nữa, Firebase còn hỗ trợ các tính năng bảo mật, giúp bảo vệ thông tin người dùng. Việc sử dụng Firebase trong phát triển ứng dụng chat không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn đảm bảo tính ổn định và bảo mật cho ứng dụng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ, các thiết bị di động thông minh (smartphone, máy tính bảng) đã trở thành công cụ liên lạc và làm việc thiết yếu. Hệ điều hành Android do Google phát triển đã vươn lên chiếm lĩnh thị trường toàn cầu. Theo số liệu thống kê được tác giả trích dẫn trong văn bản, tính đến quý II năm 2017, Android đã chiếm tới 87,7% thị phần smartphone trên toàn thế giới với tổng cộng 2 tỷ thiết bị được kích hoạt và đạt tốc độ 1,3 triệu lượt kích hoạt mỗi ngày. Cùng với sự phổ biến của thiết bị di động, nhu cầu trao đổi thông tin nhanh chóng qua các ứng dụng nhắn tin thời gian thực ngày càng tăng cao.

Việc xây dựng hệ thống backend truyền thống cho ứng dụng nhắn tin thường đòi hỏi chi phí lớn về cơ sở hạ tầng, quản trị máy chủ và đồng bộ dữ liệu. Nền tảng Firebase do Google cung cấp dưới dạng Dịch vụ Backend (Backend-as-a-Service - BaaS) mang đến giải pháp rút ngắn thời gian phát triển và triển khai hệ thống thông qua cơ chế đồng bộ dữ liệu theo thời gian thực (Realtime Database). Xuất phát từ thực tiễn đó, sinh viên Bùi Văn Vũ đã thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài "Xây dựng ứng dụng chat trong Android với Firebase" dưới sự hướng dẫn của Thạc sỹ Phùng Anh Tuấn tại Trường Đại học Dân lập Hải Phòng (giai đoạn từ ngày 14/10/2019 đến ngày 10/01/2020).

Đồ án xác định rõ các nhiệm vụ và yêu cầu nghiên cứu kỹ thuật bao gồm:

1. Nhiệm vụ nghiên cứu lý thuyết và công cụ:

   • Tìm hiểu tổng quan và kiến trúc của hệ điều hành Android.
   • Nghiên cứu môi trường phát triển tích hợp Android Studio và các công cụ giả lập.
   • Nghiên cứu nền tảng hỗ trợ di động Firebase và các nhóm dịch vụ đi kèm.
   • Tìm hiểu các kỹ thuật lập trình ứng dụng chat thời gian thực trên Android kết hợp Firebase.

2. Yêu cầu triển khai ứng dụng thực tế:

   • Sử dụng Android Studio để xây dựng ứng dụng hoàn chỉnh bằng ngôn ngữ lập trình Java.
   • Kết nối và tương tác với cơ sở dữ liệu thời gian thực của Firebase.
   • Hiện thực hóa đầy đủ các chức năng: Đăng ký tài khoản, đăng nhập hệ thống, hiển thị danh sách tài khoản người dùng, chỉnh sửa thông tin cá nhân (profile), nhắn tin trên kênh riêng tư (1-1), xóa tin nhắn chat, và đăng xuất/thoát khỏi hệ thống.
   • Đóng gói ứng dụng thành tệp tin cài đặt *.apk để cài đặt, vận hành thử nghiệm trên thiết bị Android thật và thiết bị ảo.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là quy trình phát triển ứng dụng di động trên nền tảng Android và dịch vụ điện toán đám mây Firebase. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế giao diện, kết nối cơ sở dữ liệu thời gian thực và kiểm thử chức năng ứng dụng nhắn tin trong phạm vi thực tập tại Trường Đại học Dân lập Hải Phòng khóa 2016 – 2020 (Lớp CT1801).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án dựa trên nền tảng lý thuyết về hệ điều hành di động, kiến trúc phần mềm phân tầng và mô hình điện toán đám mây cung cấp dịch vụ phía máy chủ:

• Khung kiến trúc hệ điều hành Android: Hệ điều hành mã nguồn mở phát triển trên nền tảng nhân Linux (Linux kernel 2.6), được phân tách thành 4 lớp kiến trúc chính: Tầng nhân Linux, Tầng thư viện (Libraries) và Android Runtime (sử dụng máy ảo Dalvik Virtual Machine), Tầng khung ứng dụng (Application Framework) và Tầng ứng dụng (Applications).
• Mô hình Backend-as-a-Service (BaaS) của Firebase: Khung dịch vụ đám mây cho phép xử lý các tác vụ máy chủ (xác thực người dùng, lưu trữ dữ liệu thời gian thực, phân tích) mà không cần lập trình viên phải trực tiếp vận hành hạ tầng phần cứng. Cơ sở dữ liệu Firebase Realtime Database lưu trữ và đồng bộ dữ liệu dưới dạng cấu trúc cây JSON NoSQL.

Phương pháp nghiên cứu được tác giả áp dụng trong đồ án là phương pháp kỹ thuật phần mềm thực nghiệm (Software Engineering & Empirical Implementation), bao gồm:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Thu thập, đối chiếu và hệ thống hóa tài liệu kỹ thuật chính thức từ Google Developers, tài liệu hướng dẫn của Android Studio và tài liệu dịch vụ Firebase.
• Phương pháp thiết kế và mô hình hóa: Xây dựng cấu trúc dữ liệu dạng cây cho các thực thể người dùng và tin nhắn; thiết kế các Activity giao diện người dùng tương ứng với từng tiến trình nghiệp vụ.
• Phương pháp thực nghiệm và kiểm thử hệ thống: Cài đặt ứng dụng trên máy ảo tích hợp Android Virtual Device (AVD), máy ảo Genymotion (chạy trên nền Oracle VM VirtualBox) và thiết bị di động Android vật lý để kiểm tra tính ổn định của luồng truyền nhận tin nhắn.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu bao gồm các tài liệu công nghệ chính thống từ Google, hệ thống API Firebase và dữ liệu phát sinh trực tiếp trong quá trình thử nghiệm tương tác người dùng trên ứng dụng.

---

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo mô hình ứng dụng di động giao tiếp trực tiếp với nền tảng đám mây Firebase. Toàn bộ mã nguồn ứng dụng được viết bằng ngôn ngữ Java trong môi trường Android Studio, giao diện được định nghĩa qua các tệp XML.

Thành phần kiến trúc	Công nghệ / Công cụ sử dụng	Vai trò và đặc tính kỹ thuật
Môi trường phát triển	Android Studio	IDE chính thức của Google, tích hợp bộ soạn thảo code, trình gỡ lỗi (debugger) và công cụ đóng gói build/deploy Gradle.
Hệ thống Backend	Firebase (BaaS)	Cung cấp dịch vụ quản lý người dùng (Authentication) và cơ sở dữ liệu thời gian thực (Realtime Database).
Cấu trúc lưu trữ	Cấu trúc cây JSON (Tree)	Phân tách dữ liệu thành các nhánh chính: nhánh thông tin tài khoản người dùng (Users) và nhánh nội dung tin nhắn (Chats).
Môi trường kiểm thử	AVD & Genymotion	Giả lập các cấu hình phần cứng và phiên bản Android khác nhau (từ Android 4.0 trở lên) kết hợp kiểm thử trên thiết bị thật.

Cấu hình môi trường phát triển

Để phục vụ việc lập trình và chạy giả lập thiết bị, môi trường phần cứng và phần mềm được quy định cụ thể:

• Hệ điều hành: Microsoft Windows 10/8.1/7/Vista (hỗ trợ cả 32-bit và 64-bit).
• Bộ nhớ RAM: Tối thiểu 4 GB, cấu hình khuyến nghị là 8 GB RAM.
• Dung lượng ổ cứng: Tối thiểu 1 GB dung lượng trống.
• Màn hình: Độ phân giải tối thiểu chuẩn HD (1366 x 768).
• Bộ công cụ phát triển: Java Development Kit (JDK) phiên bản 7 trở lên.
• Bộ vi xử lý: Khuyến nghị sử dụng CPU Intel hỗ trợ các công nghệ ảo hóa Intel VT-x, Intel EM64T (Intel 64), và Execute Disable (XD) Bit functionality để tối ưu hiệu năng chạy máy ảo AVD.

Cấu trúc dự án và thiết kế cơ sở dữ liệu

Trong Android Studio, dự án được tổ chức theo cấu trúc tiêu chuẩn gồm tệp AndroidManifest.xml (khai báo quyền hạn và thành phần ứng dụng), thư mục java (chứa mã nguồn MainActivity.java và các lớp logic xử lý), cùng thư mục tài nguyên res bao gồm res/layout (giao diện màn hình), res/values (chuỗi ký tự, màu sắc) và res/mipmap (hình ảnh, biểu tượng).

Cơ sở dữ liệu Firebase Realtime Database được thiết kế dưới dạng cây phân cấp:

• Bảng dữ liệu người dùng: Lưu trữ các trường định danh tài khoản, tên hiển thị, địa chỉ email, ảnh đại diện và trạng thái hoạt động.
• Bảng thông tin nội dung tin nhắn: Lưu trữ mã định danh tin nhắn, mã người gửi (sender ID), mã người nhận (receiver ID), nội dung văn bản tin nhắn và mốc thời gian gửi để phục vụ hiển thị theo thứ tự thời gian trên giao diện chat riêng tư.

---

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID

Chương 1 trình bày tổng quan về hệ điều hành, nguồn gốc lịch sử phát triển, các cột mốc phiên bản và kiến trúc phân tầng chi tiết của Android:

• Lịch sử hình thành: Công ty Android Inc. được thành lập vào tháng 10 năm 2003 tại Palo Alto, California bởi Andy Rubin, Rich Miner và Chris White. Đến cuối năm 2003, khi Andy Rubin gặp khó khăn về tài chính, Steve Perlman đã góp 10.000 USD hỗ trợ. Ngày 17/08/2005, Google chính thức mua lại Android Inc. Ngày 05/11/2007, Liên minh thiết bị cầm tay mở (Open Handset Alliance) được công bố. Chiếc điện thoại thương mại đầu tiên chạy Android (T-Mobile G1) được phát hành ngày 22/10/2008 tại Mỹ. Đến tháng 10 năm 2012, kho ứng dụng Google Play đã đạt khoảng 700.000 ứng dụng với 25 tỷ lượt tải về.
• Tiến trình phát triển các phiên bản: Hệ điều hành được phát triển theo các phiên bản mang tên gọi chủ đề đồ ngọt: Android 1.0; Android 1.5 Cupcake (27/04/2009 - bổ sung quay/tải video YouTube, tự động xoay màn hình, hỗ trợ bàn phím ảo bên thứ ba); Android 1.6 Donut (09/2009 - hỗ trợ mạng CDMA, thanh Quick Search Box); Android 2.0/2.1 Eclair (10/2009 - bổ sung Text-to-Speech, hình nền động, Google Maps Navigation); Android 2.2 Froyo (05/2010 - bổ sung phát Wi-Fi hotspot, thông báo C2DM, Flash); Android 2.3 Gingerbread (09/2010 - hỗ trợ NFC; tính đến tháng 09/2017 chỉ còn 0,6% thiết bị sử dụng); Android 3.0 Honeycomb (02/2011 - thiết kế dành riêng cho máy tính bảng); Android 4.0 Ice Cream Sandwich (10/2011 - mở khóa bằng khuôn mặt); Android 4.1 Jelly Bean (06/2012 - dự án "Project Butter" tăng tốc đồ họa, chiếm 6,9% thị phần ở thời điểm thống kê); Android 4.4 KitKat (tối ưu hóa cho thiết bị có RAM tối thiểu 512 MB); Android 5.0/5.1 Lollipop (mùa thu 2014 - giao diện Material Design, hỗ trợ 2 SIM, thoại HD); Android 6.0 Marshmallow (mùa thu 2015 - ngăn kéo ứng dụng dọc, Google Now on Tap, vân tay, USB-C); Android 7.0 Nougat (mùa thu 2016 - đa nhiệm chia đôi màn hình); Android 8.0 Oreo (03/2017 - tính năng Picture-in-Picture, Autofill API); Android P và Android Q.
• Kiến trúc hệ điều hành Android (4 lớp - 5 thành phần chính):
  1. Tầng nhân Linux (Linux Kernel 2.6): Chịu trách nhiệm quản lý bộ nhớ, tiến trình, bảo mật và các trình điều khiển phần cứng gồm: Display Driver, Camera Driver, Bluetooth Driver, USB Driver, Keypad Driver, Wifi Driver, Audio Driver, Binder IPC Driver (liên lạc mạng CDMA, GSM, 3G, 4G), M-System Driver (quản lý thẻ nhớ SD, Flash) và Power Management.
  2. Tầng thư viện và Android Runtime: Nhóm thư viện C/C++ gồm System C Library, Media Library, LibWebCode (hỗ trợ HTML5, JavaScript, CSS, AJAX cho trình duyệt), thư viện SQLite. Phần Android Runtime bao gồm các thư viện lõi (Core Libraries) và Máy ảo Dalvik (Dalvik Virtual Machine) thay thế cho JVM truyền thống.
  3. Tầng khung ứng dụng (Application Framework): Cung cấp các API quản lý bậc cao viết bằng Java như Activity Manager, Telephony Manager, XMPP Service, Location Manager, Window Manager, Resource Manager, Notification Manager.
  4. Tầng ứng dụng (Applications): Chứa các ứng dụng tích hợp sẵn và ứng dụng do bên thứ ba cài đặt dưới định dạng .apk. Android kiểm soát đa nhiệm bằng cách chỉ cho phép mỗi ứng dụng chạy một thực thể (instance) và giới hạn các ứng dụng chạy nền không được chiếm quá 5% - 10% công suất CPU nhằm tránh độc quyền tài nguyên.

CHƯƠNG 2: MÔI TRƯỜNG LẬP TRÌNH ANDROID STUDIO

Chương 2 hướng dẫn chi tiết quy trình thiết lập môi trường lập trình và công cụ giả lập:

• Tổng quan về Android Studio: Được Google công bố tại Google I/O năm 2013 và phát hành chính thức năm 2014 nhằm thay thế cho Eclipse IDE trước đó.
• Cấu hình và quy trình cài đặt: Trình bày các bước tải gói cài đặt từ trang chủ, thiết lập bộ công cụ SDK, chọn kiểu cài đặt Standard, lựa chọn giao diện màu sáng/tối và cấu hình các thông số ban đầu.
• Cấu trúc một dự án Android Studio: Khi khởi tạo dự án (ví dụ: Empty Activity), lập trình viên thiết lập các trường thông tin: Name (tên ứng dụng), Package name (định danh duy nhất của ứng dụng), Save location (đường dẫn lưu trữ), Language (lựa chọn giữa Java và Kotlin) và Minimum API Level (mức API tối thiểu để xác định khả năng tương thích ngược).
• Giao diện làm việc chính: Phân chia thành 6 khu vực chức năng gồm: (1) Toolbar, (2) Navigation bar, (3) Editor window, (4) Tool window bar, (5) Tool windows, và (6) Status bar.
• Thiết lập thiết bị ảo (Virtual Device):
  • Cách 1 - Sử dụng AVD Manager: Tạo máy ảo trực tiếp trong Android Studio, chọn loại màn hình điện thoại và tải phiên bản Android tương ứng.
  • Cách 2 - Sử dụng Genymotion: Công cụ giả lập Android kết hợp với VirtualBox, hỗ trợ hơn 40 mẫu cấu hình thiết bị từ nhiều nhà sản xuất (Samsung, Sony...) với các phiên bản Android từ 4.0 trở lên, mang lại tốc độ xử lý nhanh và độ ổn định cao.

CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH CHAT VỚI FIREBASE

Chương 3 tập trung vào lý thuyết nền tảng Firebase và quy trình lập trình ứng dụng chat thực tế:

• Tổng quan và lịch sử Firebase: Tiền thân của Firebase là Envolve (thành lập cung cấp API tích hợp chat vào website). Sau khi nhận thấy người dùng sử dụng Envolve để đồng bộ dữ liệu cho game online, danh bạ và lịch, năm 2012, dịch vụ được tách ra và thành lập công ty Firebase chuyên cung cấp Backend-as-a-Service theo thời gian thực. Năm 2014, Google chính thức mua lại Firebase.
• Đánh giá ưu và nhược điểm của Firebase:
  • Ưu điểm: Xây dựng ứng dụng nhanh chóng, không tốn nhân lực quản lý hạ tầng máy chủ, hệ thống phần cứng phân tán toàn cầu được Google đảm bảo, quản lý cấu hình tập trung qua giao diện web.
  • Nhược điểm: Cơ sở dữ liệu Realtime Database tổ chức theo cấu trúc cây (Tree/JSON), không theo mô hình bảng quan hệ nên người lập trình quen với cơ sở dữ liệu quan hệ SQL có thể gặp khó khăn ban đầu.
• Hệ sinh thái dịch vụ của Firebase: Bao gồm dịch vụ phân tích Firebase Analytics, nhóm phát triển và kiểm thử (Develop & test your app), và nhóm tăng trưởng thu hút người dùng (Grow & engage your audience).
• Quy trình triển khai kỹ thuật:
  • Thiết lập dự án trên bảng điều khiển Firebase Console và nhúng tệp cấu hình vào dự án Android Studio.
  • Xây dựng mô-đun quản lý người dùng: Đăng ký tài khoản mới, xác thực đăng nhập, cập nhật thông tin cá nhân.
  • Xây dựng tính năng nhắn tin riêng tư thời gian thực và chức năng xóa tin nhắn.
  • Thiết kế dữ liệu cấu trúc cây cho hai nhánh chính: Bảng dữ liệu người dùng và Bảng thông tin nội dung tin nhắn.
  • Xây dựng hệ thống 6 màn hình giao diện người dùng: Giao diện chính, Giao diện đăng ký, Giao diện đăng nhập, Giao diện thông tin người dùng, Giao diện danh sách người dùng và Giao diện chat.

---

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành toàn bộ các mục tiêu đặt ra trong bản nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp với các kết quả cụ thể:

• Sản phẩm phần mềm: Xây dựng thành công ứng dụng nhắn tin thời gian thực chạy trên hệ điều hành Android, kết nối đồng bộ với cơ sở dữ liệu Firebase Realtime Database. Ứng dụng đáp ứng đầy đủ các chức năng nghiệp vụ được giao:
  • Cho phép người dùng đăng ký tài khoản mới và đăng nhập vào hệ thống.
  • Hiển thị danh sách các tài khoản người dùng có trên hệ thống.
  • Cho phép người dùng quản lý và cập nhật thông tin hồ sơ cá nhân (profile).
  • Thực hiện gửi và nhận tin nhắn riêng tư giữa hai tài khoản theo thời gian thực.
  • Hỗ trợ thao tác xóa nội dung tin nhắn trong cuộc trò chuyện.
  • Cung cấp chức năng đăng xuất/thoát khỏi hệ thống an toàn.
• Đóng gói và triển khai: Ứng dụng được đóng gói thành công thành tệp cài đặt *.apk, được cài đặt và vận hành ổn định trên thiết bị di động Android thật cũng như trên các môi trường giả lập (AVD, Genymotion).
• Hệ thống hóa tài liệu học thuật: Tổng hợp toàn diện cơ sở lý thuyết về kiến trúc phân tầng của Android (từ nhân Linux 2.6 đến tầng ứng dụng), hướng dẫn chi tiết quy trình cấu hình công cụ lập trình Android Studio, và cung cấp tài liệu tham khảo về phương thức tích hợp dịch vụ Firebase vào ứng dụng Android.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung được tác giả trình bày và phạm vi thực tế của đồ án, đề tài ghi nhận một số điểm hạn chế và hướng mở rộng:

• Hạn chế:
  • Mô hình cơ sở dữ liệu Realtime Database tổ chức dạng cây JSON gây ra sự phức tạp nhất định trong việc thiết kế truy vấn dữ liệu quan hệ so với hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL truyền thống.
  • Phạm vi chức năng của ứng dụng mới tập trung vào kênh nhắn tin văn bản riêng tư 1-1, chưa mở rộng các phương thức truyền thông đa phương tiện khác.
  • Việc kiểm thử trên máy ảo tích hợp (AVD) đòi hỏi cấu hình phần cứng máy tính tương đối cao (khuyến nghị chip Intel có hỗ trợ công nghệ ảo hóa) để tránh hiện tượng giật/lag.
• Hướng phát triển:
  • Tiếp tục nâng cấp và bổ sung các tính năng nâng cao cho ứng dụng chat như gửi tệp đính kèm, hình ảnh, âm thanh, cuộc gọi thoại và tạo nhóm chat nhiều thành viên.
  • Cập nhật và tối ưu hóa ứng dụng để tương thích tốt với các phiên bản Android mới nhất (Android 10 trở lên) và áp dụng ngôn ngữ lập trình Kotlin.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo thực hành hữu ích cho sinh viên ngành Công nghệ thông tin, Kỹ thuật phần mềm và các lập trình viên mới bắt đầu tiếp cận lĩnh vực lập trình ứng dụng di động:

• Phần kiến trúc Android (Chương 1): Cung cấp bức tranh toàn cảnh về các tầng hệ thống, cơ chế phân bổ tài nguyên CPU (giới hạn 5-10% cho tiến trình chạy nền), hoạt động của máy ảo Dalvik và lịch sử phát triển các phiên bản Android.
• Phần môi trường và công cụ (Chương 2): Cung cấp tài liệu hướng dẫn từng bước về việc cài đặt Android Studio, cấu hình dự án, quản lý thư mục tài nguyên (manifest, java, res/layout, res/values) và thiết lập máy ảo Genymotion kết hợp VirtualBox.
• Phần tích hợp Firebase (Chương 3): Là hướng dẫn thực tế về cách thức nhúng dịch vụ đám mây Backend-as-a-Service, thiết kế cấu trúc dữ liệu NoSQL dạng cây JSON và xây dựng logic gửi/nhận dữ liệu thời gian thực cho ứng dụng di động.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ điều hành Android kiểm soát việc sử dụng tài nguyên CPU đối với các ứng dụng chạy nền của bên thứ ba như thế nào?
Theo phân tích kiến trúc tại Chương 1, Android cho phép ứng dụng của bên thứ ba chạy nền nhưng áp dụng cơ chế giới hạn không được phép sử dụng quá 5% đến 10% công suất CPU nhằm tránh hiện tượng độc quyền tài nguyên và đảm bảo hệ thống vận hành ổn định.

2. Tiền thân của dịch vụ Firebase là gì và cột mốc Google mua lại diễn ra vào năm nào?
Tiền thân của Firebase là dịch vụ Envolve (thành lập nhằm cung cấp API tích hợp tính năng chat cho website). Năm 2012, hệ thống đồng bộ dữ liệu thời gian thực được tách ra thành lập công ty Firebase, và đến năm 2014, Google đã chính thức mua lại Firebase để phát triển thành nền tảng backend đám mây cho di động.

3. Tại sao tác giả khuyến cáo nên sử dụng vi xử lý Intel khi làm việc với máy ảo Android Studio?
Tác giả nêu rõ khi sử dụng bộ giả lập Android Studio (AVD), vi xử lý Intel hỗ trợ các tính năng tăng tốc phần cứng như Intel VT-x, Intel EM64T và Execute Disable Bit giúp quá trình chạy máy ảo ít bị giật hơn so với một số dòng vi xử lý khác.

4. Ứng dụng chat trong đồ án đã hiện thực hóa những chức năng cụ thể nào trên thiết bị?
Ứng dụng hoàn thiện 6 nhóm chức năng chính gồm: Đăng ký tài khoản, đăng nhập hệ thống, hiển thị danh sách tài khoản người dùng, chỉnh sửa hồ sơ cá nhân (profile), nhắn tin trên kênh riêng tư 1-1 theo thời gian thực, xóa tin nhắn trò chuyện và đăng xuất/thoát ứng dụng.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Xây dựng ứng dụng chat trong Android với Firebase" của sinh viên Bùi Văn Vũ đã hoàn thành đầy đủ các yêu cầu nghiên cứu lý thuyết và triển khai kỹ thuật được giao. Tác giả đã hệ thống hóa kiến trúc hệ điều hành Android, quy trình làm việc trên Android Studio và kỹ thuật tích hợp cơ sở dữ liệu thời gian thực Firebase. Sản phẩm ứng dụng chat được đóng gói hoàn chỉnh dưới dạng tệp *.apk, đáp ứng các chức năng nhắn tin riêng tư thời gian thực và quản lý người dùng trên môi trường thử nghiệm thực tế. Đây là công trình mang tính ứng dụng cao, cung cấp tài liệu tham khảo rõ ràng cho việc phát triển ứng dụng di động trên nền tảng Android kết hợp giải pháp Backend-as-a-Service.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 1.1 Giới thiệu hệ điều hành android 1.1 Hệ điều hành Hệ điều hành là một phần mềm dùng để điều hành, quản lý các thiết bị phần cứng và các tài nguyên phần mềm. Hệ điều hành đóng vai trò trung gian trong việc giao tiếp giữa người sử dụng và phần cứng của máy, cung cấp một môi trường cho phép người sử dụng phát triển và thực hiện các ứng dụng của họ một cách dễ dàng 1.2 Hệ điều hành Android Android là hệ điều hành trên điện thoại di động có màn hình cảm ứng như điện thoại thông minh, máy tính bảng và trên một số đầu phát HD, HD Player, TV. Được phát triển bởi Google và dựa trên nền tảng Linux[1]. Trước đây Android được phát triển bởi công ty liên hợp Android, sau đó được Google mua lại vào năm 2005.

Các nhà phát triển viết ừng dụng bằn cho Android bằng ngôn ngữ Java. Android ra mắt lần đầu tiên vào ngày 5 tháng 11 năm 2007 và tuyên bố thành lập Liên minh thiết bị cầm tay mở. Một hiệp hiệp hội được thành lập với các công ty phần cứng, phần mềm và viễn thông với mục đích tạo nên một chuẩn mở cho điện thoại thông minh trong tương lai. Android là hệ điều hành mã nguồn mở cùng với việc phát hành mã nguồn mở theo giấy phép Apache của Google.

Apache là là một giấy phép không có nhiều ràng buộc cùng với mã nguồn mở đã cho phép các nhà phát triển thiết bị di,các nhà mạng và các lập trình viên nhanh chóng tiếp cận điểu chỉnh và phân phối Android một cách tự do. Một số lượng lớn lập trình viên chuyên viết các ứng dụng mở rộng chức năng của các thiết bị, bằng ngôn ngữ lập trình Java có sửa đổi. Nhờ yếu tố mở và một giấy phép không có nhiều ràng buộc, Android ngày nay đã trở thành một trong những nền tảng dị động nổi tiếng khắp thế 5 Luan van giới. Bằng chứng là với bản chất “mở” của mình thì Android đã thu hút được một cộng đồng lập trình viên, chuyên viên phát triển ứng dụng, theo thông kê tháng 10 năm 2012 đã xuất hiện khoảng 700.000 ứng dụng Android và số lượng tải từ Google Play, cửa hàng ứng dụng chính của Android được ước tính vào khoảng 25 tỷ lượt.

Về mặt thiết bị thì nền tảng này liên tục được các nhà sản xuất thiết bị lựa chọn khi mà Android hội tụ quá nhiều ưu điểm như: vận hành nhẹ nhàng, có khả năng tinh chỉnh tốt và tiết kiệm chi phí để chạy trên các thiết bị công nghệ cao của mình.1: Kho ứng dụng Android Vào thời điểm quý II năm 2017 Android đã chiếm 87,7% thị phần smartphone trên toàn thế giới với tổng cộng 2 tỷ thiết bị được kích hoạt và 1,3 triệu lượt kích hoạt mỗi ngày. Đây có thể được xem là một dấu ấn mạnh mẽ nhất trong công cuộc khẳng định vị thế của Android trên thị trường quốc tế.2 Sự ra đời và lịch sử phát triển 1.1 Sự ra đời của Android Cha đẻ của Android: hệ điều hành Android được lấy tên từ Android, Inc công ty khai sinh ra nó[1]. Công ty này được thành lập tại Palo Alto, California vào tháng 10 năm 2003 bởi Andy Rubin, Rich Miner, và Chris White. Mặc dù những người sáng lập và nhân viên của công ty đều là những người có tiếng tăm, Android Inc vẫn hoạt động một cách âm thầm, chỉ tiết lộ 6 Luan van rằng họ đang làm phần mềm cho điện thoại di động.

Cuối năm 2003, Rubin cạn vốn. Bạn thân của ông Steve Perlman, đã hùn vốn 10 ngàn USD nhưng từ chối tham gia vào công ty.2 Lịch sử phát triển của Android Trở thành một phần của Google: ngày 17/08/2005 Google mua lại Android Inc, biến nó thành một phần trực thuộc của Google. Những nhân viên chủ chốt của tổng công ty Android vẫn là Rubin, Miner và While vẫn tiếp tục ở lại phát triển hệ điều hành của họ. Quyết định này đưa ra để sử dụng Linux làm làm nền tảng cho hệ điều hành Android và điều đó cũng có nghĩa là Android sẽ được cung cấp miễn phí cho các nhà sản xuất điện thoại di động của bên thứ ba.

Google và nhóm Android cảm thấy công ty có thể kiếm tiền với các dịch vụ khác sử dụng hệ điều hành, bao gồm cả ứng dụng. Tại Google, nhóm do Rubin đứng đầu đã phát triển một nền tảng thiết bị di động dựa trên nhân Linux, được họ tiếp thị đến các nhà sản xuất thiết bị cầm và các nhà mạng trên những tiền đề về việc cung cấp một hệ thống mềm dẻo, có khả năng nâng cấp mở rộng cao. Một số nguồn tin cho biết trước đó Google đã lên danh sách các thành phần phần cứng và các đối tác phần mềm, đồng thời ra hiệu với các nhà mạng rằng họ sẵn sàng hợp tác ở nhiều cấp độ khác nhau. Ngày càng nhiều suy đoán rằng Google sẽ tham gia thị trường điện thoại di động xuất hiện trong tháng 12 năm 2006.

Tin tức của BBC và Nhật báo phố Wall chú thích rằng Google muốn đưa công nghệ tìm kiếm và các ứng dụng của họ vào điện thoại di động và họ đang nỗ lực làm việc để thực hiện điều này. Các phương tiện truyền thông in và online cũng sớm có bài viết về những tin đồn cho rằng Google đang phát triển một thiết bị cầm tay mang thương hiệu của Google. Càng có nhiều suy đoán sau bài viết về việc Google đang định nghĩa các đặc tả công nghệ và trình diễn các mẫu thử với các nhà sản xuất điện thoại di động và nhà mạng. 7 Luan van Android liên tục được phát triển, mỗi bản cập nhật từ Google là mỗi lần Android được tối ưu hóa hoạt động tốt hơn, nhanh và ổn định hơn, hỗ trợ thêm công nghệ mới.

Chẳng hạn theo đanh giá thì Android phiên bản 2.2 hoạt động nhanh hơn bản 2. Hiện nay, phiên bản mới nhất của Android là phiên bản Android Q.3 Các phiên bản của Android Android bắt đầu với bản beta đầu tiên vào tháng 11 năm 2007 và phiên bản thương mại đầu tiên[2].0 được phát hành vào tháng 9 năm 2008. Kể từ tháng 4 năm 2009, phiên bản Android được phát triển, đặt tên theo chủ đề bánh kẹo và phát hành theo thứ tự bảng chữ cái: Cupcake, Donut, Éclair, Froyo, Gingerbread, Honeycomb, Ice Cream Sandwich, Jelly Bean, Kithat, và phiên bản hiện tại Lollipop. Kỷ nguyên của Android chính thức bắt đầu vào ngày 22 tháng 10 năm 2008, khi chiếc điện thoại T-Mobile G1 bắt đầu được bán tại Mỹ.

Vào thời gian đầu, rất nhiều tính năng cơ bản bị thiếu sót như: bàn phím ảo, cảm ứng đa điểm và tính năng mua ứng dụng vẫn chưa xuất hiện. Tuy nhiên, một số tính năng cũng như giao diện đặc sản của hệ điều hành này đã khởi nguồn từ chiếc G1 và trở thành những yếu tố không thể thiếu trên Android sau này.1 Phiên bản Android 1.0 Lần đầu tiên phiên bản Android được phát hành vào ngày 23 tháng 9 năm 2003. So với những hệ điều hành di động phổ biến thời điểm đó, Android đem đến nhiều trải nghiệm mới mẻ độc đáo như màn hình Home Screen, thành thông báo Notifications được kích hoạt theo phương thức vuốt dọc màn hình theo chiều từ trên xuống. Ngoài ra, giới công nghệ còn hết sức ấn tượng với khả năng liên kết với Google Mail của Android 1.

Sảm phẩm làm lên tên tuổi cho Android sau đó HTC Cream, ra mắt 1 năm sau đó.2 Phiên bản Android 1.5: CupCake Tên mã công khai chính thức đầu tiên của Android đã không xuất hiện cho đến phiên bản 1.5 Cupcake vào ngày 27 tháng 4 năm 2009. Nó đã bổ sung khá nhiều tính năng và cải tiến mới só với hai phiên bản công khai đâu tiên, như khả năng tải video lên YouTube, cách hiển thị màn hình của điện thoại tự động xoay chiều sang đúng ví trị và hỗ trợ bàn phím của bên thứ ba. Một số điện thoại được phát hành với Cucake bao gồm điện thoại Samsung Galaxy đầu tiên, cùng với HTC Hero.3 Phiên bản Android 1.6: Donut Google đã nhanh chóng tung ra Android 1.6 Donut vào tháng 9 năm 2009. Một số tính năng mới hỗ trợ cho các nhà mạng sử dụng mạng CDMA.

Điều này giúp đưa điện thoại Android được bán trên toàn thế giới. Các tính năng khác bao gồm việc giới thiệu Quick Search Box và nhanh chóng chuyển đổi giữa máy ảnh, máy quay và thư viện để sắp xếp trải nghiệm chụp media. Donut cũng đã giới thiệu tiện ích Power Control để quản lý Wifi, Bluetooth, GPS,… 1.4 Phiên bản Android 2.0 và phiên bản Android 2.1: Eclair Vào thang 10 năm 2009, sau khoảng một năm tung ra bản Android 1.0, Google đã tung ra bản 2.0 với tên là Eclair. Đây là phiên bản đầu tiên bổ sung hỗ trợ Text-to-Speech và cũng giới thiệu các hình nền động, hỗ trợ nhiều tài khoản và điều hương Google Maps trong số nhiều tính năng và cải tiến mới khác.5 Phiên bản Android 2.2: Froyo Ra mắt vào tháng 5 năm 2010, Android 2.2 Froyo đã chính thức ra mắt.

Điện thoại thông minh có cài đặt Froyo có thể tận dụng một số tính năng mới, bao gồm chức năng điểm phát sóng di động Wifi, đẩy thông báo qua dịch vụ C2DM của Android Cloud, hỗ trợ flash và nhiều hơn thế nữa.6 Phiên bản Android 2.3: Gingerbread Được ra mắt vào tháng 9 năm 2010, hiện là phiên bản cũ nhất của hệ điều hành mà Google vẫn đang liệt kê trong trang cập nhật phiên bản hàng tháng. Tính đến ngày 13/09/2017 Google chỉ ra rằng chỉ 0,6% của tất cả các thiết bị Android hiện đang chạy phiên bản 2. Hệ điều hành này đã thêm hỗ trợ chức năng giao tiếp NFC.7 Phiên bản Android 3.0: Honeycomb Honeycomb được Google phát hành chỉ để cài đặt trên máy tính bảng và các thiết bị di động có màn hình lớn hơn so với điện thoại thông minh hiện tại. Honeycomb lần đầu tiên được giới thiệu vào tháng 2 năm 2011, cùng với những thiết kế phù hợp với máy tính bảng.8 Phiên bản Android 4.0: Ice Cream Sandwich Được phát hành vào tháng 10 năm 2011, phiên bản Ice Cream Sandwich của Android đã mang một số tính năng mới cho người dùng.

Nó kết hợp nhiều tính năng của phiên bản Honeycomb dành cho máy tính bảng với Gingerbread theo định hướng smartphone. Cùng với sự hỗ trợ đầu tiên để mở khóa điện thoại bằng cách chụp ảnh khuôn mặt của chủ sở hữu. Loại hỗ trợ sinh trắc học đã phát triển và cải thiện đáng kể từ đó.9 Phiên bản Android 4.1: Jelly Bean Kỷ nguyên Jelly Bean của Android bắt đầu vào tháng 6 năm 2012 với việc phát hành Android 4.