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春风十里不如你、与IPC的邂逅

2019-11-07 22:50:38
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来源:转载
供稿:网友

今天要梳理的知识是Android中的ipC机制,由于这一点难度太高又相对重要,所以笔者也是主要参考了一些书才完成了这篇文章。

IPC是Inter-PRocess Communication的缩写,含义是进程间通信或者是进程间通信,是指两个进程之间进行数据交换的过程。

先说一下进程与线程的定义吧 进程(Process)是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统结构的基础。线程,有时被称为轻量级进程(Lightweight Process,LWP),是程序执行流的最小单元。 所以多进程有什么意义呢?

好处:

分担主进程的内存压力。 当应用越做越大,内存越来越多,将一些独立的组件放到不同的进程,它就不占用主进程的内存空间了。当然还有其他好处,有心人会发现使应用常驻后台,防止主进程被杀守护进程,守护进程和主进程之间相互监视,有一方被杀就重新启动它。 Android后台进程里有很多应用是多个进程的,因为它们要常驻后台,特别是即时通讯或者社交应用,不过现在多进程已经被用烂了。 典型用法是在启动一个不可见的轻量级私有进程,在后台收发消息,或者做一些耗时的事情,或者开机启动这个进程,然后做监听等。

坏处:

消耗用户的电量。多占用了系统的空间,若所有应用都这样占用,系统内存很容易占满而导致卡顿。应用程序架构会变得复杂,因为要处理多进程之间的通信。这里又是另外一个问题了。

其它缺陷:

application的多次重建。静态成员和单例模式的完全失效。线程同步机制失效。SharedPreference可靠性下降。

既然它有很多缺点,所以我们就放弃吧

(怎么可能?你在逗我?当然要学习啊!)

下面通过一些小代码来看一下吧 在Android中使用多进程只有一种方法: 就是给四大组件(Activity、Service、Receiver、ContentProvider)在AndroidManifest中指定android:process属性。

<activity android:name=".MainActivity" android:configChanges="orientation|screenSize" android:label="@string/app_name" android:launchMode="standard" > <intent-filter> <action android:name="android.intent.action.MAIN" /> </intent-filter> </activity> <activity android:name=".SecondActivity" android:configChanges="screenLayout" android:label="@string/app_name" android:process=":remote" /> <activity android:name=".ThirdActivity" android:configChanges="screenLayout" android:label="@string/app_name" android:process="com.ryg.chapter_2.remote" />

上面的代码中, (1)MainActivity没有指定process属性,所以它运行在默认的进程中,默认进程的进程名是包名。 (2)SecondActivity会运行在一个单独的进程中,进程名为“com.ryg.chapter_2:remote”,其中com.ryg.chapter_2是包名。在程序中的冒号“:”的含义是指要在当前的进程名前面附加上当前的包名,是一种简写的方法。而且以“:”开头的进程属于当前应用的私有进程,其他应用的组件不可以和它跑在同一个进程中。 (3)ThirdActivity会运行在另一个单独的进程中,进程名为“com.ryg.chapter_2.remote”。这是一种完整的命名方式。属于全局进程,其他应用通过ShareUID方式可以和它跑在同一个进程中。 进程也创建好了,下面就是通信的内容了 在Android中最有特色的进程间通信方式就是Binder了,通过Binder可以轻松地实现进程间通信。 当我们需要通过Intent和Binder传输数据时就需要使用Parcelable或者Serializeble。Serializable和Parcelable接口可以完成对象的序列化过程。还有时候我们需要把对象持久化到存储 设备上或者通过网络传输给其他客户端,这个时候也需要Serializable来完成对象的持久化。 http://blog.csdn.net/callmesp/article/details/54632139 在我的这篇博客里面有使用过Serializable,我们就不再讲解了。我们就说一下Parcelable吧。

Parcelable也是一个接口,只要实现这个接口,一个类的对象就可以实现序列化并可以通过Intent和Binder传递。

看一个小demo

public class User implements Parcelable { public int userId; public String userName; public boolean isMale; public Book book; public User(int userId, String userName, boolean isMale) { this.userId = userId; this.userName = userName; this.isMale = isMale; } /* * 内容描述功能几乎都是直接返回0的。 * */ public int describeContents() { return 0; } /* * 序列化由writeToParcel方法来完成,最终是通过Parcel中一系列write方法来完成的。 * 其中flags标识有两种值:0和1(PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE)。 * 为1时标识当前对象需要作为返回值返回,不能立即释放资源, * 几乎所有情况都为0。 * */ public void writeToParcel(Parcel out, int flags) { out.writeInt(userId); out.writeString(userName); out.writeInt(isMale? 1:0); out.writeParcelable(book, 0); } /* * 反序列化功能是由CREATOR来完成,其内部标明了如何创建序列化对象和数组, * 并通过Parcel的一些了read方法来完成反序列化过程。 * */ public static final Parcelable.Creator<User> CREATOR = new Parcelable.Creator<User>() { // 从序列化后的对象中创建原始对象。 public User createFromParcel(Parcel in) { return new User(in); } // 创建指定长度的原始对象数组 public User[] newArray(int size) { return new User[size]; } }; /* * Parcel内部包装了可序列化的数据,可以在Binder中自由传输。 * 从序列化后的对象中创建原始对象。 * */ private User(Parcel in) { userId = in.readInt(); userName = in.readString(); isMale = in.readInt() == 1; /* * 由于book是另一个可序列化对象,所以它的反序列化过程需要传递当前线程的上下文类加载器, * 否则会报无法找到类的错误。 * */ book = in.readParcelable(Thread.currentThread().getContextClassLoader()); } }

既然Parcelable和Serializable都能实现系列化并且都可用于Intent间的数据传递,该如何选取呢?

Serializable用起来简单,但开销很大,序列化和反序列化过程都需要大量的I/O操作。Parcelable是Android中的序列化方式,更适合在Android平台上使用,用起来比较麻烦,效率很高,首选。主要用在内存序列化上。

接下来就到了我们的重头戏Binder:

Binder实现了IBinder接口

从IPC角度来说,Binder是Android中的一种跨进程通信方式。Binder还可以理解为一种虚拟的物理设备,它的设备驱动是/dev/binder,这种通信方式在linux中没有。

从Android Framework角度来说,Binder是ServiceManager连接各种Manager(ActivityManager、WindowManager,等等)和相应ManagerService的桥梁。

从Android应用层来说,Binder是客户端和服务端进行通信的媒介,当bindService的时候,服务端会返回一个包含了服务端业务调用的Binder对象,通过这个对象,客户端就可以获取服务端提供的服务或者数据,这里的服务包括普通服务和基于AIDL的服务。

AIDL即Android interface definition Language,即Android接口定义语言。 在分析Binder的工作原理之前,我们先补充一下Android设计模式之Proxy模式

Proxy代理模式简介

代理模式是对象的结构模式。代理模式给某一个对象提供一个代理对象,并由代理对象控制对原对象的引用。模式的使用场景:就是一个人或者机构代表另一个人或者机构采取行动。在一些情况下,一个客户不想或者不能够直接引用一个对象,而代理对象可以在客户端和目标对象之间起到中介的作用。

抽象对象角色AbstarctObject:声明了目标对象和代理对象的共同接口,这样一来在任何可以使用目标对象的地方都可以使用代理对象。

目标对象角色RealObject:定义了代理对象所代表的目标对象。

代理对象角色ProxyObject:代理对象内部含有目标对象的引用,从而可以在任何时候操作目标对象;代理对象提供一个与目标对象相同的接口,以便可以在任何时候替代目标对象。代理对象通常在客户端调用传递给目标对象之前或之后,执行某个操作,而不是单纯地将调用传递给目标对象。 Proxy代理模式的简单实现 抽象对象角色:

public abstract class AbstractObject { //操作 public abstract void Operation(); }

目标对象角色:

public class RealObject extends AbstractObject { @Override public void operation() { //一些操作 System.out.println("一些操作"); } }

代理对象角色:

public class ProxyObject extends AbstractObject{ RealObject realObject = new RealObject();//目标对象角色 @Override public void operation() { //调用目标对象之前可以做相关操作 System.out.println("before"); realObject.operation(); //目标对象角色的操作函数 //调用目标对象之后可以做相关操作 System.out.println("after"); } }

客户端:

public class Client { public static void main(String[] args) { AbstractObject obj = new ProxyObject(); obj.operation(); } }

我们通过一个案例来分析Binder工作原理

我们需要新建一个AIDL示例,SDK会自动为我们生产AIDL所对应的Binder类。 (1)Book.java:这里面没有什么特殊之处,为了实现Parcelable,添加了几个方法,上面在Parcelable部分已经介绍过了。

package com.ryg.chapter_2.aidl; import android.os.Parcel; import android.os.Parcelable; /* * (1)它是一个表示图示信息的类, * 它实现了Parcelable接口,因为实现了Parcelable接口便可以进行序列化 * (2)Book.aidl是Book类在ADIL中的声明。 * (3)IBookManager.aidl是我们定义的一个接口,里面有两个方法:getBookList和addBook, * 其中getBookList用于从远程服务端获取图书列表,而addBook用于往图书列表中添加一本书, * 当然这两个方法主要是示例用,不一定要有实际意义。 * (4)尽管Book类和IBookManager位于相同的包中,但是在IBookManager中仍然要导入Book类, * 这就是AIDL的特殊之处。 * */ public class Book implements Parcelable { public int bookId; public String bookName; /* * 普通构造函数: * */ public Book() { } /* * 普通构造函数: * */ public Book(int bookId, String bookName) { this.bookId = bookId; this.bookName = bookName; } public int describeContents() { return 0; } /* * 序列化: * */ public void writeToParcel(Parcel out, int flags) { out.writeInt(bookId); out.writeString(bookName); } /* * 反序列化, * 这个creator就是通过一个Parcle来创建一个book对象或者数组。 * */ public static final Parcelable.Creator<Book> CREATOR = new Parcelable.Creator<Book>() { public Book createFromParcel(Parcel in) { return new Book(in); } public Book[] newArray(int size) { return new Book[size]; } }; /* * 用于反序列化的构造函数: * */ private Book(Parcel in) { bookId = in.readInt(); bookName = in.readString(); } @Override public String toString() { return String.format("[bookId:%s, bookName:%s]", bookId, bookName); } }

(2)Book.aidl:它是Book在AIDL中的声明。

package com.ryg.chapter_2.aidl; parcelable Book;

(3)IBookManager.aidl:虽然Book类已经和IBookManager位于相同的包中,但是这里依然需要导入Book类。这是AIDL的特殊之处。 它是一个接口,里面有四个方法。

package com.ryg.chapter_2.aidl; import com.ryg.chapter_2.aidl.Book; import com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener; interface IBookManager { List<Book> getBookList(); void addBook(in Book book); void registerListener(IOnNewBookArrivedListener listener); void unregisterListener(IOnNewBookArrivedListener listener); }

(4)下面我们要看一下系统为IBookManager.aidl生产的Binder类,在gen目录下有一个IBookManager.java的类,这就是我们要找的类。

/* * This file is auto-generated. DO NOT MODIFY. */ package com.ryg.chapter_2.aidl; /* * IBookManager它继承了IInterface这个接口,同时它自己也还是个接口, * 所有可以在Binder中传输的接口都要继承IInterface接口。 * 首先,它声明了两个方法getBookList和addBook,显然这就是我们在IBookManager.aidl中所声明的方法, * 同时它还声明了两个整型的id分别用于标识这两个方法。 * 接着,它声明了一个内部类Stub,这个Stub就是一个Binder类, * 当客户端和服务端都位于同一个进程时,方法调用不会走跨进程的transact过程, * 而当两者位于不同进程时,方法调用需要走transact过程, * 这个逻辑由Stub的内部代理类Proxy来完成。 * */ public interface IBookManager extends android.os.IInterface { /** Local-side IPC implementation stub class. */ /* * 首先这个Stub,它是一个内部类,它继承了Binder,所以它是一个Binder, * 同时Stub还实现了IBookManager中的方法。 * */ public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager { /* * Binder的唯一标识符。 * */ private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager"; /** Construct the stub at attach it to the interface. */ public Stub() { this.attachInterface(this, DESCRIPTOR); } /** * Cast an IBinder object into an com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager interface, * generating a proxy if needed. */ /* * 用于将服务端的Binder对象转换成客户端所需的AIDL接口类型的对象, * 这种转换过程是区分进程的, * 如果客户端和服务端位于同一进程,那么此方法返回的就是服务端的Stub对象本身, * 否则返回的是系统封装后的Stub.proxy代理对象。 * */ public static com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager asInterface(android.os.IBinder obj) { if ((obj==null)) { return null; } android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR); // 同一进程 if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager))) { return ((com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager)iin); } // 不同进程 return new com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager.Stub.Proxy(obj); } /* * 此方法用于返回当前Binder对象,也就是内部类Stub。 * */ @Override public android.os.IBinder asBinder() { return this; } /* * 这个方法运行在服务端中的Binder线程池中, * 当客户端发起跨进程请求时,远程请求会通过系统底层封装后交由此方法来处理。 * 服务端通过code可以确定客户端所请求的目标方法是什么, * 接着从data中取出目标方法所需的参数, * 然后执行目标方法。 * 当目标方法执行完毕后,就向reply中写入返回值。 * 如果此方法返回false,那么客户端的请求会失败,因此我们可以利用这个特性来做权限验证。 * */ @Override public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException { switch (code) { case INTERFACE_TRANSACTION: { reply.writeString(DESCRIPTOR); return true; } case TRANSACTION_getBookList: { data.enforceInterface(DESCRIPTOR); /* * 这句才是调用了真正的执行过程呢 * */ java.util.List<com.ryg.chapter_2.aidl.Book> _result = this.getBookList(); reply.writeNoException(); reply.writeTypedList(_result); return true; } case TRANSACTION_addBook: { data.enforceInterface(DESCRIPTOR); com.ryg.chapter_2.aidl.Book _arg0; if ((0!=data.readInt())) { _arg0 = com.ryg.chapter_2.aidl.Book.CREATOR.createFromParcel(data); } else { _arg0 = null; } /* * 这句才是调用了真正的执行过程呢 * */ this.addBook(_arg0); reply.writeNoException(); return true; } case TRANSACTION_registerListener: { data.enforceInterface(DESCRIPTOR); com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener _arg0; _arg0 = com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener.Stub.asInterface(data.readStrongBinder()); this.registerListener(_arg0); reply.writeNoException(); return true; } case TRANSACTION_unregisterListener: { data.enforceInterface(DESCRIPTOR); com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener _arg0; _arg0 = com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener.Stub.asInterface(data.readStrongBinder()); this.unregisterListener(_arg0); reply.writeNoException(); return true; } } return super.onTransact(code, data, reply, flags); } /* * 代理类Proxy。 * */ private static class Proxy implements com.ryg.chapter_2.aidl.IBookManager { /* * 这个mRemote代表的就是目标对象角色, * */ private android.os.IBinder mRemote; Proxy(android.os.IBinder remote) { mRemote = remote; } @Override public android.os.IBinder asBinder() { return mRemote; } public java.lang.String getInterfaceDescriptor() { return DESCRIPTOR; } /* * 这个方法运行在客户端, * 因为当客户端和服务端不在同一进程时,服务端返回代理类Proxy,所以客户端会通过Proxy调用到代理类的getBookList方法, * 当客户端远程调用此方法时,它的内部实现是这样的: * 首先创建该方法所需要的输入型Parcel对象_data、输出型Parcel对象_reply和返回值对象List, * 然后把该方法的参数信息写入_data中, * 接着调用transact方法来发起RPC(远程过程调用)请求,同时当前线程挂起, * 然后服务端的onTransact方法会被调用,直到RPC过程返回后,当前线程继续执行, * 并从_reply中取出RPC过程的返回结果。 * 最后返回_reply中的数据。 * */ @Override public java.util.List<com.ryg.chapter_2.aidl.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException { android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain(); android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain(); java.util.List<com.ryg.chapter_2.aidl.Book> _result; try { _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR); mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getBookList, _data, _reply, 0); _reply.readException(); _result = _reply.createTypedArrayList(com.ryg.chapter_2.aidl.Book.CREATOR); } finally { _reply.recycle(); _data.recycle(); } return _result; } @Override public void addBook(com.ryg.chapter_2.aidl.Book book) throws android.os.RemoteException { android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain(); android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain(); try { _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR); if ((book!=null)) { _data.writeInt(1); book.writeToParcel(_data, 0); } else { _data.writeInt(0); } mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_addBook, _data, _reply, 0); _reply.readException(); } finally { _reply.recycle(); _data.recycle(); } } @Override public void registerListener(com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener listener) throws android.os.RemoteException { android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain(); android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain(); try { _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR); _data.writeStrongBinder((((listener!=null))?(listener.asBinder()):(null))); mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_registerListener, _data, _reply, 0); _reply.readException(); } finally { _reply.recycle(); _data.recycle(); } } @Override public void unregisterListener(com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener listener) throws android.os.RemoteException { android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain(); android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain(); try { _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR); _data.writeStrongBinder((((listener!=null))?(listener.asBinder()):(null))); mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_unregisterListener, _data, _reply, 0); _reply.readException(); } finally { _reply.recycle(); _data.recycle(); } } } /* * 用于标识方法的整型id。 * 它们用于在transact过程总客户端所请求的到底是哪个方法。 * */ static final int TRANSACTION_getBookList = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0); static final int TRANSACTION_addBook = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1); static final int TRANSACTION_registerListener = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 2); static final int TRANSACTION_unregisterListener = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 3); } /* * 声明了在IBookManager.aidl中所声明的方法。 * 这里才是真正的方法声明。具体实现我们仍然没有看到呢。 * */ public java.util.List<com.ryg.chapter_2.aidl.Book> getBookList() throws android.os.RemoteException; public void addBook(com.ryg.chapter_2.aidl.Book book) throws android.os.RemoteException; public void registerListener(com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener listener) throws android.os.RemoteException; public void unregisterListener(com.ryg.chapter_2.aidl.IOnNewBookArrivedListener listener) throws android.os.RemoteException; }

**注意点一:上面的Book类,就是一个可以Parcelable序列化的简单的Book类,它里面没有任何的方法,就是定义了一个简单的Book类结构。 注意点二:Book.aidl的存在是因为在IBookManager.aidl中出现的对象也必须有aidl声明。 注意点三:在IBookManager.aidl中,对于自动生成的IBookManager.java文件,它是服务器端的代码。当客户端向服务端发送连接请求时,如果客户端和服务端在同一进程中,那么服务端就向客户端返回Stub这个Binder对象,如果客户端和服务端在不同进程中,那么服务端就向客户端返回内部类Stub的内部代理类Proxy,然后客户端根据这个Proxy来调用Proxy内部的方法,这个Proxy内部含有服务端真正的Binder对象也就是那个内部类Stub,在客户端调用Proxy内部的方法也就会导致调用Stub的transact方法,而Stub的transact方法又会回调它自己的onTransact方法,onTransact方法是在服务端运行的,而transact方法是在客户端调用的,这样就实现了客户端调用服务端的方法了。当然这所有的传递过程也少不了Parcel这个数据包的协助。**


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