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学习笔记 | Android开发艺术之IPC机制

分类: 文章 • 2022-10-03 12:18:23

知识储备
 a. IPC（Inter-Process Communication）：进程间通信或者跨进程通信，是指两个进程之间进行数据交换的过程。
 b. 线程：CPU调度的最小单元，是一种有限的系统资源。
 c. 进程：一般指一个执行单元，在PC和移动设备上指一个程序或者一个应用。一个进程可以包含多个线程。
 d. ANR（Application Not Responding）：应用无响应。

一、Android中的多进程模式

（1）. 开启多进程模式的方式

 a. 给四大组件在AndroidMenifest中指定android:process属性（常用）

 区别：android:process=":remote"与android:process="com.ryg.chapter_2.remote"

  • “:”的含义是指要在当前的进程名前面附加上当前的包名，简写方法。
  • 进程名以“:”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。
  • 进程名不以“:”开头的进程属于全局进程，其他应用通过ShareUID（要求：两个应用有相同的ShareUID并且签名相同）方式可以和它跑在同一个进程中。

    b. 通过JNI在native层去fork一个新的进程（不常用）

（2）查看进程信息的方法

  • 通过DDMS视图查看进程信息
  • 通过shell查看，命令为：adb shell ps|grep 包名

（3）多进程造成的问题

 a. 静态成员和单例设计模式失效
 运行在不同进程中的四大组件，需要通过内存来共享数据，但不同进程的内存区域不一样。

 b. 线程同步机制失效
 原因类似，无法锁对象或者类。

 c. SharedPreferences 可靠性下降
 因为SharedPreferences底层是通过读写XML文件实现的，不支持多个进程的并发操作。

 d. Application 多次创建
 系统要在创建新的进程同时分配独立的虚拟机，相当于把这个应用重新启动了一遍，那么自然会创建新的Application（运行在同一个进程中的组件是属于同一个虚拟机和同一个Application的，同理，运行在不同进程中的组件是属于两个不同的虚拟机和Application的）。

二、IPC基础概念

（1）序列化

 a. 序列化：由于存在于内存中的对象都是暂时的，无法长期驻存，为了把对象的状态保持下来，这时需要把对象写入到磁盘或者其他介质中，这个过程就叫做序列化。

 b. 反序列化：把已存在在磁盘或者其他介质中的对象，反序列化（读取）到内存中，以便后续操作，而这个过程就叫做反序列化。

 c. Serializable接口和Parcelable接口
 任务：为对象提供标准的序列化和反序列化操作
 区别:

Serializable Parcelable
平台 Java中的序列化接口 Android中的序列化接口
实现原理 将一个对象转换成可存储或可传输的状态 将一个完整的对象进行分解， 而分解后的每一部分都是Intent所支持的数据类型
实现方式 只需要implements Serializable 即可 不仅需要implements Parcelabel，还需要在类中添加一个静态成员变量CREATOR，这个变量需要实现 Parcelable.Creator 接口
性能 创建了大量临时对象，造成垃圾回收 效率高
适用场景 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 主要用在内存序列化上
读写数据的方式 通过使用IO流的形式将数据读写入在硬盘上 在内存中直接进行读写

 d. Parcelable的方法说明：

  • 序列化功能由writeToParcel方法来完成，最终是通过Parcel中的一系列write方法来完成的；
  • 反序列化功能由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的一系列read方法来完成反序列化过程；
  • 内容描述功能由describeContents方法来完成，几乎在所有情况下这个方法都应该返回0，仅当当前对象中存在文件描述符时，此方法返回1。

 e. serialVersionUID

  • 含义：是Serializable接口中用来辅助序列化和反序列化过程。
  • 不参与序列化过程的情况：（1）静态成员变量属于类不属于对象；（2）用transient关键字标记的成员变量。
  • 注意：（1）原则上序列化后的数据中的serialVersionUID要和当前类的serialVersionUID 相同才能正常的序列化。（2）手动指定serialVersionUID可以在很大程度上避免反序列化过程的失败。

（2）Binder

 a. 概念
Binder是Android中的一种跨进程通信方式，是客户端和服务端进行通信的媒介。

 b. 工作原理：

  • 服务器端：在服务端创建好了一个Binder对象后，内部就会开启一个线程用于接收Binder驱动发送的消息，收到消息后会执行onTranscat()，并按照参数执行不同的服务端代码。
  • Binder驱动：在服务端成功Binder对象后，Binder驱动也会创建一个mRemote对象（也是Binder类），客户端可借助它调用transcat()即可向服务端发送消息。
  • 客户端：客户端要想访问Binder的远程服务，就必须获取远程服务的Binder对象在Binder驱动层对应的mRemote引用。当获取到mRemote对象的引用后，就可以调用相应Binder对象的暴露给客户端的方法。

 c. Server端拥有的是Binder的实体；Client端拥有的是Binder的引用

推荐阅读：Android跨进程通信：图文详解 Binder机制 原理

（3）Android中的IPC方式

方式 说明 补充
Bundle 实现了Parcelable接口，支持在Activity、Service和Receiver之间通过Intent.putExtra()传递Bundle数据
文件共享 两个进程通过读/写同一个文件来交换数据。比如A进程把数据写入文件，B进程通过读取这个文件来获取数据
Messenger 在Message中放入需要传递的数据，通过Messenger在不同进程中传递Message对象实现数据的进程间传递 以串行的方式处理客户端发来的消息，AIDL是Messenger的底层实现所以Messenger本质上也是AIDL
AIDL 如果在一个进程中要调用另一个进程中对象的方法，可使用AIDL生成可序列化的参数，AIDL会生成一个服务端对象的代理类，通过它客户端实现间接调用服务端对象的方法 AIDL的包结构在服务端和客户端要保持一致；AIDL方法是在服务端的Binder线程池中执行的
ContentProvider 屏蔽了数据存储的细节,内部实现对用户完全透明,用户只需要关心操作数据的 uri 就可以了,专门用于不同应用间进行数据共享的方式。 底层同样是通过Binder实现的
Socket “套接字”，分为流式套接字和用户数据报套接字两种 流套接字：基于TCP协议，采用流的方式提供可靠的字节流服务。 数据报套接字：基于UDP协议，采用数据报文提供数据打包发送的服务。

推荐阅读：Binder，AIDL和Messenger的原理及使用流程

AIDL(Android Interface Definition Language)

 a. AIDL的本质是系统提供了一套可快速实现Binder的工具。关键类和方法：

AIDL接口：继承IInterface。

Stub类：Binder的实现类，服务端通过这个类来提供服务。

Proxy类：服务器的本地代理，客户端通过这个类调用服务器的方法。

asInterface()：客户端调用，将服务端的返回的Binder对象，转换成客户端所需要的AIDL接口类型对象。返回对象：

  • 若客户端和服务端位于同一进程，则直接返回Stub对象本身；
  • 否则，返回的是系统封装后的Stub.proxy对象。

asBinder()：根据当前调用情况返回代理Proxy的Binder对象。

onTransact()：运行服务端的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。

transact()：运行在客户端，当客户端发起远程请求的同时将当前线程挂起。之后调用服务端的onTransact()直到远程请求返回，当前线程才继续执行。
学习笔记 | Android开发艺术之IPC机制
 b. 实现方法

  • 服务端：
    创建一个aidl文件；
    创建一个Service，实现AIDL的接口函数并暴露AIDL接口。
  • 客户端：
    通过bindService绑定服务端的Service；
    绑定成功后，将服务端返回的Binder对象转化成AIDL接口所属的类型，进而调用相应的AIDL中的方法。
    推荐文章：AIDL

 c. AIDL 解注册失败

  • 原因：Binder进行对象传输实际是通过序列化和反序列化进行，即Binder会把客户端传递过来的对象重新转化并生成一个新的对象，虽然在注册和解注册的过程中使用的是同一个客户端对象，但经过Binder传到服务端后会生成两个不同的对象。另外，多次跨进程传输的同一个客户端对象会在服务端生成不同的对象，但它们在底层的Binder对象是相同的。
  • 解决办法：当客户端解注册的时候，遍历服务端所有的Listener，找到和解注册Listener具有相同的Binder对象的服务端Listener，删掉即可。

ContentProvider

 a. 自定义ContentProvider的步骤
 步骤一：新建一个类去继承ContentProvider。
 步骤二：重写ContentProvider的六个抽象方法：onCreate、query、update、insert、delete和getType。

  • onCreate代表ContentProvider的创建，做一些初始化工作
  • getType用来返回一个Uri请求所对应的MIME类型（媒体类型），比如图片、视频等，如果我们的应用不关注这个选项，可以直接在这个方法中返回null或者“/”
  • 剩下的四个方法对应于CRUD操作，即实现对数据表的增删改查功能。

 步骤三：在配置文件中进行注册，并注明属性：
android:authorities即Provider的权限，形式是包名.provider
android:name即Provider的全名，形式是包名.类名
android:exported="true"指明该Provider可被其它程序访问。

 b. 组织数据方式
 ContentProvider主要以表格的形式来组织数据，并且可以包含多个表。

 c. 注意

  • 除了onCreat()运行在UI线程中，其他的query()、update()、insert()、delete()和getType()都运行在Binder线程池中。
  • CRUD四大操作存在多线程并发访问，要注意在方法内部要做好线程同步。
  • 一个SQLiteDatabase内部对数据库的操作有同步处理，但多个SQLiteDatabase之间无法同步。
  • ContentProvider类并不会直接与外部进程交互，而是通过ContentResolver 类。

 d. ContentProvider 、 ContentResolver 、 ContentObserver 之间的关系

  • ContentProvider 内容提供者,用于对外提供数据
  • ContentResolver.notifyChange(uri)发出消息
  • ContentResolver 内容解析者,用于获取内容提供者提供的数据
  • ContentObserver 内容监听器,可以监听数据的改变状态
  • ContentResolver.registerContentObserver()监听消息。

推荐阅读：ContentProvider的知识

Socket

Socket连接过程学习笔记 | Android开发艺术之IPC机制
推荐阅读：Android：这是一份很详细的Socket使用攻略

（4）Binder连接池
学习笔记 | Android开发艺术之IPC机制实现方式：

  • 为每个业务模块创建AIDL接口并具体实现
  • 为Binder连接池创建AIDL接口IBinderPool.aidl并具体实现
  • 远程服务BinderPoolService的实现，在onBind()返回实例化的IBinderPool实现类对象
  • Binder连接池的具体实现，来绑定远程服务
  • 客户端的调用
    推荐阅读：Binder小结以及Binder连接池
         Binder连接池

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